EP1880103A1 - Wasseranlage und verfahren zur energiegewinnung - Google Patents

Wasseranlage und verfahren zur energiegewinnung

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Publication number
EP1880103A1
EP1880103A1 EP06742304A EP06742304A EP1880103A1 EP 1880103 A1 EP1880103 A1 EP 1880103A1 EP 06742304 A EP06742304 A EP 06742304A EP 06742304 A EP06742304 A EP 06742304A EP 1880103 A1 EP1880103 A1 EP 1880103A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
water
unit
cylinder unit
punch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06742304A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kay Gräf
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Individual
Original Assignee
Individual
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Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP1880103A1 publication Critical patent/EP1880103A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/005—Installations wherein the liquid circulates in a closed loop ; Alleged perpetua mobilia of this or similar kind

Definitions

  • the invention is based on the problem to provide a water system which pumps without much energy from the outside more water in a water tank as the operation of the water system is necessary and thus the excess water of the water storage can be used as a drive means for one or more turbine units.
  • the invention makes use of the fact that the buoyancy of a body in a cylinder is given even if the cavity between the inner wall of a cylinder unit and the outer wall of a piston unit is very small. Due to the volumes, the amount of water to be moved is calculable.
  • the invention further utilizes the fact that only a determinable amount of water can flow into the cylinder unit and the remainder of the cylinder unit is filled by the piston unit.
  • the shape of the piston unit ensures that this water can collect in the lower part of the piston unit, in the outer membrane space of the punch, and as a result the buoyancy of the piston unit is largely destroyed. By lowering the punch is achieved that increases the volume of the piston unit again.
  • the water system is characterized by the fact that except for the control processes no energy is consumed.
  • the system can thus produce energy without emissions and, if it is used frost-free underground, to use in continuous operation.
  • the development according to claim 2 includes the generation of energy at all openings at which a water flow. This optimizes energy utilization.
  • the development according to claim 3 is a part of
  • the development according to claim 4 with the use of a valve at the top of the piston unit is used for the controlled emptying of the air from the piston unit.
  • a control valve is additionally arranged on the water supply from the water tank to the cylinder unit, which contributes to the safe operation of the entire system. Due to the additional arrangement of a lock for the stamp on the cylinder unit according to claim 6, the follow-up phase is additionally secured after the second lifting phase. According to claim 7 All valves and locks can be electrically controlled.
  • the development according to claim 8 Through the development according to claim 8, a rotation of the piston and the punch around its longitudinal axis is prevented by the guide elements.
  • the development according to claim 9 with covers on the cylinder unit and tub is used to use the water system for frost-proof operation and the reduction of evaporation.
  • the effectiveness of the system is increased by the additional control valve on the water inlet from the water tank to the cylinder unit and by the trough on the cylinder unit.
  • the development according to claim 11 utilizes the resulting by the pressure balance between cylinder unit and tub energy by the compressed air is used either directly via a turbine unit or via a pressure vessel.
  • the water from the cavity between the piston unit and cylinder unit during movement of the piston in an additional surge tank, which is advantageously arranged on the cylinder unit, are added.
  • existing in the bottom region of the water reservoir pressure is used via pipelines to allow the regulation and control of the valves and detents and / or to provide a pressure stabilizer on the cylinder diaphragm with the necessary water pressure.
  • the development according to claim 15 as an extended method makes use of an additional locking of the punch on the cylinder unit between the second lifting phase and the pumping phase.
  • the resulting in the process of compressed air is used again in the process or used for energy.
  • the buoyancy and / or the descent of the piston unit is used to generate by other devices of any kind, energy.
  • the locks are made in terms of locking and solution in a different sequence during the first stroke phase.
  • Fig. 1 shows the basic structure of the complete water system in section
  • Fig. 2 shows the section through the cylinder unit in the second lifting phase
  • Fig. 3 shows the section through the cylinder unit in the pumping phase.
  • a water-filled tub 1 with a water depth of about 4.5 m is centrally a water reservoir 2 in a cylindrical shape of about 10 meters in height and a diameter corresponding to that of a cylinder unit 3 or greater, placed.
  • a water reservoir 2 In addition to the water storage 2 are one or more cylinder units 3, which are each connected via a connecting pipe 4 with the water reservoir 2.
  • a control valve 5 is disposed between the water tank 2 and the cylinder unit 3.
  • a turbine unit 7 is furthermore provided above the water level 6 of the trough 1.
  • a water inlet 8 is attached with a control valve 22 from the water reservoir 2 in the direction of the turbine unit 7.
  • the cylinder unit 3 has a height of about 6 m, the highest level of the water level 6, as already mentioned above is located at about 4.5 m. From the water reservoir 2, a water supply line 9 is arranged to a trough 25 at the upper edge of the cylinder unit 3. The inner diameter of the cylinder unit 3 is 1.14 m. Within the cylinder unit 3 is an up and down movable
  • Piston unit provided, which consists of the piston 10, the plunger 11 and the piston diaphragm 12.
  • a valve 23 is arranged, which has a connection to the intermediate space between the piston 10 and punch 11 and serves for the controlled emptying of the air from the piston unit.
  • the lower part of the piston unit has a stempeiförmige shape, which is characterized in that it has a height of about I m only a very small volume, for example 0.3 m 3 and the bottom of the punch 11 has a smaller diameter, eg 0 , 75 m, as the cylinder unit has 3.
  • the upper part of the punch 11 is formed as a rod with a height of about 5 m, which passes through the piston 10, wherein the shape of the punch 11 is otherwise oriented so that the center of gravity of the punch 11 is as low as possible to ensure the stability of the piston unit.
  • the piston 10 has a height of 3 m and an outer diameter of 1.13 m.
  • the piston 10 encloses the rod-shaped part of the punch 11.
  • the piston 10 and the punch 11 may e.g. be guided by means of the piston 10 and the punch 11 incorporated grooves and provided by means provided on the inner wall of the cylinder unit 3 guide rails.
  • the lower part of the punch 11, the punch bottom, and the lower part of the piston 10 are connected to each other via a flexible piston membrane 12, which has a length of about 2 m.
  • a part of the piston diaphragm 12 is movably arranged over the outer part of the piston 10, on which an endless belt 24 mounted on rollers is mounted.
  • the piston unit has a total weight of eg 3000 kg.
  • the piston 10 is made of the lightest possible and stable material.
  • a preferably folded cylinder diaphragm 13 is attached, which preferably has the shape of a pyramid or truncated cone.
  • the cylinder membrane 13 forms an inner membrane space 27 and an outer membrane space 28 in the cylinder unit 3.
  • the outer membrane space 28 is via the opening 16 and a control valve 17 to the trough 1 and the inner membrane space 28 is through the opening 14 and a control valve 5 in Connecting pipe 4 connected to the water tank 2 and a control valve 15 to the tub 1.
  • the cylindrical membrane 13 has a circular area of about 0.27 m 2 as a truncated cone and about 0.35 m 2 in the lower area.
  • the cylinder unit 3 also has over the highest level of the water level 6 of the trough 1 a drain 18 for the cavity between the inner wall of the cylinder unit 3 and
  • a surge tank 31 which has a control valve 32 to the interior of the cylinder unit 3 has a connection.
  • the operation of the water system for energy recovery is the following:
  • the cavity between the inner wall of the cylinder unit 3 and piston unit is filled by means of the opening 16 to the cylinder unit 3 via the control valve 17 with water, the piston 10 and the plunger 11 by means of the lock 21st is locked and thereby increases the piston unit by the buoyancy to above the highest level of the water level 6 of the tub 1.
  • This is the so-called lifting phase.
  • the piston unit has a volume of 3.3 m 3 , so that at a weight of 3000 kg within the
  • Valve 23 opened.
  • the lock 21 of the piston unit is released, whereby the punch 11 drops to the bottom of the cylinder unit 3.
  • the piston diaphragm 12 is tightened and the water from the cavity flows between the piston unit and cylinder unit via the drain 18 in the tub 1.
  • the weight of the punch (about 2900 kg) acts on the water column in the cylinder unit 3. Due to the Diameter of the punch 11, this force is so great that the piston diaphragm 12 tightens and the water from the cavity between the piston unit and cylinder unit 3 via the drain 18 into the tub 1 can flow.
  • volume phase By tightening the piston diaphragm 12, the volume of the piston unit increases up to 4.9 m 3 . This phase is the so-called volume phase.
  • the water level in the tub 1 can be kept approximately constant.
  • the punch 11 is locked to the cylinder unit by the lock 20.
  • the openings 16 to the cylinder unit 3 via the control valve 17 and the opening 14 via the control valve 15 are closed and the valve 23 is opened.
  • the lock 21 of the piston 10 and punch 11 is released and the control valve 32 to the expansion tank
  • the energy gain over the turbine unit 7 thus results from the difference of the water column of 10 m to the highest water level 6 of the tub 1 of about 4 m.
  • Cylinder unit 3 and piston 10 could also be designed polygonal. It is also irrelevant in what form and where below the highest level of

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Abstract

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Wasseranlage zu schaffen, die ohne wesentliche Energiezufuhr von Außen mehr Wasser in einen Wasserspeicher pumpt als zum Betrieb der Wasseranlage notwendig ist und somit das überschüssige Wasser des Wasserspeichers als Antriebsmittel für eine oder mehrere Turbineneinheiten genutzt werden kann. Die Wasseranlage besteht aus einer mit Wasser gefüllten Wanne (1) mit einem Wasserspeicher (2) und einer Zylindereinheit (3). In der Zylindereinheit arbeitet ein Kolben (10) mit einem Stempel (11). Über die verschiedensten Ventile (5, 15, 17, 23, 26) und Anordnungen zur Veränderung des Auftriebs der Kolbeneinheit wird Wasser von der Zylindereinheit (3) in den Wasserspeicher (2) gepumpt. Das überschüssige Wasser des Wasserspeichers (2) wird zum Antrieb einer Turbine (7) benutzt. Die Wasseranlage wird zur Energiegewinnung eingesetzt.

Description

Wasseranläge und Verfahren zur Energiegewinnung
Wasseranlage und Verfahren zur Energiegewinnung durch Einsatz eines Wasserspeichers und einer mit einem Rohr untereinander verbundenen Zylindereinheit mit einer darin frei beweglichen Kolbeneinheit unter Ausnutzung der Gravitation und des Auftriebs .
Als nahe liegende Lösung des Standes der Technik ist die Schrift DE 3123316 Al heranzuziehen. Hier wird eine
Wasserkraftanlage mit vorzugsweise im Kreislauf geführten Wasser beschrieben, wobei das Wasser der Arbeitsmaschine über eine Gefällestrecke zugeführt wird und die zum höheren Niveau führende Leitung für das Wasser einen Vakuumanschluss zum Heben des Wassers besitzt. Der Vakuumanschluss kann z. B. eine Vakuumkammer sein, die durch eine verformbare Membran hin zum wasser abgeschlossen ist. Zusätzlich kann eine Pumpe im Wasserkreislauf angeordnet sein, deren Zylinder vorzugsweise sich in ein Vakuum hineinbewegende Kolben besitzen. Die Leitungen können auch als hohlzylindrische Körper ausgeführt sein und kaskadenartig hintereinander angeordnet sein. Der Austritt der Arbeitsmaschine ist unmittelbar und druckdicht an das untere Ende der unter Vakuumeinwirkung stehenden Leitung angeschlossen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Wasseranlage zu schaffen, die ohne wesentliche Energiezufuhr von Außen mehr Wasser in einen Wasserspeicher pumpt als zum Betrieb der Wasseranlage notwendig ist und somit das überschüssige Wasser des Wasserspeichers als Antriebsmittel für eine oder mehrere Turbineneinheiten genutzt werden kann.
Die Erfindung nutzt den Tatumstand, dass die Schwimmfähigkeit eines Körpers in einem Zylinder auch dann gegeben ist, wenn der Hohlraum zwischen der Innenwand einer Zylindereinheit und der Außenwand einer Kolbeneinheit sehr gering ist . Durch die Volumina ist die zu bewegende Wassermenge berechenbar. Die Erfindung nutzt ferner den Tatumstand, dass in die Zylindereinheit nur eine bestimmbare Menge an Wasser einfließen kann und der Rest der Zylindereinheit durch die Kolbeneinheit ausgefüllt wird. Durch die Form der Kolbeneinheit wird erreicht, dass sich dieses Wasser im unteren Teil der Kolbeneinheit, im äußeren Membranraum des Stempels, sammeln kann und hierdurch der Auftrieb der Kolbeneinheit größtenteils vernichtet wird. Durch das Absenken des Stempels wird erreicht, dass sich das Volumen der Kolbeneinheit wieder vergrößert.
Die Wasseranlage zeichnet sich dadurch aus, das außer bei den Regelvorgängen keine Energie verbraucht wird. Die Anlage kann somit ohne Emissionen Energie erzeugen und ist, wenn sie unter Tage frostsicher verwendet wird, im Dauereinsatz zu verwenden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 13 aufgeführt. Anspruch 14 beinhaltet das Verfahren und die Ansprüche 15 bis 18 Weiterbildungen des
Verfahrens .
Die Weiterbildung nach Anspruch 2 beinhaltet die Energiegewinnung an allen Öffnungen, an denen ein Wasserfluss entsteht. Hierdurch wird die Energieausnutzung optimiert. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 3 ist ein Teil der
Kolbenmembran über den äußeren Teil des Kolbens, auf dem sich ein auf Rollen gelagertes Endlosband befindet, beweglich angeordnet . Hierdurch wird die Beweglichkeit der Kolbenmembran erhöht. Die Weiterbildung nach Anspruch 4 mit dem Einsatz eines Ventils an der Oberseite der Kolbeneinheit dient der geregelten Entleerung der Luft aus der Kolbeneinheit . Bei der Weiterbildung nach Anspruch 5 ist an der Wasserzuleitung vom Wasserspeicher zur Zylindereinheit zusätzlich ein Regelventil angeordnet, was zur sicheren Arbeitsweise der Gesamtanlage beiträgt. Durch die zusätzliche Anordnung einer Arretierung für den Stempel an der Zylindereinheit nach Anspruch 6 wird nach der zweiten Hubphase die Folgephase zusätzlich gesichert. Nach Anspruch 7 können alle Ventile und Arretierungen elektrisch ansteuerbar ausgeführt sein. Durch die Weiterbildung nach Anspruch 8 wird durch die Führungselemente ein Verdrehen des Kolbens und des Stempels um seine Längsachse verhindert. Die Weiterbildung nach Anspruch 9 mit Abdeckungen auf der Zylindereinheit und Wanne dient der Nutzung der Wasseranlage zum frostsicheren Betrieb und der Verminderung der Verdunstung. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 10 wird durch das zusätzliche Regelventil am Wasserzulauf vom Wasserspeicher zur Zylindereinheit und durch die Wanne an der Zylindereinheit die Effektivität der Anlage erhöht. Die Weiterbildung nach Anspruch 11 nutzt die durch den Druckausgleich zwischen Zylindereinheit und Wanne entstehende Energie, indem die komprimierte Luft entweder direkt über eine Turbineneinheit oder über einen Druckbehälter verwendet wird. Nach Anspruch 12 kann das Wasser aus dem Hohlraum zwischen Kolbeneinheit und Zylindereinheit bei Bewegung des Kolbens in einem zusätzlichen Ausgleichsbehälter, der vorteilhaft an der Zylindereinheit angeordnet ist, aufgenommen werden. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 13 wird der im Bodenbereich des Wasserspeichers existierende Druck über Rohrleitungen genutzt, um die Regelung und Steuerung der Ventile und Arretierungen zu ermöglichen und/oder einen Druckstabilisator an der Zylindermembran mit dem nötigen Wasserdruck zu versorgen.
Die Weiterbildung nach Anspruch 15 als erweitertes Verfahren nutzt eine zusätzliche Arretierung des Stempels an der Zylindereinheit zwischen der zweiten Hubphase und der Pumphase aus. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 16 wird die beim Verfahren entstehende Druckluft wieder beim Verfahren eingesetzt oder zur Energiegewinnung genutzt. Nach der Weiterbildung nach Anspruch 17 wird der Auftrieb und/oder das Absinken der Kolbeneinheit genutzt, um durch andere Vorrichtungen gleich welcher Art, Energie zu erzeugen. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 18 werden während der ersten Hubphase die Arretierungen hinsichtlich Arretierung und Lösung in einer andere Folge vorgenommen . Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 den Prinzipaufbau der kompletten Wasseranlage im Schnitt, Fig. 2 den Schnitt durch die Zylindereinheit in der zweiten Hubphase und
Fig. 3 den Schnitt durch die Zylindereinheit in der Pumpphase . In einer mit Wasser gefüllten Wanne 1 mit einer Wassertiefe von ca. 4,5 m ist mittig ein Wasserspeicher 2 in zylindrischer Form von ca. 10 Metern Höhe und einem Durchmesser, der dem einer Zylindereinheit 3 entspricht oder größer ist, aufgestellt. Neben dem Wasserspeicher 2 stehen eine oder mehrere Zylindereinheiten 3, die jeweils über ein Verbindungsrohr 4 mit dem Wasserspeicher 2 verbunden sind. Im Verbindungsrohr 4 ist zwischen dem Wasserspeicher 2 und der Zylindereinheit 3 ein Regelventil 5 angeordnet. Neben dem Wasserspeicher 2 ist weiterhin über dem Wasserspiegel 6 der Wanne 1 eine Turbineneinheit 7 vorgesehen. In Höhe der Turbineneinheit 7 ist ein Wasserzulauf 8 mit einem Regelventil 22 vom Wasserspeicher 2 in Richtung Turbineneinheit 7 angebracht .
Die Zylindereinheit 3 besitzt eine Höhe von ca. 6 m, wobei der höchste Stand des Wasserspiegels 6, wie schon oben erwähnt sich bei ca. 4,5 m befindet. Vom Wasserspeicher 2 ist eine Wasserzuleitung 9 zu einer Wanne 25 am oberen Rand der Zylindereinheit 3 angeordnet. Der Innendurchmesser der Zylindereinheit 3 beträgt 1,14 m. Innerhalb der Zylindereinheit 3 ist eine auf- und abwärts bewegbare
Kolbeneinheit vorgesehen, die aus dem Kolben 10, dem Stempel 11 und der Kolbenmembran 12 besteht. An der Oberseite der Kolbeneinheit ist ein Ventil 23 angeordnet, welches eine Verbindung zum Zwischenraum zwischen Kolben 10 und Stempel 11 besitzt und zur geregelten Entleerung der Luft aus der Kolbeneinheit dient . Der untere Teil der Kolbeneinheit hat eine stempeiförmige Form, die sich dadurch auszeichnet, dass sie mit einer Höhe von ca. I m nur ein sehr geringes Volumen, z.B. 0,3 m3 aufweist und der Boden des Stempels 11 einen geringeren Durchmesser, z.B. 0,75 m, als die Zylindereinheit 3 hat. Der obere Teil des Stempels 11 ist als eine Stange mit einer Höhe von ca. 5 m ausgebildet, die durch den Kolben 10 hindurchführt, wobei die Form des Stempels 11 sich im übrigen daran orientiert, dass der Schwerpunkt des Stempels 11 möglichst tief liegt, um die Stabilität der Kolbeneinheit zu gewährleisten. Am oberen Ende des Stempels 11 befinden sich mehrere Arretierungen 21, z.B. bewegliche Bolzen, mit der der Stempel 11 im Kolben 10 arretiert werden kann.
Oberhalb des höchsten Standes des Wasserspiegels 6 der Wanne 1 befindet sich an der Innenwand der Zylindereinheit 3 eine Arretierung 19, z.B. als bewegliche Bolzen ausgebildet und elektrisch oder pneumatisch angetrieben, zur Arretierung des Kolbens 10. In der Höhe des höchsten Standes des Auftriebs des Stempels 11, im Bodenbereich des Stempels 11 befindet sich an der Innenwand der Zylindereinheit 3 eine Arretierung 20, zur Arretierung des Stempels 11.
Der Kolben 10 hat eine Höhe von 3 m und einen Außendurchmesser von 1,13 m. Der Kolben 10 umschließt den stangenförmigen Teil des Stempels 11. Der Kolben 10 und der Stempel 11 können z.B. mittels am Kolben 10 und am Stempel 11 eingearbeiteten Führungsnuten und mittels an der Innenwandung der Zylindereinheit 3 vorgesehenen Führungsschienen geführt werden.
Der untere Teil des Stempels 11, der Stempelboden, und der untere Teils des Kolbens 10 sind über eine flexible Kolbenmembran 12, die eine Länge von ca. 2 m besitzt, miteinander verbunden. Ein Teil der Kolbenmembran 12 ist über den äußeren Teil des Kolbens 10, auf dem sich ein auf Rollen gelagertes Endlosband 24 befindet, beweglich angeordnet. Die Kolbeneinheit hat ein Gesamtgewicht von z.B. 3000 kg. Bei der Gestaltung des Stempels 11 wird ein Material von hoher Dichte, z.B. Eisen oder Stahl verwendet. Der Kolben 10 wird aus möglichst leichtem und stabilem Material hergestellt . Am Boden der Zylindereinheit 3 zur Unterseite des Stempels 11 ist eine vorzugsweise gefaltete Zylindermembran 13 angebracht, die vorzugsweise die Form eines Pyramiden- oder Kegelstumpfes besitzt. Die Zylindermembran 13 bildet einen inneren Membranraum 27 und einen äußeren Membranraum 28 in der Zylindereinheit 3. Der äußere Membranraum 28 ist über die Öffnung 16 und ein Regelventil 17 mit der Wanne 1 und der innere Membranraum 28 ist über die Öffnung 14 und ein Regelventil 5 im Verbindungsrohr 4 mit dem Wasserspeicher 2 und über ein Regelventil 15 mit der Wanne 1 verbunden. Im oberen Bereich besitzt die Zylindermembran 13 als Kegelstumpf im Schnitt eine Kreisfläche von etwa 0,27 m2 und im unteren Bereich etwa 0,35 m2.
Die Zylindereinheit 3 besitzt außerdem über dem höchsten Stand des Wasserspiegels 6 der Wanne 1 einen Ablauf 18 für den Hohlraum zwischen Innenwand der Zylindereinheit 3 und
Kolben 10 und an seiner Außenseite im Bereich unterhalb des Wasserspiegels 6 der Wanne 1 einen Ausgleichsbehälter 31, der über ein Regelventil 32 mit dem Inneren der Zylindereinheit 3 eine Verbindung besitzt.
Auf der Zylindereinheit 3 kann zusätzlich eine Abdeckung 29 angeordnet sein. Diese Abdeckung 29 kann gleichzeitig zur Aufnahme der aus der Zylindereinheit 3 entweichenden Luft und zur Umlenkung der Luft zu bestimmten Prozesspunkten dienen. Ein zusätzliches Ventil 30 kann eine Verbindung zu einer
Druckluftanlage besitzen.
Die Arbeitsweise der Wasseranlage zur Energiegewinnung ist folgende : Der Hohlraum zwischen der Innenwand der Zylindereinheit 3 und Kolbeneinheit wird mittels der Öffnung 16 zur Zylindereinheit 3 über das Regelventil 17 mit Wasser gefüllt, wobei der Kolben 10 und der Stempel 11 mittels der Arretierung 21 arretiert wird und dadurch die Kolbeneinheit durch den Auftrieb bis über den höchsten Stand des Wasserspiegels 6 der Wanne 1 steigt. Dies ist die sogenannte Hubphase. In dieser Phase hat die Kolbeneinheit ein Volumen von 3,3 m3, so dass sie bei einem Gewicht von 3000 kg innerhalb der
Zylindereinheit um 0,3 m über den höchsten Wasserstand der Wanne 1 gehoben wird. Dieser Prozess kann außerdem dadurch unterstützt werden, dass das Wasser aus dem Wasserspeicher 2 in eine Wanne 25 fließt, die oberhalb des höchsten Wasserstandes 6 der Wanne 1 nach dem Regelventil 26 und nach einer Turbineneinheit 7 an der Zylindereinheit 3 angebracht ist und nach Einfließen des Wassers in die Zylindereinheit 3 bei geschlossenem Ablauf 18 die Kolbeneinheit in der Zylindereinheit 3 um weitere ca. 0,3 m über den höchsten Wasserstand 6 der Wanne 1 aufschwimmt.
Anschließend wird der Kolben 10 mittels der Arretierung 19, z. B. durch bewegliche und elektrisch oder pneumatisch angetriebene Bolzen an der Zylindereinheit 3 arretiert und die Öffnung 16 über das Regelventil 17 geschlossen und das
Ventil 23 geöffnet. Die Arretierung 21 der Kolbeneinheit wird gelöst, wodurch der Stempel 11 auf den Boden der Zylindereinheit 3 absinkt. Dadurch wird die Kolbenmembran 12 gestrafft und das Wasser aus dem Hohlraum fließt zwischen Kolbeneinheit und Zylindereinheit über den Ablauf 18 in die Wanne 1. In dieser Phase wirkt das Gewicht des Stempels (ca. 2900 kg) auf die Wassersäule in der Zylindereinheit 3. Aufgrund des Durchmessers des Stempels 11 ist diese Kraft so groß, dass sich die Kolbenmembran 12 strafft und das Wasser aus dem Hohlraum zwischen Kolbeneinheit und Zylindereinheit 3 über den Ablauf 18 in die Wanne 1 fließen kann.
Durch die Straffung der Kolbenmembran 12 erhöht sich das Volumen der Kolbeneinheit auf bis zu 4,9 m3. Diese Phase ist die sogenannte Volumenphase.
Anschließend wird die Kolbeneinheit mittels der Arretierung 21 arretiert, das Ventil 23 geschlossen und die Arretierung 19 des Kolbens 10 an der Zylindereinheit 3 gelöst. Über die Öffnung 16 zur Zylindereinheit 3 über das Regelventil 17 und die Öffnung 14 über das Regelventil 15 fließt Wasser in den Hohlraum zwischen Innenwand der Zylindereinheit 3 und der Kolbeneinheit und in den inneren Membranraum 27 und in den äußeren Membranraum 28, wodurch die Kolbeneinheit bis zu 2 m über den höchsten Wasserstand der Wanne 1, als zweite Hubphase, gehoben wird.
Bei entsprechendem Volumen des Wassers in der Wanne 1 und durch den Rückfluss des Wassers aus dem Wasserspeicher 2 kann der Wasserstand in der Wanne 1 annähernd konstant gehalten werden.
Anschließend wird der Stempel 11 an der Zylindereinheit durch die Arretierung 20 arretiert. Die Öffnungen 16 zur Zylindereinheit 3 über das Regelventil 17 und die Öffnung 14 über das Regelventil 15 werden geschlossen und das Ventil 23 wird geöffnet. Die Arretierung 21 von Kolben 10 und Stempel 11 wird gelöst und das Regelventil 32 zum Ausgleichsbehälter
31 wird geöffnet, so dass ein Teil des Wassers aus dem Hohlraum zwischen Kolbeneinheit und Zylindereinheit 3 in den Ausgleichsbehälter 31 abfließt, der Kolben 10 durch sein Eigengewicht absinkt und die Spannung aus der Kolbenmembran 12 entweicht und das noch im Hohlraum zwischen Kolbeneinheit und Zylindereinheit befindliche Wasser in den Hohlraum an der Kolbenmembran 12 des Stempels 11 fließt. Anschließend wird die Arretierung 20 des Stempels 11 an der Zylindereinheit 3 gelöst und das Regelventil 5 im Verbindungsrohr 4 geöffnet, wodurch die Kolbeneinheit durch ihr Eigengewicht absinkt, das im Hohlraum der Zylindereinheit befindliche Wasser um den Stempel 11 herum fließt und das Wasser aus dem inneren Membranraum 27 in den Wasserspeicher 2 gepumpt wird. Dies ist die sogenannte Pumpphase. Danach wird das Regelventil 5 und das Ventil 23 geschlossen.
Da sich nur eine geringe Menge Wasser in der Zylindereinheit 3 befindet, kann diese Wassermenge im Hohlraum der Kolbenmembran 12 aufgenommen werden. Die Kolbeneinheit hat nun den größten Teil seines Auftriebs verloren und wirkt durch die Schwerkraft auf die Zylindermembran 13 ein. Durch das Gewicht der Kolbeneinheit, ca. 3000 kg, zuzüglich des Gewichts des in der Zylindereinheit 3 befindlichen
Wassers, ca. 700 kg, abzüglich des Auftriebs des Stempels 11 wirkt auf die Zylindermembran 13 ein Druck von bis zu 1 bar, so dass im Wasserspeicher 2 eine Wassersäule von bis zu 10 m erreicht werden kann.
Der gleiche Vorgang wiederholt sich ständig und das Wasser aus dem Wasserspeicher 2 treibt über den Wasserzulauf 8 zur Turbineneinheit 7 diese an und sammelt sich anschließend in der Wanne 1.
Der Energiegewinn über die Turbineneinheit 7 resultiert mithin aus der Differenz der Wassersäule von 10 m zum höchsten Wasserspiegel 6 der Wanne 1 von ca. 4 m.
Schlussendlich sei festgestellt, dass die Anzahl der Zylindereinheiten 3 in der Wanne 1 und die Form der Zylindereinheit 3 und der Kolbeneinheit unerheblich ist. Zylindereinheit 3 und Kolben 10 könnten auch vieleckig ausgestaltet sein. Es ist des weiteren unerheblich, in welcher Form und wo unterhalb des höchsten Standes des
Wasserspiegels 6 der Wanne 1 der Zulauf zur Zylindereinheit 3 erfolgt. Es ist außerdem denkbar, dass die Zylindereinheit 3 teilweise aus Lamellen gefertigt ist, wobei jede um ihre Längsachse drehbar ist . Zusammenstellung der Bezugszeichen
1 - Wanne
2 - Wasserspeicher 3 - Zylindereinheit
4 - Verbindungsrohr
5 - Regelventil
6 - Wasserspiegel der Wanne
7 - Turbineneinheit 8 - Wasserzulauf zur Turbineneinheit
9 - Wasserzuleitung zur Zylindereinheit
10 - Kolben
11 - Stempel
12 - Kolbenmembran 13 - Zylindermembran
14 - Öffnung der Zylindermembran
15 - Regelventil der Zylindermembran
16 - Öffnung der Zylindereinheit
17 - Regelventil der Zylindereinheit 18 - Ablauf
19 - Arretierung Kolben
20 - Arretierung Stempel
21 - Arretierung Kolbeneinheit
22 - Regelventil der Turbineneinheit 23 - Ventil
24 - Endlosband
25 - Wanne der Zylindereinheit 26 - Regelventil
27 - innerer Membranraum 28 - äußerer Membranraum
29 - Abdeckung
30 - Ventil
31 - Ausgleichsbehälter
32 - Regelventil des Ausgleichsbehälters

Claims

Patentansprüche :
1. Wasseranlage zur Energiegewinnung, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale : - in einer mit Wasser gefüllten Wanne (1) steht ein Wasserspeicher (2) und daneben mindestens eine Zylindereinheit (3), die beide im Bodenbereich mit einem Verbindungsrohr (4) mit einem integrierten Regelventil (5) miteinander verbunden sind und weiterhin eine neben dem Wasserspeicher (2) aber über dem höchsten Stand des
Wasserspiegels (6) der Wanne (1) angeordneten Turbineneinheit (7) , wobei der Wasserspeicher (2) im Bereich der Turbineneinheit (7) einen Wasserzulauf (8) mit einem Regelventil (22) zur Turbineneinheit (7) und oberhalb der höchsten Erhebung der Zylindereinheit (3) eine Wasserzuleitung (9) vom Wasserspeicher (2) zur Zylindereinheit (3) besitzt,
- die Zylindereinheit (3) im Inneren eine in der Höhe des Hohlraumes der Zylindereinheit (3) mindestens zur Hälfte ausfüllenden und in der Zylindereinheit (3) auf- und abwärts bewegbare Kolbeneinheit, wobei die Kolbeneinheit aus einem Kolben (10) und einem Stempel (11) , bestehend aus einem Stempelboden und einer darauf senkrecht stehenden Stange, die vom Kolben (10) frei beweglich umschlossen ist, besteht, und durch eine Kolbenmembran (12) zwischen dem unteren Teil des Kolbens (10) und dem Stempelboden beweglich miteinander verbunden sind, und der Kolben (10) und der Stempel (11) durch Arretierungen (21) arretierbar ist und die Kolbeneinheit zur Innenwand der ZyIIndereinheit (3) nur einen sehr kleinen Abstand besitzt und
- zwischen der Außenseite des Stempelbodens und dem Boden der Zylindereinheit (3) eine gefaltete Zylindermembran (13) angeordnet ist, die den verbleibenden Freiraum zwischen dem Boden des Stempels (11) und dem Boden der Zylindereinheit (3) in zwei Membranräume, einem inneren Membranraum (27) und einem äußeren Membranraum (28) unterteilt und der innere Merαbranraum (27) im Boden der Zylindereinheit (3) eine Öffnung (14) zwischen einem Regelventil (15) zur Wanne (1) und einem Regelventil (5) im Verbindungsrohr (4) besitzt und der äußere Membranraum (29) ebenfalls im Boden der Zylindereinheit (3) eine Öffnung (16) mit einem Regelventil
(17) zur Wanne (1) besitzt und - an der Innenwand der Zylindereinheit (3) sich eine
Arretierung (19) zur Arretierung des Kolbens (10) befindet und
- über dem höchsten Stand des Wasserspiegels (6) der Wanne
(1) die Zylindereinheit (3) einen Ablauf (18) für das Wasser in dem Hohlraum zwischen Innenwand der Zylindereinheit (3) und Kolbeneinheit besitzt.
2. Wasseranlage nach 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 Öffnung zur Zylindermembran (14) und/oder die Öffnung (16) zur Zylindereinheit (3) und/oder die Wasserzuleitung (9) und/oder der Ablauf (18) eine Turbineneinheit (7) besitzen.
3. Wasseranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Teil der Kolbenmembran (12) über den äußeren Teil des Kolbens (10) , auf dem sich ein auf Rollen gelagertes Endlosband (24) befindet, beweglich angeordnet ist.
4. Wasseranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass an der Oberseite der Kolbeneinheit ein Ventil (23) angeordnet ist, welches eine Verbindung zum Zwischenraum zwischen Kolben (10) und Stempel (11) besitzt.
5. Wasseranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Ventil (30) eine Verbindung zu einer Druckluftanläge besitzt .
6. Wasseranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass sich an der Innenwandung der Zylindereinheit (3) eine Arretierung (20) zur Arretierung des Stempels (11) befindet.
7. Wasseranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass alle Ventile (5, 15, 17, 23, 26) und alle Arretierungen (19, 20, 21), z. B. bewegliche Bolzen, elektrisch ansteuerbar sind.
8. Wasseranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Innenwandung der Zylindereinheit (3) Führungselemente für Kolben (10) und Stempel (11) und der Kolben (10) und der Stempel (11) ebenfalls dazu passende Führungselemente, wie z.B. Führungsschienen und Führungsnuten, besitzt.
9. Wasseranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass alle Wasseranlagenteile wie Wanne (1) , Wasserspeicher (2) und Zylindereinheit (3) abgedeckt sind.
10. Wasseranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass an der Zylindereinheit (3) oberhalb des höchsten Standes des Wasserspiegels (6) eine Wanne (25) angeordnet ist, die einen Wasserzulauf (9) von der Zylindereinheit (3) zur Wanne (25) mit einem Regelventil (26) besitzt.
11. Wasseranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass auf der Zylindereinheit (3) eine Abdeckung (29) mit einem Ventil (30) angeordnet ist.
12. Wasseranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass an der Zylindereinheit (3) ein Ausgleichsbehälter (31) mit einem Regelventil (32) angeordnet ist.
13. Wasseranlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass vom Bodenbereich des Wasserspeichers (2) eine Leitungsverbindung zu einem zentralen Druckspeicher des Steuer- und Regelsystems der Ventile und Arretierungen und/oder zu einem Druckstabilisator der Zylindermembran (13) führt .
14. Verfahren zur Energiegewinnung mittels der Wasseranlage nach Anspruch 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hohlraum zwischen der Innenwand der Zylindereinheit (3) und Kolbeneinheit mit dem Kolben (10) , dem Stempel (11) und der Kolbenmembran (12) mittels der Öffnung (16) über das Regelventil (17) mit Wasser gefüllt wird, wobei der Kolben (10) und der Stempel (11) mittels der Arretierung (21) arretiert wird und die Kolbeneinheit durch den Auftrieb, als sogenannte ersten Hubphase bis über den höchsten Stand des Wasserspiegels (6) der Wanne (1) steigt, und anschließend der Kolben (10) mittels der Arretierung (19) an der Zylindereinheit (3) arretiert wird und die Öffnung (16) über das Regelventil (17) zur Zylindereinheit (3) geschlossen, das Ventil (23) geöffnet und die Arretierung (21) der Kolbeneinheit gelöst wird, wodurch der Stempel (11) auf den Boden der Zylindereinheit (3) absinkt und dadurch die Kolbenmembran (12) gestrafft und somit das Volumen der Kolbeneinheit vergrößert wird, als sogenannte Volumenphase, und das Wasser aus dem Hohlraum zwischen Kolbeneinheit und Zylindereinheit (3) über den Ablauf (18) in die Wanne (1) abfließt, und anschließend die Kolbeneinheit mittels der Arretierung (21) arretiert und das Ventil (23) geschlossen wird und die Arretierung (19) des Kolbens (10) an der Zylindereinheit (3) gelöst wird und über die Öffnung (16) über das Regelventil (17) und die Öffnung (14) über das Regelventil (15) Wasser in den Hohlraum zwischen Innenwand der Zylindereinheit (3) und der Kolbeneinheit und in den inneren Membranraum (27) und den äußeren Membranraum (28) fließt, wodurch die
Kolbeneinheit über den höchsten Stand des Wasserspiegels (6) der Wanne (1), als sogenannte zweite Hubphase, gehoben wird,
und anschließend die Öffnung (16) über das Regelventil (17) und die Öffnung (14) über das Regelventil (15) geschlossen werden, das Ventil (23) geöffnet wird und die Arretierung (21) der Kolbeneinheit gelöst und das Regelventil (32) zum Ausgleichsbehälter (31) geöffnet wird, so dass das Wasser aus dem Hohlraum zwischen Kolbeneinheit und Zylindereinheit (3) in den Ausgleichsbehälter (31) fließt und der Kolben (10) durch sein Eigengewicht absinkt und die Spannung aus der Kolbenmembran (12) entweicht und das im Ausgleichsbehälter (31) befindliche Wasser in den äußeren Membranraum (28) zwischen Kolben (10) und Stempel (11) fließt und das Regelventil (32) zum Ausgleichsbehälter (31) und das Ventil (23) geschlossen wird, und anschließend das Regelventil (5) im Verbindungsrohr (4) geöffnet wird, wodurch die Kolbeneinheit durch ihr Eigengewicht absinkt, das im Hohlraum der Zylindereinheit (3) befindliche Wasser um den Stempel (11) herum fließt und das Wasser aus dem innern Membranraum (27) in den Wasserspeicher (2) gepumpt wird, als sogenannte Pumpphase, und anschließend der gleiche Vorgang sich ständig wiederholt und das Wasser aus dem Wasserspeicher (2) über den Wasserzulauf zur Turbineneinheit (8) die Turbineneinheit (7) antreibt und anschließend in der Wanne (1) wieder gesammelt wird.
15. Verfahren zur Energiegewinnung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass nach der zweiten Hubphase der Stempel (11) an der
Zylindereinheit (3) durch die Arretierung (20) arretiert wird und nach dem Absinken des Kolbens (10) und dem Auffüllen des entstehenden Hohlraumes zwischen Kolben (10) und Stempel (11) mit Wasser die Arretierung (20) des Stempels (11) gelöst wird und anschließend die Pumpphase abläuft.
16. Verfahren zur Energiegewinnung nach Anspruch 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 Luft zwischen der Zylindereinheit (3) und der Kolbeneinheit beim Öffnen der Öffnungen (16, 14) der Zylindereinheit (3) durch den unterschiedlichen Druck zwischen Zylindereinheit (3) und Wanne (1) in der Abdeckung (29), als Druckbehälter komprimiert wird und diese Druckluft zur Steuerung der Arretierungsvorgänge, zum Aussteifen der Kolbenmembran oder zur Energieerzeugung verwendet wird.
17. Verfahren zur Energiegewinnung nach Anspruch 14 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Auftrieb und/oder das Absinken der Kolbeneinheit genutzt wird, um andere Vorrichtungen, wie z. B. ein Gestänge mit einem Schwungrad anzutreiben, um somit Energie zu erzeugen.
18. Verfahren zur Energiegewinnung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in der ersten Hubphase der Stempel mit der Arretierung (20) arretiert wird und die Arretierung (21) gelöst wird und das Ventil (23) geöffnet wird und der Hohlraum zwischen der Innenwand der Zylindereinheit (3) und Kolbeneinheit mittels der Öffnung (16) über das Regelventil (17) mit Wasser gefüllt wird und der Kolben (10) durch den Auftrieb aufsteigt und die Kolbenmembran (12) strafft und anschließend die Arretierung (21) arretiert wird und die Arretierung (20) gelöst wird und die Kolbeneinheit über den höchsten Wasserstand (6) der Wanne (1) aufsteigt und anschließend die Volumenphase abläuft.
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