DE4305499A1 - Hydraulic hydroelectric power plant - Google Patents

Hydraulic hydroelectric power plant

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DE4305499A1
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Germany
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piston
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DE19934305499
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Gustav Dr Wuerth
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Individual
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00Other machines or engines
    • F03B17/02Other machines or engines using hydrostatic thrust
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

At great water depths, physical conditions prevail which differ from those at the surface of the earth. Such physical conditions can be transferred to the surface of the earth; they are known and can be mastered. The utilisation of these differences between water at depth and the surface of the earth open up a wide field and render it possible to obtain a relatively large amount of energy by using a small amount of energy. The present application is intended to develop one possibility for this. Patent Claim 1 is intended more for the purpose of expounding the theory, and Patent Claim 2 for its practice. According to Claim 1, a ball or the like is inserted at the bottom into a water column of, e.g., a water height of 100 m via a sealing device, with a specific weight of just below 1, by a cylinder with a movable piston. In order to compensate the pressure difference in front of and behind the piston, a helical spring preloaded to 10 atmospheric excess pressures (gauge pressure in atmospheres) is attached behind the piston. The cylinder space in front of the piston is filled, in a manner free from bubbles with low-pressure water (overrun water), and when the sealing device is opened the pressure is increased at once to 10 atmospheric excess pressures without the addition of high-pressure water. A water pressure of 10 atmospheric excess pressures thus prevails in front of the piston, and behind the piston the helical spring presses against the piston with the same pressure. There is now therefore a need for only a relatively slight pressure on the helical spring in order to press the ball with the surrounding water into the water column, where it then floats upwards owing to the smaller specific weight ... Original abstract incomplete.

Description

In der Korrespondenz mit dem Patentamt betr. meine Anmeldung vom 24. Juli 1989 (Offenlegungsschrift Nr. 39 24 405 A1) habe ich schon erwähnt, daß die dazu geäußerten Überlegungen ein weites Feld eröffnen. Auf den dort dargelegten Überlegungen basiert auch der Vorschlag, den ich hier beschreibe. Auch hier werden physikalische Verhältnisse, wie sie in 100, 150 m etc. Wassertiefe herrschen, zugrunde gelegt und entsprechend ausgewertet. Um diese physikalischen Verhältnisse zu erhalten, wird ein Wassersilo entsprechender Höhe benötigt. An dieses Silo A werden im unteren Teil eine Anzahl Zylinder E angeschlossen, die zum Silo hin mit einem Verschlußorgan B versehen sind. Jeder dieser Zylinder E enthält einen beweglichen Kolben D mit Kolbenstange, Schraubenfeder, bewegliche Federauflage und Arretier-Stopfen (alles zusammen wird im folgenden als Kolben-Aggregat bezeichnet), da diese Teile eine Einheit bilden. Die Schraubenfeder in diesem Aggregat ist vorgespannt, im Beispiel auf 10 Atü. Der Stopfen oder Bolzen am Ende der Kolbenstange verhindert, daß sich die Feder unter 10 Atü entspannen kann. Das ganze Aggregat wird von außen und mit Energie von außen so weit zurückgezogen, daß die Öffnung J frei wird, durch die die Kugel in den Zylinder gebracht werden kann. Dabei füllt sich auch der ganze Zylinder vor dem Kolben mit Niederdruckwasser. Ist die Kugel im Zylinder, wird das Aggregat, wieder mit Energie von außen, in den Zylinder zurückgezogen, wie in der Skizze 1 dargestellt, und hinter der Federauflage F so arretiert G, daß das Aggregat nicht mehr zurück kann. In dieser Ausgangslage wird das Verschlußorgan B geöffnet. Da der Raum vor dem Kolben D mit der Kugel C und Restwasser voll gefüllt ist, wird dadurch ohne Verlust von Hochdruckwasser der Druck vor dem Kolben auf (im Beispiel) 10 Atü erhöht. Der Druck vor dem Kolben durch das offene Silo und hinter dem Kolben durch die Schraubenfeder beträgt somit je 10 Atü. Das Gleichgewicht ist damit hergestellt. Dann wird von außen durch die Öffnung H auf die Federauflage zusätzlicher Druck ausgeübt. Dieser Druck wird auf die Feder übertragen (Gesetz von der Erhaltung der Energie), so daß der Druck auf den Kolben zunimmt und dieser die Kugel C durch das geöffnete Verschlußorgan B in das Silo schiebt. Danach wird das Verschlußorgan B wieder geschlossen und das Kolbenaggregat als Ganzes wieder zurückgezogen, bis die Kugel sich wieder hinter der Zylinderöffnung J befindet, durch Energie von außen. Eine neue Kugel kann dann in den Zylinder gebracht werden. Wenn das Verschlußorgan B geschlossen ist, und das Kolbenaggregat bewegt werden muß, sind nur geringe Reibungswiderstände gegeben, während zum Einschieben der Kugel in das Silo der Druck vor und hinter dem Kolben zwar jeweils ca. 10 Atü beträgt, doch der Federdruck wegen Nachlassens bei Ausdehnung etwas nachlassen kann. Ist die Kugel im Silo, schwimmt sie von allein nach oben, wird in eine Art Becherwerk geleitet. Die Fallenergie beträgt im Beispiel dann etwa 1 to bei einer Fallhöhe von ca. 100 m pro Kugel.In the correspondence with the patent office regarding my application of July 24, 1989 (published application No. 39 24 405 A1), I have already mentioned that the considerations expressed on this open up a wide field. The proposal I am describing is based on the considerations outlined there. Here, too, physical conditions as they exist in water depths of 100, 150 m etc. are taken as a basis and evaluated accordingly. In order to maintain these physical conditions, a water silo of the appropriate height is required. In the lower part of this silo A, a number of cylinders E are connected, which are provided with a closure member B towards the silo. Each of these cylinders E contains a movable piston D with piston rod, coil spring, movable spring support and locking plug (all together is referred to below as a piston unit), since these parts form a unit. The coil spring in this unit is preloaded, in the example to 10 Atü. The plug or bolt at the end of the piston rod prevents the spring from relaxing under 10 atm. The whole unit is withdrawn from the outside and with energy from the outside so far that the opening J is free, through which the ball can be brought into the cylinder. The entire cylinder in front of the piston is also filled with low-pressure water. If the ball is in the cylinder, the unit is drawn back into the cylinder, again with energy from outside, as shown in sketch 1, and G is locked behind the spring support F so that the unit can no longer go back. In this starting position, the closure member B is opened. Since the space in front of piston D is completely filled with ball C and residual water, the pressure in front of the piston is increased to (in the example) 10 atm without loss of high pressure water. The pressure in front of the piston through the open silo and behind the piston through the coil spring is therefore 10 Atü. The balance is thus established. Then additional pressure is exerted from the outside through the opening H on the spring support. This pressure is transferred to the spring (law of conservation of energy), so that the pressure on the piston increases and this pushes the ball C through the opened closure member B into the silo. Thereafter, the closure member B is closed again and the piston assembly as a whole is withdrawn again until the ball is again behind the cylinder opening J, by external energy. A new ball can then be placed in the cylinder. When the closure member B is closed and the piston assembly has to be moved, there are only slight frictional resistances, while the pressure in front of and behind the piston for inserting the ball into the silo is approximately 10 atm, but the spring pressure due to a decrease in expansion something can subside. If the ball is in the silo, it floats upwards by itself and is fed into a kind of bucket elevator. The falling energy in the example is then about 1 to at a drop height of approx. 100 m per ball.

Dieser Vorschlag mit der Kugel wird nur angeführt, um das verwendete Prinzip allgemeinverständlich erklären zu können. Bei einer Realisierung wird zweckmäßigerweise von einer Kugel od. dgl. abgesehen. Anstelle der Kugel wird einfach der Raum vor dem Kolben mit Niederdruckwasser (Überlaufwasser) blasenfrei gefüllt. Die Zylinderöffnung J kommt in Wegfall und dafür ist gleich hinter dem Verschlußorgan B eine verschließbare Einlauföffnung anzuordnen, wie das in Skizze 2 dargestellt wird. Für diese Einlauföffnung wird gleichfalls der Buchstabe J verwendet. Das Prinzip bleibt genau das gleiche. Wenn das Verschlußorgan B geöffnet ist, bleibt natürlich die Einlauföffnung J (Skizze 2) geschlossen und umgekehrt. Anstelle eines Becherwerkes (bei Kugel od. dgl.) wird natürlich eine Druckwasser-Röhre verwendet, die das durch die zahlreichen Zylinder nach oben gedrückte und überlaufende Wasser aufnimmt, nach unten leitet und über eine Turbine etc. mit Generator in Energie umsetzt.This proposal with the ball is only given in order to explain the principle used in a generally understandable way. In the case of an implementation, a ball or the like is expediently omitted. Instead of the ball, the space in front of the piston is simply filled with low-pressure water (overflow water) without bubbles. The cylinder opening J is eliminated and for this purpose a closable inlet opening is to be arranged directly behind the closure member B, as shown in sketch 2. The letter J is also used for this inlet opening. The principle remains exactly the same. When the closure member B is open, the inlet opening J ( sketch 2) naturally remains closed and vice versa. Instead of a bucket elevator (in the case of a ball or the like), a pressurized water tube is of course used, which absorbs the water that is pushed up and overflowing by the numerous cylinders, directs it down and converts it into energy via a turbine etc. with a generator.

Anhand einer Federwaage habe ich hochgerechnet, daß im verwendeten Beispiel eine Schraubenfeder von etwa 15 m Länge im entlasteten Zustand, die bei einer Belastung von 10 to je 1 m zusammengedrückt würde, so daß eine mit 100 to vorbelastete Feder eine Länge von 5 m aufweisen würde. Anzustreben wären Federn, die möglichst langen Hub im Zylinder bei möglichst großem Durchmesser erlauben würden. Die Verschlußorgane sollten so bemessen sein, daß ein Kolbenhub möglichst wenig Zeit beanspruchen würde. Bei einer Zeitdauer von 30 Sekunden je Hub könnten dann bei je 30 Zylindern ein Hub pro Sekunde stattfinden pro Silo.Using a spring balance, I extrapolated that in use Example a coil spring of about 15 m in length in the unloaded Condition that is compressed at a load of 10 to 1 m each would, so that a spring preloaded with 100 tons has a length of Would have 5 m. Feathers that are as long as possible would be desirable Would allow stroke in the cylinder with the largest possible diameter. The closure members should be dimensioned so that a piston stroke would take as little time as possible. For a period of time of 30 seconds per stroke could be one stroke for every 30 cylinders take place per second per silo.

Claims (2)

1. Hydraulisches Wasserkraftwerk, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Wassersäule beliebiger Höhe über einen Zylinder mit beweglichem Kolben eine Kugel od. dgl. mit einem spezifischen Gewicht von unter 1 über eine Abschlußvorrichtung eingeleitet wird und wobei eine auf gleichen Druck wie die Wassersäule vorgespannte Schraubenfeder zum Druckausgleich hinter dem Kolben dient und wobei die Kugel durch von außen zusätzlich wirkende Energie in die Wassersäule gedrückt wird und wobei die Schraubenfeder so arretiert wird, daß die Vorspannung dauernd erhalten bleibt und nach Schließung der Abschlußvorrichtung zusammen mit dem Kolben in die Ausgangslage zurückgezogen werden kann.1. Hydraulic hydroelectric power plant, characterized in that a ball or the like is introduced into a water column of any height via a cylinder with a movable piston. With a specific weight of less than 1 via a closing device and wherein a coil spring biased to the same pressure as the water column Pressure equalization behind the piston is used and the ball is pressed into the water column by external energy and the coil spring is locked in such a way that the pretension is permanently maintained and can be retracted into the starting position together with the piston after the closing device has been closed. 2. Hydraulisches Wasserkraftwerk wie vor, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Kugel Niederdruckwasser (Überlaufwasser) in den Zylinderraum vor dem Kolben eingeleitet wird und wobei das Niederdruckwasser in die Wassersäule durch Verschieben des Kolbens mittels von außen zusätzlicher Energiezufuhr eingespeist wird und wobei dieses zusätzlich eingebrachte Niederdruckwasser oben überläuft und als Fallenergie zur Verfügung steht.2. Hydraulic hydropower plant as before, characterized in that that instead of the ball low pressure water (overflow water) in the cylinder space is introduced in front of the piston and where that Low pressure water in the water column by moving the piston by means of additional energy supply from the outside and this additionally introduced low-pressure water at the top overflows and is available as fall energy.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011092351A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 Santiago Trias Bonet Underwater energy generator
CN110671255A (en) * 2019-10-24 2020-01-10 向秀余 Energy-saving engine

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