EP2373880A2 - Mini-hydropower plant - Google Patents

Mini-hydropower plant

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Publication number
EP2373880A2
EP2373880A2 EP09771741A EP09771741A EP2373880A2 EP 2373880 A2 EP2373880 A2 EP 2373880A2 EP 09771741 A EP09771741 A EP 09771741A EP 09771741 A EP09771741 A EP 09771741A EP 2373880 A2 EP2373880 A2 EP 2373880A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
micro
guide elements
hydropower plant
hydropower
water
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Withdrawn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
EP09771741A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Karl-Heinz Wilhelmy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Khw Umweltdienst GmbH
Original Assignee
Khw Umweltdienst GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Khw Umweltdienst GmbH filed Critical Khw Umweltdienst GmbH
Publication of EP2373880A2 publication Critical patent/EP2373880A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F03B7/00—Water wheels
    • F03B7/006—Water wheels of the endless-chain type
    • 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
    • F03B9/00—Endless-chain machines or engines
    • F03B9/005—Endless-chain machines or engines with buckets receiving the liquid
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Definitions

  • the invention relates to a micro hydropower plant for the use of hydropower, comprising at least one circulating in a circumferential direction traction means, which is arranged on at least two pulleys and this drives, an inlet through which the micro-hydropower plant water can be fed and a power transmission area, in the flow energy or Kinetic potential of the water is transmitted to a plurality of, arranged on the rotating traction means and having a baffle guiding elements.
  • micro-hydropower plant Such a micro-hydropower plant is known from DE 299 12 835 Ul. Generic micro-hydropower plants are used to gain power from flowing or falling waters between 5 and 100 kW. It is omitted for reasons of environmental protection on turbines. Generic micro-hydropower plants should in fact be used where the environment should be influenced as little as possible. In particular, living in the water animals such. B. crabs and fish the micro-hydropower plant can happen as uninjured. For this it is necessary, on the one hand, that the mechanical components passing in contact with the water, in particular the guide elements, move relatively slowly; on the other hand, the smallest opening cross-section of the micro-hydropower plant must be large enough so that even larger fish are not crushed in the micro-hydropower plant. Even larger fish can be caught at a rake.
  • the micro-hydropower plant has an inlet through which water can be supplied to the micro-hydropower plant. It thereby passes into a power transmission area, in which the transfer of hydropower to the traction means takes place.
  • a plurality of baffles having a baffle surface are arranged on the traction means, generates a running in the direction of the rotating traction means flow and the weight force acting in the direction of rotation force on the traction means.
  • this force acting in the direction of rotation is applied to a deflection wheel, at which the mechanical power can be tapped off, transfer.
  • the mechanical power is in the form of a torque-dependent rotation of the deflection wheel.
  • Micro-hydropower plants are technically displacement units.
  • a high-pressure space is to be separated from a low-pressure space in a fluid-tight manner and the water in the present invention to move a mechanical element into motion.
  • the high pressure chamber is in the case of a micro hydropower plant water from a geodetically higher level or a higher kinetic potential, the low pressure space water at a low level bwz. a lower kinetic potential.
  • the high pressure chamber is spatially separated from the low pressure space and convert the pressure drop into a mechanical power. The separation and conversion takes place in the power transmission area through the guide elements. These are guided in the power transmission area in a housing which encloses the guide elements.
  • the guide elements act together with the housing as a separation between the pressure chamber and the low-pressure chamber.
  • a conflict of goals between a low-friction guidance on the one hand and a good sealing effect on the other must be resolved by a compromise is found.
  • the injury potential for animals located in the water must additionally be reduced and the noise emissions arising during operation must be reduced.
  • micro-hydropower plants of the above-mentioned type the potential for injury to animals promoted by the micro-hydropower plant is still relatively high.
  • the animals can be easily caught and injured in traction means, which are frequently designed as chains.
  • traction means which are frequently designed as chains.
  • an increased risk of entrapment since quite narrow gaps arise between relatively movable parts. It is distinguished between mitbewegten parts and stationary parts.
  • animals can be crushed in the area of the micro-hydropower station where the vanes dip into the power transfer area.
  • outgoing micro-hydroelectric power plants are still too high.
  • the object of the present invention is to improve a micro-hydropower plant of the type mentioned above in that the efficiency is increased and the injury potential for animals, which are promoted by the micro-hydropower plant, is reduced.
  • the abovementioned object is achieved on the basis of a micro-hydropower plant of the type mentioned at the outset in that a section extending upstream from the baffle surface is arranged on a side of the guide elements that is located in the direction of rotation.
  • the upwardly extending portion results in an increase in the efficiency of the guide elements, because the incident on the baffle water can be intercepted in the inner edge regions of the arranged here section. This causes the amount of water that is lost in the power transfer area in the form of leakage and that can not be used to be reduced. This results in an increase in the efficiency result.
  • the baffle surface is a flat, formed in the guide element one or more parts surface which transmits a pressurized force with water, a force on the traction means in the direction of pressurization.
  • the sides of the guide elements which lie on the right and left with respect to the direction of rotation also have an upstream section. This will be the Efficiency of the power plant while reducing the injury potential for animals further increased because a larger proportion of parts of the mitbewegten parts heard.
  • the sections lying on the guide elements with respect to the direction of rotation are higher than the sections lying outside in the direction of rotation.
  • the height h, the inner portions is selected so that the inner portions of a guide element located on a revolving wheel protrude to an underside of a respective subsequent guide element. This ensures that act at the inlet, the guide elements to be filled as a mutual seal.
  • the efficiency of the micro-hydropower plant is additionally increased.
  • the sealing effect may be additionally increased by providing an additional seal made of a resilient material disposed at an upper edge of the inner portions.
  • portions are arranged around the entire circumference of a guide element, so that in cooperation with the baffles an upwardly open vessel is formed.
  • upstream upstanding side portions are formed, which are designed so that in the region of the deflection with the lower sides of the respectively arranged above the guide elements substantially complete fluid-tight.
  • guide elements are essentially planar elements meant, where as described above sections can be arranged.
  • the baffle and the sections of the guide elements made of plastic, whereby the weight of the guide elements can be kept low. It has been found that a reduction of the circulating weight, ie a reduction in the weight of the traction means and the guide elements arranged thereon, has a positive effect on the efficiency of the micro-hydropower plant. As a result, the forces acting on the traction means are reduced. In addition, reducing the weight of the vanes causes them to induce lower frictional forces than heavy vanes when they are vibrated transversely to the direction of rotation and, as a result, strike the casing.
  • a major loss source in the prior art was the leakage at the outer boundaries of the vanes.
  • the guide elements are arranged on a housing which tightly encloses the guide elements, at least in the power transmission area, and form containers open at the top with the housing. So that the smallest possible mechanical friction arises between the guide elements and the housing, the guide elements are slightly spaced from the boundary defined by the housing.
  • the water can flow downstream of the vanes downstream, without water power was transferred to a guide element.
  • the water that has become lost still transfers energy to the respectively downstream guide element.
  • a micro-hydropower plant at least two traction means are assigned. These two traction means are advantageously outside the guide elements, particularly preferably outside of the housing.
  • the inlet is arranged geodetically above the power receiving area.
  • the guide elements are thus always filled from above with water, whereby the problem of beating on the water surface guide elements is repealed.
  • the guide elements can now fill steadily and smoothly with water, a hard impact does not occur on a water surface.
  • the injury potential of the animals located in the water is reduced because they can no longer be detected by immersed in the water guide elements.
  • the noise emissions of the micro-hydropower plant are reduced.
  • the inlet in a housing section is designed so that the region of the inlet, which is not covered by the guide elements, tapers downstream as an upper housing section increasingly approaches the circulating guide elements downstream.
  • the tapered region merges continuously and without edges into the power transmission region, in which the guide elements, in cooperation with the housing section, form an upwardly open container.
  • the guide elements are symmetrical in cross-section with respect to the plane defined by the rotating traction means levels. This ensures that the water resting on the guide elements generates no moment about the guide element longitudinal axis, which would have a negative effect on the traction means.
  • it is not absolutely necessary to use a traction device. Due to the fact that se of the vanes no moment arises when a water load rests on them, the stabilizing effect of a designed as a chain traction means is not mandatory. It can therefore be used to transfer the power to the planetary gears and a belt, belt or the like. This has the particular advantage that does not occur in chain drives in appearance polygonal effect.
  • the guide elements are essentially formed from four sections. These can be welded together, but they can also be formed from an unshaped sheet metal. According to this embodiment, two sheet metal sections each form the baffle surface and on each of these ends the inner or outer sections are arranged. In the middle of the baffle surface means for penetrating the housing are arranged by a sealing gap and attachment to the rotating traction means according to an advantageous embodiment of the invention. Additional advantages arise when these means for attaching the guide elements to the traction means allow easy replacement of the guide elements. This is on the one hand during assembly, on the other hand when replacing defective vanes advantageous.
  • the housing in the sealing gap, in which the means for connecting the guide elements with the traction device penetrate the housing an additional seal, which allows the means for attaching the guide elements on the traction means, this partially penetrate.
  • the seal may be formed by an elastomer, rubber or rubber seal. It is thereby achieved that the upwardly open container, which form the guide elements in cooperation with the housing, is better sealed, so that the largest possible amount of water can be brought from a higher to a lower level and in this case the kinetic and potential energy of the water can be transferred to the traction means.
  • the micro-hydropower plant is modular. It is advantageous if the traction means and the guide elements in any length or number to standard deflecting can be arranged.
  • modular housing construction is meant that there is at least one inlet module forming the inlet and having an arrangement for receiving an upper deflection roller, and one or more power transmission modules essentially forming the power transmission section and a drain module accommodating the lower deflection roller and the bottom housing portion forms. The required at the site height of the micro-hydropower plant can be adjusted by the number of power transmission modules.
  • FIG. 1 a perspective view of a micro-hydropower plant with line elements arranged in an inlet and a power transmission area, which are connected to a circulating traction means;
  • FIG. 2 shows a schematic side view of a section through a micro-hydropower plant
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the region labeled "x" in FIG. 2, which shows a guide element in the sectional side view, and FIG.
  • Figure 4 a perspective view of a micro-hydropower plant with respect to the embodiment shown in Figure 1 embodiment modified vanes with side portions.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a micro-hydropower plant 10 with an inlet 28, a power transmission area 30 in a partially open housing 26, which has the view of arranged in the housing 26 guide elements 14th releases.
  • the housing 26 of the micro-hydropower plant 10 will also have a cover on the left-hand side in FIG.
  • the guide elements 14 are arranged on a traction means 24, which is arranged around an upper deflection roller 34 and a lower deflection roller 36 in a circumferential direction.
  • a mechanical power is made available by it, for example, an electric generator is operated.
  • clutches, brakes and gears which ensure the speed of the generator to the rotational speed of the pulleys 34, 36 and with which the micro-hydropower plant in an emergency and maintenance can also be stopped.
  • the guide elements 14 have a baffle 16, which are formed essentially of two planar baffle surface sections.
  • the two baffle sections may be flat.
  • the baffle portions may alternatively be concave shaped.
  • a concave shape has the advantage that an edge-free transition can be formed from the one baffle surface section into the other baffle surface section.
  • the baffle 16 is assigned two sections 18, 20.
  • the pulling means 24 connected to the guide elements 14 is loaded with a circumferential force.
  • the circumferential force causes a rotation of the deflection roller 34, 36.
  • the area in which the majority of the water volume causes the structure of the circumferential force on the traction means 24 is referred to as the power transmission area 30.
  • the guide elements 14 are arranged within the housing 26.
  • the deflection rollers 34, 36 and the traction means 24 are arranged outside the housing 26.
  • the guide elements 14 are mechanically connected to the traction means 24.
  • the mechanical connection penetrates a sealing gap 12 of the housing 26.
  • a rubber seal but also a labyrinth seal can be provided.
  • the seal in the sealing gap 12 causes water from the inlet or the power transmission area 30 can not pass through the housing 26 to the outside.
  • the housing 26 is modular.
  • the embodiments shown in FIG. 1 have the housing 26 an inlet module 38, three power transmission modules 40 and a drain module 42.
  • the existing at the construction site of the micro-hydropower plant 10 level difference between an upper water surface and a lower water surface can be used optimally, are installed in the more or less power transmission modules 40 to compensate for the height difference.
  • the outlet 32 is located on the same side as the inlet 28.
  • the drain 32 can also be done on the inlet 28 opposite sides of the micro-hydropower plant 10.
  • the inlet 28 merges into the power transmission area 30 in a region 46 that tapers in a partially sickle-shaped manner.
  • FIG. 2 shows in a sectional view a micro-hydropower plant 10 with a circulating traction means 24 and guide elements 16 arranged thereon.
  • the partially sickle-shaped region 46 of the inlet is highlighted in FIG. 2 in a dotted area.
  • water can be introduced into the micro-hydropower plant 10.
  • the power transmission area 30 the kinetic energy of the water is converted into a mechanical power.
  • the guide elements 14 After the guide elements 14 have been flooded with water from above in the region of the inlet 28, the guide elements 14, in cooperation with the housing 26, form a substantially watertight container on which the flow force or the weight force of the water acts. It can be clearly seen in FIG. 2 that the height h 1 of the inner sections 18 is greater than the height h a of the outer sections 20.
  • the height h i is selected so that the upper edge of the inner sections 18 is in the region of Pulleys 34, 36 almost touching the respective overlying vanes 14. This has the advantage that in the area of the upper deflection roller 36, water supplied only reaches the guide elements 14 and not the other surrounding housing 26.
  • FIG. 2 shows the radius r, between a rotation axis of the upper deflection roller 34 and the movement path described by the inner boundary of the guide elements during operation.
  • the distance a between two guide elements in a section in which the guide elements are moved translationally is dimensioned with the letter a.
  • the height of the section h must be adapted to an inner radius r, and at a distance a between the guide elements 14, so that the inner portions in the region of the guide roller 34, 36 terminate with the undersides of the respective subsequent guide elements.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of the area marked "x" in FIG. 2. It can be seen in the enlargement that the guide elements 14 in FIG the areas in which the surface portions forming the baffle surface 16 in the sections 18, 20 pass, may be rounded. When using a formed sheet, this rounding can be provided in a forming step. In an alternative embodiment, the guide elements may be formed completely or only partially from plastic.
  • FIG. 4 shows in a perspective view a micro-hydropower plant 10 with guide elements 14 modified relative to the micro-hydropower plant 10 shown in FIG. 1.
  • side walls 44 projecting upwardly on the right and left sides of the baffles 16 also have side sections 44 projecting relative to the direction of rotation , It can thereby be achieved that water conducted through the inlet 28 onto the guide elements 14 remains in the guide elements 14 and can not reach the region of the returning guide elements 14. It is reduced by this measure, the leakage.
  • the guide elements are additionally sealed laterally, since the guide elements in cooperation with the housing 26 already form an upwardly open, but downwardly substantially closed container.
  • the efficiency of the micro-hydropower plant 10 can be further increased by the arrangement of the above-mentioned side sections, because it passes on the one hand more water in the power transmission area 30 and is used effectively, on the other hand leakage can not from the top of the Returning, highly promoted guide elements 14 meet and slow them down.
  • the proportion of moving parts is increased, which reduces the risk of injury to animals.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a mini-hydropower plant for utilizing hydropower through a tensioning means running in the circumferential direction, said tensioning means being located on at least two return wheels. The mini-hydropower plant can be utilized to bring water from a higher level to a lower level or to utilize a stream and in the process convert the kinetic potential stored in the water and the kinetic energy of flow into mechanical power. This is to be done in a way that causes no damage to animals such as fish and crabs that pass through the mini-hydropower plant. The mini-hydropower plant is characterized in that sections are disposed at the end on the inside of the guide elements relative to the circumferential direction and at the outermost sides of the guide elements relative to the circumferential direction, said sections extending up from said elements.

Description

Bezeichnung: Kleinstwasserkraftwerk Designation: Micro-hydropower plant
Die Erfindung betrifft ein Kleinstwasserkraftwerk zur Nutzung von Wasserkraft, aufweisend zumindest einem in einer Umlaufrichtung umlaufende Zugmittel, das an zumindest zwei Umlenkrädern angeordnet ist und diese antreibt, einen Zulauf, durch den dem Kleinstwasserkraftwerk Wasser zugeleitet werden kann und einen Leistungsübertragungsbereich, in dem Strömungsenergie bzw. kinetisches Potential des Wassers an mehrere, an dem umlaufenden Zugmittel angeordnete und eine Prallfläche aufweisende Leitelementen übertragen wird.The invention relates to a micro hydropower plant for the use of hydropower, comprising at least one circulating in a circumferential direction traction means, which is arranged on at least two pulleys and this drives, an inlet through which the micro-hydropower plant water can be fed and a power transmission area, in the flow energy or Kinetic potential of the water is transmitted to a plurality of, arranged on the rotating traction means and having a baffle guiding elements.
Ein derartiges Kleinstwasserkraftwerk ist aus der DE 299 12 835 Ul bekannt. Gattungsgemäße Kleinstwasserkraftwerke werden eingesetzt, um aus fließenden oder fallenden Gewässern Leistungen zwischen 5 und 100 kW zu gewinnen. Es wird dabei aus Gründen des Umweltschutzes auf Turbinen verzichtet. Gattungsgemäße Kleinstwasserkraftwerke sollen nämlich auch dort eingesetzt werden können, wo die Umwelt möglichst wenig beeinflusst werden soll. Insbesondere sollen im Wasser lebende Tiere wie z. B. Krebse und Fische das Kleinstwasserkraftwerk möglichst unverletzt passieren können. Dazu ist es einerseits nötig, dass sich die mit dem Wasser in Kontakt tretenden mechanischen Bauteile, insbesondere die Leitelemente, verhältnismäßig langsam bewegen, andererseits muss der kleinste Öffnungsquerschnitt des Kleinstwasserkraftwerkes groß genug sein, damit auch größere Fische nicht in dem Kleinstwasserkraftwerk zerquetscht werden. Noch größere Fische können an einem Rechen abgefangen werden.Such a micro-hydropower plant is known from DE 299 12 835 Ul. Generic micro-hydropower plants are used to gain power from flowing or falling waters between 5 and 100 kW. It is omitted for reasons of environmental protection on turbines. Generic micro-hydropower plants should in fact be used where the environment should be influenced as little as possible. In particular, living in the water animals such. B. crabs and fish the micro-hydropower plant can happen as uninjured. For this it is necessary, on the one hand, that the mechanical components passing in contact with the water, in particular the guide elements, move relatively slowly; on the other hand, the smallest opening cross-section of the micro-hydropower plant must be large enough so that even larger fish are not crushed in the micro-hydropower plant. Even larger fish can be caught at a rake.
Das Kleinstwasserkraftwerk weist einen Zulauf auf, durch den dem Kleinstwasserkraftwerk Wasser zugeleitet werden kann. Es gelangt hierdurch in einen Leistungsübertragungsbereich, in dem die Übertragung der Wasserkraft an das Zugmittel erfolgt. Indem an dem Zugmittel mehrere eine Prallfläche aufweisende Leitelemente angeordnet sind, erzeugt eine in Richtung des umlaufenden Zugmittels verlaufende Strömung und die Gewichtskraft eine in Umlaufrichtung wirkende Kraft auf das Zugmittel. Durch das Zugmittel wird diese in Umlaufrichtung wirkende Kraft auf ein Umlenkrad, an dem die mechanische Leistung abgegriffen werden kann, übertragen. Die mechanische Leistung liegt in Form einer drehmomentbehafteten Umdrehung des Umlenkrades vor.The micro-hydropower plant has an inlet through which water can be supplied to the micro-hydropower plant. It thereby passes into a power transmission area, in which the transfer of hydropower to the traction means takes place. By a plurality of baffles having a baffle surface are arranged on the traction means, generates a running in the direction of the rotating traction means flow and the weight force acting in the direction of rotation force on the traction means. By the traction means, this force acting in the direction of rotation is applied to a deflection wheel, at which the mechanical power can be tapped off, transfer. The mechanical power is in the form of a torque-dependent rotation of the deflection wheel.
Kleinstwasserkraftwerke sind technisch gesehen Verdrängereinheiten. In Verdrängereinheiten ist ein Hochdruckraum von einem Niederdruckraum fluiddicht zu trennen und durch das Fluid- in der vorliegenden Erfindung Wasser- ein mechanisches Element in Bewegung zu versetzen. Der Hochdruckraum ist im Falle eines Kleinstwasserkraftwerkes Wasser aus von einem geodätisch höher gelegenen Niveau bzw. einem höheren kinetischen Potential, der Niederdruckraum Wasser auf einem niedrigen Niveau bwz. einem niedrigeren kinetischen Potential. Der Hochdruckraum ist räumlich vom Niederdruckraum zu trennen und das Druckgefälle in eine mechanische Leistung umzuwandeln. Die Trennung und Umwandlung erfolgt im Leistungsübertragungsbereich durch die Leitelemente. Diese werden im Leistungs- übertragungsbereich in einem Gehäuse geführt, welches die Leitelemente umschließt. Die Leitelemente wirken zusammen mit dem Gehäuse als Trennung zwischen dem Druckraum und dem Niederdruckraum. Hier muss ein Zielkonflikt zwischen einer reibungsarmen Führung einerseits und einer guten Dichtwirkung andererseits gelöst werden, indem ein Kompromiss gefunden wird. In gattungsgemäßen Kleinstwasserkraftwerken muss zusätzlich das Verletzungspotential für im Wasser befindliche Tiere verringert werden und müssen die beim Betrieb entstehenden Geräuschemissionen reduziert werden.Micro-hydropower plants are technically displacement units. In displacer units, a high-pressure space is to be separated from a low-pressure space in a fluid-tight manner and the water in the present invention to move a mechanical element into motion. The high pressure chamber is in the case of a micro hydropower plant water from a geodetically higher level or a higher kinetic potential, the low pressure space water at a low level bwz. a lower kinetic potential. The high pressure chamber is spatially separated from the low pressure space and convert the pressure drop into a mechanical power. The separation and conversion takes place in the power transmission area through the guide elements. These are guided in the power transmission area in a housing which encloses the guide elements. The guide elements act together with the housing as a separation between the pressure chamber and the low-pressure chamber. Here a conflict of goals between a low-friction guidance on the one hand and a good sealing effect on the other must be resolved by a compromise is found. In generic micro-hydropower plants, the injury potential for animals located in the water must additionally be reduced and the noise emissions arising during operation must be reduced.
In Kleinstwasserkraftwerken der oben genannten Art ist das Verletzungspotential für durch das Kleinstwasserkraftwerk geförderte Tiere noch verhältnismäßig hoch. Die Tiere können z.B. in der DE 299 12 835 Ul leicht in den häufig als Ketten ausgebildeten Zugmitteln geraten und verletzt werden. Außerdem geht von den Randbereichen der Leitelemente, in denen sie an dem Gehäuse anliegen, eine erhöhte Einklemmgefahr aus, da hier recht schmale Spalte zwischen relativ zueinander beweglichen Teilen entstehen. Es wird dabei zwischen mitbewegten Teilen und stillstehenden Teilen unterschieden. Zusätzlich können Tiere in dem Bereich des Kleinstwasserkraftwerkes, in dem die Leitelemente in den Leistungsübertragungsbereich eintauchen, zerquetscht werden. Die von gemäß dem Stand der Technik aus- gestalteten Kleinstwasserkraftwerken ausgehende Geräuschemission ist darüber hinaus noch zu hoch.In micro-hydropower plants of the above-mentioned type, the potential for injury to animals promoted by the micro-hydropower plant is still relatively high. For example, in DE 299 12 835 UI, the animals can be easily caught and injured in traction means, which are frequently designed as chains. In addition, from the edge regions of the guide elements, in which they rest against the housing, an increased risk of entrapment, since quite narrow gaps arise between relatively movable parts. It is distinguished between mitbewegten parts and stationary parts. In addition, animals can be crushed in the area of the micro-hydropower station where the vanes dip into the power transfer area. Those of the prior art In addition, outgoing micro-hydroelectric power plants are still too high.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kleinstwasserkraftwerk der oben genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der Wirkungsgrad erhöht und das Verletzungspotential für Tiere, die durch das Kleinstwasserkraftwerk gefördert werden, verringert wird.The object of the present invention is to improve a micro-hydropower plant of the type mentioned above in that the efficiency is increased and the injury potential for animals, which are promoted by the micro-hydropower plant, is reduced.
Die oben genannte Aufgabe wird ausgehend von einem Kleinstwasserkraftwerk der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass an einer bezüglich der Umlaufrichtung innen liegenden Seite der Leitelemente ein sich von der Prallfläche stromaufärts empor erstreckender Abschnitt angeordnet ist.The abovementioned object is achieved on the basis of a micro-hydropower plant of the type mentioned at the outset in that a section extending upstream from the baffle surface is arranged on a side of the guide elements that is located in the direction of rotation.
Der sich empor erstreckende Abschnitt hat eine Erhöhung der Effizienz der Leitelemente zur Folge, denn das auf die Prallfläche auftreffende Wasser kann in dem innen liegenden Randbereichen von dem hier angeordneten Abschnitt abgefangen werden. Dadurch wird bewirkt, dass die Wassermenge, die in dem Leistungsübertragsbereich in Form von Leckage verloren geht und nicht genutzt werden kann, verringert wird. Dies hat eine Erhöhung des Wirkungsgrades zur Folge.The upwardly extending portion results in an increase in the efficiency of the guide elements, because the incident on the baffle water can be intercepted in the inner edge regions of the arranged here section. This causes the amount of water that is lost in the power transfer area in the form of leakage and that can not be used to be reduced. This results in an increase in the efficiency result.
Die Prallfläche ist eine flächige, in dem Leitelement gebildete ein- oder mehrteilige Fläche, welche unter Druckbeaufschlagungen mit Wasser eine Kraft auf das Zugmittel in Richtung der Druckbeaufschlagung überträgt. Indem in einer innen liegenden Seite der Leitelemente ein sich stromaufwärts erstreckender Abschnitt angeordnet wird, können Tiere nicht so leicht in dem Randbereich des Leitelements eingeklemmt werden. Die Tiere gelangen auf mitbewegte Teile. Es wird somit neben einer Erhöhung des Wirkungsgrades auch eine Verringerung des Verletzungspotentials für Tiere erreicht.The baffle surface is a flat, formed in the guide element one or more parts surface which transmits a pressurized force with water, a force on the traction means in the direction of pressurization. By placing an upstream extending portion in an inner side of the vanes, animals can not be easily caught in the edge portion of the vanes. The animals arrive on moving parts. It is thus achieved in addition to an increase in efficiency and a reduction of the injury potential for animals.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die bezüglich der Umlaufrichtung rechts und links außen liegende Seiten der Leitelemente ebenfalls einen sich stromaufwärts erstreckenden Abschnitt auf. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Kraftwerkes bei gleichzeitiger Verringerung des Verletzungspotentials für Tiere weiter erhöht, da ein größerer Anteil von Teilen zu den mitbewegten Teilen gehört.According to a further advantageous embodiment of the invention, the sides of the guide elements which lie on the right and left with respect to the direction of rotation also have an upstream section. This will be the Efficiency of the power plant while reducing the injury potential for animals further increased because a larger proportion of parts of the mitbewegten parts heard.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kleinstwasserkraftwerkes sind die bezüglich der Umlaufrichtung innen liegenden Abschnitte an den Leitelementen höher als die in Umlaufrichtung außen liegenden Abschnitte. Vorteilhaft ist die Höhe h, der innen liegenden Abschnitte so gewählt, dass die innen liegenden Abschnitte eines an einem Umlaufrad befindlichen Leitelements bis an eine Unterseite eines jeweils nachfolgenden Leitelementes ragen. Dadurch wird erreicht, dass an dem Zulauf, die zu befüllenden Leitelemente als gegenseitige Dichtung wirken. Insbesondere wird in diesem Bereich die Menge an Wasser verringert, die in Bereiche des Gehäuses gelangt, in denen das Wasser keine Leistung auf die Leitelemente übertragen kann, insbesondere wird die Menge an Wasser verringert, die auf die rückgeförderte, empor steigenden Leitelemente prallt und diese abbremst. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Kleinstwasserkraftwerkes zusätzlich erhöht. Die Dichtwirkung kann durch das Vorsehen einer zusätzlichen Dichtung aus einem nachgiebigen Material, die an einer oberen Kante der innen liegenden Abschnitte angeordnet ist, zusätzlich erhöht werden.According to a further advantageous embodiment of the micro-hydropower plant according to the invention, the sections lying on the guide elements with respect to the direction of rotation are higher than the sections lying outside in the direction of rotation. Advantageously, the height h, the inner portions is selected so that the inner portions of a guide element located on a revolving wheel protrude to an underside of a respective subsequent guide element. This ensures that act at the inlet, the guide elements to be filled as a mutual seal. In particular, in this area, the amount of water is reduced, which enters areas of the housing in which the water can not transfer power to the vanes, in particular, the amount of water is reduced, which bounces on the recirculated, ascending guide elements and slows them down , As a result, the efficiency of the micro-hydropower plant is additionally increased. The sealing effect may be additionally increased by providing an additional seal made of a resilient material disposed at an upper edge of the inner portions.
Der Wirkungsgrad kann weiterhin erhöht werden, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung um den gesamten Umfang eines Leitelements Abschnitte angeordnet sind, so dass im Zusammenwirken mit den Prallflächen ein nach oben offenes Gefäß gebildet wird.The efficiency can be further increased if according to a further advantageous embodiment of the invention, portions are arranged around the entire circumference of a guide element, so that in cooperation with the baffles an upwardly open vessel is formed.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in den Seitenbereichen, die bezüglich der Umlaufrichtung rechts und links von den Leitelementen angeordneten sind, stromaufwärts emporragende Seitenabschnitte ausgebildet, die so ausgestaltet sind, dass diese im Bereich der Umlenkung mit den Unterseiten der jeweils darüber angeordneten Leitelemente im Wesentlichen fluiddicht abschließen.According to an advantageous development of the invention, in the side areas which are arranged with respect to the direction of rotation to the right and left of the guide elements, upstream upstanding side portions are formed, which are designed so that in the region of the deflection with the lower sides of the respectively arranged above the guide elements substantially complete fluid-tight.
Mit Leitelementen sind im wesentlichen flächige Elemente gemeint, an denen wie oben beschrieben Abschnitte angeordnet sein können. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Prallfläche und die Abschnitte der Leitelemente aus Kunststoff, wodurch das Gewicht der Leitelemente gering gehalten werden kann. Es hat sich gezeigt, dass eine Verringerung des umlaufenden Gewichts, also eine Verringerung des Gewichts des Zugmittels und der daran angeordneten Leitelemente, sich positiv auf den Wirkungsgrad des Kleinstwasserkraftwerkes auswirkt. Dadurch werden die auf das Zugmittel wirkenden Kräfte reduziert. Außerdem bewirkt eine Gewichtsreduktion der Leitelemente, dass wenn diese quer zu der Umlaufrichtung zu Schwingungen angeregt werden und infolgedessen gegen das Gehäuse schlagen, geringere Reibungskräfte induzieren als schwere Leitelemente.With guide elements are essentially planar elements meant, where as described above sections can be arranged. According to an advantageous Embodiment of the invention, the baffle and the sections of the guide elements made of plastic, whereby the weight of the guide elements can be kept low. It has been found that a reduction of the circulating weight, ie a reduction in the weight of the traction means and the guide elements arranged thereon, has a positive effect on the efficiency of the micro-hydropower plant. As a result, the forces acting on the traction means are reduced. In addition, reducing the weight of the vanes causes them to induce lower frictional forces than heavy vanes when they are vibrated transversely to the direction of rotation and, as a result, strike the casing.
Eine große Verlustquelle war im Stand der Technik die Leckage an den Außenberandungen der Leitelemente. Die Leitelemente sind an einem Gehäuse, das die Leitelemente zumindest im Leistungsübertragungsbereich eng umschließt, angeordnet und bilden mit dem Gehäuse nach oben offene Behälter aus. Damit zwischen den Leitelementen und dem Gehäuse eine möglichst geringe mechanische Reibung entsteht, sind die Leitelemente von der durch das Gehäuse vorgegebenen Berandung leicht beabstandet. Hier kann das Wasser außerhalb der Leitelemente stromabwärts fließen, ohne dass Wasserkraft auf ein Leitelement übertragen wurde. Allerdings besteht noch die Möglichkeit, dass das verlustig gewordene Wasser an dem jeweils nachgeschalteten Leitelement noch Energie überträgt. Indem an dem Leitelement sich die stromaufwärts weisende Richtung die oben genannten Abschnitte angeordnet werden, ist die mögliche Verlustleistung zumindest in Umlaufrichtung außen und innen liegend reduziert, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird. Weitere Verluste traten zum Beispiel in dem in der DE 299 12 835 Ul offenbarten Wasserkraftwerk dort auf, wo das Zugmittel die Leitelemente durchdrungen hat. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind einem Kleinstwasserkraftwerk zumindest zwei Zugmittel zugeordnet. Diese zwei Zugmittel liegen vorteilhafterweise außerhalb der Leitelemente, besonders bevorzugt sogar außerhalb des Gehäuses.A major loss source in the prior art was the leakage at the outer boundaries of the vanes. The guide elements are arranged on a housing which tightly encloses the guide elements, at least in the power transmission area, and form containers open at the top with the housing. So that the smallest possible mechanical friction arises between the guide elements and the housing, the guide elements are slightly spaced from the boundary defined by the housing. Here, the water can flow downstream of the vanes downstream, without water power was transferred to a guide element. However, there is still the possibility that the water that has become lost still transfers energy to the respectively downstream guide element. By arranging the above-mentioned sections on the guide element in the upstream direction, the possible power loss is reduced, at least in the direction of rotation, on the outside and on the inside, whereby the efficiency is increased. Further losses occurred, for example, in the hydropower plant disclosed in DE 299 12 835 U1 where the traction means penetrated the guide elements. According to an advantageous embodiment of the invention, a micro-hydropower plant at least two traction means are assigned. These two traction means are advantageously outside the guide elements, particularly preferably outside of the housing.
Eine weitere Verlustquelle entstand regelmäßig bei der Zuführung des Wassers in das Kleinstwasserkraftwerk. In einigen gattungsgemäßen Kleinstwasserkraftwerken, beispielsweise dem in der DE 299 12 835 Ul offenbarten Kleinstwasserkraftwerk, überragten die Leitelemente an ihrem oberen Umkehrpunkt die Wasseroberfläche des höher gelegenen Wasserniveaus und schlugen regelrecht auf das Wasser auf. Hierdurch ergab sich nicht nur eine höhere Geräuschemission an die Umwelt, sondern auch Energieverluste. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Zulauf geodätisch oberhalb des Leistungsaufnahmebereichs angeordnet. Die Leitelemente werden somit stets von oben mit Wasser befüllt, wodurch das Problem der auf die Wasseroberfläche schlagenden Leitelemente aufgehoben wird. Die Leitelemente können sich nun stetig und ruckfrei mit Wasser füllen, ein hartes Auftreffen auf einer Wasseroberfläche erfolgt nicht. Durch diese Maßnahme wird auch das Verletzungspotential der im Wasser befindlichen Tiere verringert, da diese nun nicht mehr von in das Wasser eintauchenden Leitelementen erfasst werden können. Darüber hinaus werden die Geräuschemissionen des Kleinstwasserkraftwerkes verringert.Another source of loss was regularly when feeding the water in the micro-hydropower plant. In some generic micro-hydropower plants, such as the disclosed in DE 299 12 835 Ul micro-hydropower plant, At their upper reversal point, the vanes towered above the water surface of the higher water level and literally hit the water. This not only resulted in a higher noise emission to the environment, but also energy losses. According to an advantageous embodiment of the invention, the inlet is arranged geodetically above the power receiving area. The guide elements are thus always filled from above with water, whereby the problem of beating on the water surface guide elements is repealed. The guide elements can now fill steadily and smoothly with water, a hard impact does not occur on a water surface. By this measure, the injury potential of the animals located in the water is reduced because they can no longer be detected by immersed in the water guide elements. In addition, the noise emissions of the micro-hydropower plant are reduced.
Wie oben erwähnt ist es vorteilhaft, wenn das Wasser möglichst ruckfrei auf die Leitelemente geleitet wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Zulauf in einem Gehäuseabschnitt so gestaltet, dass sich der Bereich des Zulaufs, der nicht von den Leitelementen erfasst ist, sich stromabwärts verjüngt indem sich ein oberer Gehäuseabschnitt den umlaufenden Leitelementen stromabwärts zunehmend annähert. Vorteilhafterweise geht der sich verjüngende Bereich stetig und kantenfrei in den Leistungsübertragungsbereich über, in dem die Leitelemente in Zusammenwirken mit dem Gehäuseabschnitt einen nach oben offenen Behälter bilden. Durch diese, im Querschnitt sichelförmige Gestaltung des Zulaufs wird ein stetiger Übergang des zugeführten Wasservolumens in die durch die Leitelemente unterteilten Volumina, welche den Leistungsübertragungsbereich ausbilden, gewährleistet.As mentioned above, it is advantageous if the water is passed as smooth as possible on the guide elements. According to an advantageous embodiment of the invention, the inlet in a housing section is designed so that the region of the inlet, which is not covered by the guide elements, tapers downstream as an upper housing section increasingly approaches the circulating guide elements downstream. Advantageously, the tapered region merges continuously and without edges into the power transmission region, in which the guide elements, in cooperation with the housing section, form an upwardly open container. This, in cross-section sickle-shaped design of the inlet is a steady transition of the supplied water volume in the subdivided by the vanes volumes, which form the power transmission area, guaranteed.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Leitelemente im Querschnitt symmetrisch bezüglich der durch das umlaufenden Zugmittel aufgespannten Ebenen. Hierdurch wird erreicht, dass das auf den Leitelementen ruhende Wasser kein Moment um die Leitelementlängsachse erzeugt, welches sich negativ auf das Zugmittel auswirken würde. Bei dieser Ausgestaltung ist es nicht zwingend notwendig, ein Zugmittel zu verwenden. Dadurch, dass um die Längsach- se der Leitelemente kein Moment entsteht, wenn eine Wasserlast auf ihnen ruht, ist die stabilisierende Wirkung eines als Kette ausgestalteten Zugmittels nicht zwingend erforderlich. Es kann also zur Übertragung der Leistung auf die Umlaufräder auch ein Riemen, Band oder ähnliches verwendet werden. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der bei Kettenantrieben in Erscheinung tretende Polygoneffekt nicht auftritt.According to a further advantageous embodiment of the invention, the guide elements are symmetrical in cross-section with respect to the plane defined by the rotating traction means levels. This ensures that the water resting on the guide elements generates no moment about the guide element longitudinal axis, which would have a negative effect on the traction means. In this embodiment, it is not absolutely necessary to use a traction device. Due to the fact that se of the vanes no moment arises when a water load rests on them, the stabilizing effect of a designed as a chain traction means is not mandatory. It can therefore be used to transfer the power to the planetary gears and a belt, belt or the like. This has the particular advantage that does not occur in chain drives in appearance polygonal effect.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Leitelemente im Wesentlichen aus vier Teilabschnitten gebildet. Diese können miteinander verschweißt sein, sie können aber auch aus einem ungeformten Blech gebildet sein. Gemäß dieser Ausführungsform bilden je zwei Blechabschnitte die Prallfläche und an dieser sind jeweils endseitig die innen bzw. außen liegenden Abschnitte angeordnet. In der Mitte der Prallfläche sind gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung Mittel zur Durchdringung des Gehäuses durch einen Dichtungsspalt und Anbringung an das umlaufende Zugmittel angeordnet. Zusätzliche Vorteile ergeben sich, wenn diese Mittel zur Anbringung der Leitelemente an das Zugmittel ein einfaches Austauschen der Leitelemente ermöglichen. Dies ist zum einen bei der Montage, zum anderen beim Auswechseln defekter Leitelemente vorteilhaft.According to an advantageous embodiment of the invention, the guide elements are essentially formed from four sections. These can be welded together, but they can also be formed from an unshaped sheet metal. According to this embodiment, two sheet metal sections each form the baffle surface and on each of these ends the inner or outer sections are arranged. In the middle of the baffle surface means for penetrating the housing are arranged by a sealing gap and attachment to the rotating traction means according to an advantageous embodiment of the invention. Additional advantages arise when these means for attaching the guide elements to the traction means allow easy replacement of the guide elements. This is on the one hand during assembly, on the other hand when replacing defective vanes advantageous.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse in dem Dichtungsspalt, in denen die Mittel zur Verbindung der Leitelemente mit dem Zugmittel das Gehäuse durchdringen, eine zusätzliche Dichtung auf, die es den Mitteln zur Anbringung der Leitelemente an dem Zugmittel erlaubt, diese bereichsweise zu durchdringen. Die Dichtung kann durch eine Elastomer-, Kautschuk- oder Gummidichtung gebildet sein. Es wird dadurch erreicht, dass der nach oben offene Behälter, den die Leitelemente im Zusammenwirken mit dem Gehäuse ausbilden, besser abgedichtet ist, so dass eine möglichst große Menge Wasser von einem höheren auf ein niedrigeres Niveau gebracht werden kann und hierbei die kinetische und potentielle Energie des Wassers auf das Zugmittel übertragen werden kann.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the housing in the sealing gap, in which the means for connecting the guide elements with the traction device penetrate the housing, an additional seal, which allows the means for attaching the guide elements on the traction means, this partially penetrate. The seal may be formed by an elastomer, rubber or rubber seal. It is thereby achieved that the upwardly open container, which form the guide elements in cooperation with the housing, is better sealed, so that the largest possible amount of water can be brought from a higher to a lower level and in this case the kinetic and potential energy of the water can be transferred to the traction means.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kleinstwasserkraftwerk modular aufgebaut. Es ist vorteilhaft, wenn das Zugmittel und die Leitelemente in beliebiger Länge bzw. Anzahl um standardgemäße Umlenk- rollen angeordnet werden können. Mit modularem Gehäuseaufbau ist gemeint, dass es mindestens ein Zulaufmodul gibt, welches den Zulauf ausbildet und eine Anordnung zur Aufnahme einer oberen Umlenkrolle aufweist, und ein oder mehrere Leis- tungsübertragungsmodule, die im wesentlichen den Leistungsübertragungsabschnitt bilden und ein Ablaufmodul, welches die untere Umlenkrolle aufnimmt und den untersten Gehäuseabschnitt ausbildet. Die am Einsatzort geforderte Höhe des Kleinstwasserkraftwerkes kann durch die Anzahl der Leistungsübertragungsmodule eingestellt werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, the micro-hydropower plant is modular. It is advantageous if the traction means and the guide elements in any length or number to standard deflecting can be arranged. By modular housing construction is meant that there is at least one inlet module forming the inlet and having an arrangement for receiving an upper deflection roller, and one or more power transmission modules essentially forming the power transmission section and a drain module accommodating the lower deflection roller and the bottom housing portion forms. The required at the site height of the micro-hydropower plant can be adjusted by the number of power transmission modules.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Figurenbeschreibungen. Die in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiele sind nicht als die Erfindung einschränkend anzusehen, vielmehr sollen hier mögliche Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Kleinstwasserkraftwerkes verdeutlicht und weitere Vorteile der Erfindung aufgezeigt werden. In den Figuren zeigen :Further advantages of the invention will become apparent from the following description of the figures. The embodiments shown in the figures are not to be regarded as limiting the invention, but rather to illustrate possible embodiments of a micro-hydropower plant according to the invention and further advantages of the invention will be shown. In the figures show:
Figur 1 : In perspektivischer Darstellung ein Kleinstwasserkraftwerk mit in einem Zulauf und einem Leistungsübertragungsbereich angeordneten Leitungselementen, die mit einem umlaufenden Zugmittel verbunden sind,FIG. 1: a perspective view of a micro-hydropower plant with line elements arranged in an inlet and a power transmission area, which are connected to a circulating traction means;
Figur 2: eine schematische Seitenansicht eines Schnittes durch ein Kleinstwasserkraftwerk,FIG. 2 shows a schematic side view of a section through a micro-hydropower plant,
Figur 3 : eine vergrößerte Ansicht des in Figur 2 mit „x" markierten Bereichs, die ein Leitelement in der geschnittenen Seitenansicht zeigt, undFIG. 3 shows an enlarged view of the region labeled "x" in FIG. 2, which shows a guide element in the sectional side view, and FIG
Figur 4: in perspektivischer Darstellung ein Kleinstwasserkraftwerk mit gegenüber den in Figur 1 gezeigtem Ausführungsbeispiel modifizierten Leitelementen mit Seitenabschnitten.Figure 4: a perspective view of a micro-hydropower plant with respect to the embodiment shown in Figure 1 embodiment modified vanes with side portions.
Figur 1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Kleinstwasserkraftwerk 10 mit einem Zulauf 28, einem Leistungsübertragungsbereich 30 in einem teilweise geöffneten Gehäuse 26, das den Blick auf in dem Gehäuse 26 angeordnete Leitelemente 14 freigibt. Im Gebrauch wird das Gehäuse 26 des Kleinstwasserkraftwerkes 10 auch an der in Figur 1 nach links weisenden Seite eine Abdeckung aufweisen.1 shows a perspective view of a micro-hydropower plant 10 with an inlet 28, a power transmission area 30 in a partially open housing 26, which has the view of arranged in the housing 26 guide elements 14th releases. In use, the housing 26 of the micro-hydropower plant 10 will also have a cover on the left-hand side in FIG.
Die Leitelemente 14 sind an einem Zugmittel 24 angeordnet, welche um eine obere Umlenkrolle 34 und eine untere Umlenkrolle 36 in einer Umlaufrichtung angeordnet ist. Im Bereich der oberen Umlenkrolle 34 sind nicht dargestellte Mittel zur Aufnahme einer mechanischen Leistung angeordnet, welche in Form einer Drehzahl n und eines Drehmomentes M abgegriffen werden kann. Die mechanische Leistung wird nutzbar gemacht, indem damit beispielsweise ein elektrischer Generator betrieben wird. Hier können im Stand der Technik verfügbare Mittel eingesetzt werden, beispielsweise Kupplungen, Bremsen und Getriebe, welche die Drehzahl des Generators an die Umlaufgeschwindigkeit der Umlenkrollen 34, 36 gewährleisten und mit denen das Kleinstwasserkraftwerk im Notfall und zu Wartungszwecken auch angehalten werden kann.The guide elements 14 are arranged on a traction means 24, which is arranged around an upper deflection roller 34 and a lower deflection roller 36 in a circumferential direction. In the region of the upper deflection roller 34, means not shown for receiving a mechanical power are arranged, which can be tapped in the form of a rotational speed n and a torque M. The mechanical power is made available by it, for example, an electric generator is operated. Here, in the prior art available means may be used, such as clutches, brakes and gears, which ensure the speed of the generator to the rotational speed of the pulleys 34, 36 and with which the micro-hydropower plant in an emergency and maintenance can also be stopped.
In Figur 1 erkennt man, dass die Leitelemente 14 eine Prallfläche 16 aufweisen, die im Wesentlichen aus zwei ebenen Prallflächenabschnitten gebildet sind. Die zwei Prallflächenabschnitte können eben sein. Hierdurch wird ein einfacher Aufbau und somit eine einfache Montage gewährleistet. Die Prallflächenabschnitte können alternativ auch konkav geformt sein. Eine konkave Formgebung hat den Vorteil, dass ein kantenfreier Übergang von dem einen Prallflächenabschnitt in den anderen Prallflächenabschnitt gebildet werden kann.In Figure 1 it can be seen that the guide elements 14 have a baffle 16, which are formed essentially of two planar baffle surface sections. The two baffle sections may be flat. As a result, a simple structure and thus easy installation is guaranteed. The baffle portions may alternatively be concave shaped. A concave shape has the advantage that an edge-free transition can be formed from the one baffle surface section into the other baffle surface section.
Entgegen der Strömungsrichtung, also stromaufwärts und in Figur 1 nach oben weisend, sind der Prallfläche 16 zwei Abschnitte 18, 20 zugeordnet. Der innen liegende Abschnitt 18, also der Abschnitt 18, der bezüglich einer Umlaufrichtung des Zugmittels 24 stets innen liegt, ist dabei erkennbar höher als der außen liegende Abschnitt 20. Hierdurch wird erreicht, dass in einem oberen Bereich, in dem die Leitelemente 14 gerade auf der Umlenkrolle 34 anliegen, die innen liegenden Abschnitte 18 mit den jeweiligen darüber angeordneten, nachfolgenden Leitelementen eine Dichtung ausbilden, so dass Wasser aus dem Zulauf 28 nur auf die stromaufwärtige Seite der Leitelement 14 und nicht etwa in andere Gehäuseabschnitte gelangen kann. Nachdem Wasser im Zulauf 28 auf die Leitelemente 14 geleitet worden ist, beschwert es diese mit seinem Gewicht und drängt diese in Richtung der Erdbeschleunigung g nach unten. Dabei wird das mit den Leitelementen 14 verbundene Zugmittel 24 mit einer Umfangskraft belastet. Die Umfangskraft bewirkt eine Rotation der Umlenkrolle 34, 36. Der Bereich, in dem der Großteil des Wasservolumens den Aufbau der umfangsgerichteten Kraft auf das Zugmittel 24 bewirkt, wird als Leistungs- übertragungsbereich 30 bezeichnet.Contrary to the direction of flow, that is to say upstream and pointing upwards in FIG. 1, the baffle 16 is assigned two sections 18, 20. The inner portion 18, so the portion 18, which is always inside with respect to a direction of rotation of the traction means 24, is thereby recognizably higher than the outer portion 20. This ensures that in an upper region in which the guide elements 14 straight on abut the guide roller 34, the inner portions 18 with the respective arranged above, subsequent guide elements form a seal, so that water from the inlet 28 can only reach the upstream side of the guide element 14 and not in other housing sections. After water has been passed in the inlet 28 on the guide elements 14, it complains this with its weight and urges them in the direction of gravitational g down. In this case, the pulling means 24 connected to the guide elements 14 is loaded with a circumferential force. The circumferential force causes a rotation of the deflection roller 34, 36. The area in which the majority of the water volume causes the structure of the circumferential force on the traction means 24 is referred to as the power transmission area 30.
Wie in Figur 1 erkennbar, sind die Leitelemente 14 innerhalb des Gehäuses 26 angeordnet. Die Umlenkrollen 34, 36 und die Zugmittel 24 sind außerhalb des Gehäuses 26 angeordnet. Die Leitelemente 14 sind mit den Zugmitteln 24 mechanisch verbunden. Die mechanische Verbindung durchdringt dabei einen Dichtungsspalt 12 des Gehäuses 26. In dem Dichtungsspalt 12 kann eine Gummidichtung aber auch eine Labyrinth-Dichtung vorgesehen sein. Die Dichtung in der Dichtungsspalte 12 bewirkt, dass Wasser nicht aus den Zulauf bzw. den Leistungsübertragungsbereichs 30 durch das Gehäuse 26 nach außen treten kann.As can be seen in FIG. 1, the guide elements 14 are arranged within the housing 26. The deflection rollers 34, 36 and the traction means 24 are arranged outside the housing 26. The guide elements 14 are mechanically connected to the traction means 24. The mechanical connection penetrates a sealing gap 12 of the housing 26. In the sealing gap 12, a rubber seal but also a labyrinth seal can be provided. The seal in the sealing gap 12 causes water from the inlet or the power transmission area 30 can not pass through the housing 26 to the outside.
Mit Dichtung im Dichtungsspalt 12 ist nicht gemeint, dass hier eine völlige fluiddich- te Trennung des Leistungsbereichs 30 von dem Außenbereich des Gehäuses 26 erfolgt. Eine derartige Dichtung hätte zu hohe Reibungen der Verbindungen zwischen den Leitelementen 14 und den Zugmitteln 24 an der Dichtung zufolge, was unerwünscht ist. Eine gewisse Leckage wird durchaus in Kauf genommen.With a seal in the sealing gap 12, it is not meant that a complete fluid-tight separation of the power region 30 from the outer region of the housing 26 takes place here. Such a seal would have too high friction of the connections between the guide elements 14 and the traction means 24 to the seal, which is undesirable. A certain leakage is quite accepted.
Vorteilhaft ist das Gehäuse 26 modular aufgebaut. Die mit Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiele weist das Gehäuse 26 ein Zulaufmodul 38, drei Leistungsübertra- gungsmodule 40 und ein Ablaufmodul 42 auf. Der am Aufbauort des Kleinstwasserkraftwerkes 10 vorhandene Niveauunterschied zwischen einer oberen Wasserfläche und einer unteren Wasserfläche kann in optimaler Weise genutzt werden, in dem mehr oder weniger Leistungsübertragungsmodule 40 zum Ausgleich des Höhenunterschiedes verbaut werden.Advantageously, the housing 26 is modular. The embodiments shown in FIG. 1 have the housing 26 an inlet module 38, three power transmission modules 40 and a drain module 42. The existing at the construction site of the micro-hydropower plant 10 level difference between an upper water surface and a lower water surface can be used optimally, are installed in the more or less power transmission modules 40 to compensate for the height difference.
In dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich der Ablauf 32 auf der gleichen Seite wie der Zulauf 28. Je nach dem, wo das Kleinstwasserkraftwerk 10 eingesetzt wird, kann der Ablauf 32 jedoch auch auf der dem Zulauf 28 gegenüberliegende Seiten des Kleinstwasserkraftwerkes 10 erfolgen. Weiterhin ist der Figur 1 zu entnehmen, dass der Zulauf 28 in einem teilweise sichelförmig zulaufenden Bereich 46 in den Leistungsübertragungsbereich 30 übergeht.In the embodiment shown in Figure 1, the outlet 32 is located on the same side as the inlet 28. Depending on where the micro-hydropower plant 10th is used, however, the drain 32 can also be done on the inlet 28 opposite sides of the micro-hydropower plant 10. Furthermore, it can be seen from FIG. 1 that the inlet 28 merges into the power transmission area 30 in a region 46 that tapers in a partially sickle-shaped manner.
Figur 2 zeigt in einer Schnittansicht ein Kleinstwasserkraftwerk 10 mit einem umlaufenden Zugmittel 24 und daran angeordneten Leitelementen 16. Der teilweise sichelförmige Bereich 46 des Zulaufs ist in Figur 2 in einer gepunkteten Fläche hervorgehoben. Durch einen Zulauf 28 kann Wasser in das Kleinstwasserkraftwerk 10 eingeleitet werden. Im Leistungsübertragungsbereich 30 erfolgt die Umwandlung der kinetischen Energie des Wassers in eine mechanische Leistung. Nachdem im Bereich des Zulaufs 28 die Leitelemente 14 von oben mit Wasser geflutet wurden, bilden die Leitelemente 14 im Zusammenwirken mit dem Gehäuse 26 einem im Wesentlichen wasserdichten Behälter, auf den die Strömungskraft bzw. die Gewichtskraft des Wassers wirkt. In Figur 2 ist gut erkennbar, dass die Höhe h, der innen liegenden Abschnitte 18 größer ist als die Höhe ha der außen liegenden Abschnitte 20. Die Höhe h, ist dabei so gewählt, dass die Oberkante der innen liegenden Abschnitte 18 im Bereich der Umlenkrollen 34, 36 die jeweils darüber liegenden Leitelemente 14 nahezu berühren. Dies hat den Vorteil, dass im Bereich der oberen Umlenkrolle 36 zugeleitetes Wasser nur auf die Leitelemente 14 und nicht in das sonstige umliegende Gehäuse 26 gelangt.FIG. 2 shows in a sectional view a micro-hydropower plant 10 with a circulating traction means 24 and guide elements 16 arranged thereon. The partially sickle-shaped region 46 of the inlet is highlighted in FIG. 2 in a dotted area. Through an inlet 28, water can be introduced into the micro-hydropower plant 10. In the power transmission area 30, the kinetic energy of the water is converted into a mechanical power. After the guide elements 14 have been flooded with water from above in the region of the inlet 28, the guide elements 14, in cooperation with the housing 26, form a substantially watertight container on which the flow force or the weight force of the water acts. It can be clearly seen in FIG. 2 that the height h 1 of the inner sections 18 is greater than the height h a of the outer sections 20. The height h i is selected so that the upper edge of the inner sections 18 is in the region of Pulleys 34, 36 almost touching the respective overlying vanes 14. This has the advantage that in the area of the upper deflection roller 36, water supplied only reaches the guide elements 14 and not the other surrounding housing 26.
In Figur 2 ist der Radius r, zwischen einer Rotationsachse der oberen Umlenkrolle 34 und der durch die innen liegende Begrenzung der Leitelemente während des Betriebs beschriebenen Bewegungsbahn angegeben. Zusätzlich ist der Abstand a zwischen zwei Leitelementen in einem Abschnitt, in dem die Leitelemente translatorisch bewegt werden, mit dem Buchstaben a bemaßt. Die Höhe des Abschnitts h, muss dabei an einen inneren Radius r, und in Abstand a zwischen den Leitelementen 14 angepasst sein, damit die inneren Abschnitte im Bereich der Umlenkrolle 34, 36 mit den Unterseiten der jeweils nachfolgenden Leitelementen abschließen.FIG. 2 shows the radius r, between a rotation axis of the upper deflection roller 34 and the movement path described by the inner boundary of the guide elements during operation. In addition, the distance a between two guide elements in a section in which the guide elements are moved translationally, is dimensioned with the letter a. The height of the section h, must be adapted to an inner radius r, and at a distance a between the guide elements 14, so that the inner portions in the region of the guide roller 34, 36 terminate with the undersides of the respective subsequent guide elements.
Figur 3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung den mit „x" gekennzeichneten Bereich aus Figur 2. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass die Leitelemente 14 in den Bereichen, in denen die die Prallfläche 16 ausbildenden Flächenabschnitte in die Abschnitte 18, 20 übergehen, abgerundet sein können. Bei der Verwendung eines umgeformten Bleches kann diese Abrundung in einem Umformschritt bereitgestellt werden. In einer alternativen Ausführungsvariante können die Leitelemente vollständig oder nur zum Teil aus Kunststoff gebildet sind.FIG. 3 shows an enlarged view of the area marked "x" in FIG. 2. It can be seen in the enlargement that the guide elements 14 in FIG the areas in which the surface portions forming the baffle surface 16 in the sections 18, 20 pass, may be rounded. When using a formed sheet, this rounding can be provided in a forming step. In an alternative embodiment, the guide elements may be formed completely or only partially from plastic.
Figur 4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Kleinstwasserkraftwerk 10 mit gegenüber dem in Figur 1 gezeigten Kleinstwasserkraftwerk 10 modifizierten Leitelementen 14. Die Leitelemente 14 weisen neben den Abschnitten 18, 20 auch in bezüglich der Umlaufrichtung rechts und links liegenden Seiten der Prallflächen 16 emporragende Seitenabschnitte 44 auf. Es kann dadurch erreicht werden, dass durch den Zulauf 28 auf die Leitelemente 14 geleitetes Wasser in den Leitelementen 14 bleibt und nicht in den Bereich der rückkehrenden Leitelemente 14 gelangen kann. Es wird durch diese Maßnahme die Leckage verringert. Auf den ersten Blick betrachtet mag es eigentümlich erscheinen, dass im Bereich der Umlenkrollen die Leitelemente zusätzlich seitlich abgedichtet werden, da die Leitelemente im Zusammenwirken mit dem Gehäuse 26 ohnehin schon einen nach oben offenen, nach unten jedoch im Wesentlichen geschlossenen Behälter bilden. Es hat sich jedoch überraschenderweise gezeigt, dass durch die Anordnung der oben genannten Seitenabschnitte der Wirkungsgrad des Kleinstwasserkraftwerkes 10 weiter erhöht werden kann, denn es gelangt einerseits mehr Wasser in den Leistungsübertra- gungsbereich 30 und wird effektiv genutzt, andererseits kann Leckage nicht von oben auf die rückkehrenden, hochgeförderten Leitelemente 14 treffen und diese abbremsen. Zusätzlich wird der Anteil an mitbewegten Teilen erhöht, was das Verletzungspotential für Tiere verringert.FIG. 4 shows in a perspective view a micro-hydropower plant 10 with guide elements 14 modified relative to the micro-hydropower plant 10 shown in FIG. 1. In addition to the sections 18, 20, side walls 44 projecting upwardly on the right and left sides of the baffles 16 also have side sections 44 projecting relative to the direction of rotation , It can thereby be achieved that water conducted through the inlet 28 onto the guide elements 14 remains in the guide elements 14 and can not reach the region of the returning guide elements 14. It is reduced by this measure, the leakage. At first glance, it may seem peculiar that in the area of the deflection rollers, the guide elements are additionally sealed laterally, since the guide elements in cooperation with the housing 26 already form an upwardly open, but downwardly substantially closed container. However, it has surprisingly been found that the efficiency of the micro-hydropower plant 10 can be further increased by the arrangement of the above-mentioned side sections, because it passes on the one hand more water in the power transmission area 30 and is used effectively, on the other hand leakage can not from the top of the Returning, highly promoted guide elements 14 meet and slow them down. In addition, the proportion of moving parts is increased, which reduces the risk of injury to animals.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kleinstwasserkraftwerkes ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen. Diese können, sofern sich keine widersprechenden Angaben ergeben, in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden, und weitere Vorteile der Erfindung aufzeigen. Further advantageous embodiments of a micro-hydropower plant according to the invention will become apparent from the respective dependent claims. These may, unless contradictory statements are made, be combined with each other in any technologically meaningful manner, and demonstrate further advantages of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kleinstwasserkraftwerk (10) zur Nutzung von Wasserkraft, aufweisend1. micro-hydropower plant (10) for the use of hydropower, comprising
- zumindest ein in einer Umlaufrichtung umlaufendes Zugmittel (24), die an zumindest zwei Umlenkrädern (34, 36) angeordnet ist und diese antreibt,at least one traction means (24) revolving in a circulation direction, which is arranged on at least two deflection wheels (34, 36) and drives them,
- einen Zulauf (28), durch den dem Kleinstwasserkraftwerk (10) Wasser zugeleitet werden kann, einen Leistungsübertragungsbereich (30), in dem Strömungsenergie bzw. kinetische Potential des Wassers an mehrere, an das umlaufenden Zugmittel (24) angeordnete und eine Prallfläche (16) aufweisende Leitelementen (14) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass an einer bezüglich der Umlaufrichtung innen liegenden Seite der Leitelemente (14) ein sich von der Prallfläche (16) stromaufwärts empor erstreckende Abschnitte (18) angeordnet ist.an inlet (28) through which water can be supplied to the micro hydropower plant (10), a power transmission area (30) in which flow energy or kinetic potential of the water is applied to a plurality of impacting means (24) and an impact surface (16 ) carrying guide elements (14), characterized in that at a direction of rotation with respect to the inside of the guide elements (14) from the baffle surface (16) upstream upwardly extending portions (18) is arranged.
2. Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin an der bezüglich der Umlaufrichtung außen liegenden Seite der Leitelemente (14) ein sich von der Prallfläche (16) stromaufwärts empor erstreckende Abschnitt (18, 20) angeordnet ist, wobei der außen liegenden Abschnitt (18) 20 bis 50 Prozent weniger weit von der Prallfläche (16) emporragt als der in Umlaufrichtung innen liegende Abschnitt (20).2. The micro-hydropower plant (10) according to claim 1, characterized in that further on the outside with respect to the circumferential direction of the guide elements (14) from the baffle (16) upstream upwardly extending portion (18, 20) is arranged, wherein the outer portion (18) 20 to 50 percent less far from the baffle (16) protrudes than the circumferential direction inward portion (20).
3. Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h,) der innen liegenden Abschnitte (18) so gewählt ist, dass die innen liegenden Abschnitte (18) eines an einem Umlaufrad (34, 34) befindlichen Leitelements (14) im Zusammenwirken mit einer Unterseite eines jeweils nachfolgenden Leitelements (14) im wesentlichen fluiddicht abschließt.3. micro-hydropower plant (10) according to claim 1, characterized in that the height (h,) of the inner portions (18) is selected so that the inner portions (18) of a on a planet wheel (34, 34) located guide element (14) terminates substantially fluid-tight in cooperation with an underside of a respective subsequent guide element (14).
4. Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer oberen Kante der innen liegenden Abschnitte (18), mit dem diese im Zusammenwirken mit einer Unterseite eines jeweils nach- folgenden Leitelements (14) im wesentlichen fluiddicht abschließt, eine Dichtung aus einem nachgiebigen Material vorgesehen ist.4. micro-hydropower plant (10) according to claim 3, characterized in that at an upper edge of the inner portions (18), with which this in cooperation with a bottom of a respective nach- following guide element (14) terminates substantially fluid-tight, a seal is provided from a resilient material.
5. Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (28) geodätisch oberhalb des Leistungsaufnahmebereichs (30) angeordnet ist, so dass die Leitelemente (14) stets von oben mit Wasser befüllt werden.5. micro-hydropower plant (10) according to claim 1, characterized in that the inlet (28) is arranged geodetically above the power receiving area (30), so that the guide elements (14) are always filled from above with water.
6. Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Wand des Gehäuses (26) im Bereich des Zulaufs (28) zunehmend den umlaufenden Leitelementen (14) annähert.6. micro-hydropower plant (10) according to claim 1, characterized in that the upper wall of the housing (26) in the region of the inlet (28) increasingly approximates the circulating guide elements (14).
7. Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsübertragungsbereich (30) vertikal verläuft.7. micro-hydropower plant (10) according to claim 1, characterized in that the power transmission area (30) extends vertically.
8. Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (24) außerhalb des Gehäuses (26) in einem Zugmittellaufbereich geführt ist, die Umlenkräder (34, 36) außerhalb des die Leitelemente (14) umschließenden Gehäuseteils angeordnet sind und eine umlaufende Dichtung zumindest den Leistungsübertragungsbereich (30) von dem Zugmittellaufbereich trennt.8. micro-hydropower plant (10) according to claim 1, characterized in that the tension element (24) outside the housing (26) is guided in a Zugmittellaufbereich, the deflection wheels (34, 36) outside of the guide elements (14) enclosing the housing part are arranged and a circumferential seal separates at least the power transmission area (30) from the Zugmittellaufbereich.
9. Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als zwei als Ketten ausgebildete Zugmittel (24) aufweist.9. micro-hydropower plant (10) according to claim 1, characterized in that it comprises two trained as chains traction means (24).
10. Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Leitelementen (14) die Prallflächen (16) in einer Abrundung in die Abschnitte (18, 20) übergehen.10. micro-hydropower plant (10) according to claim 1, characterized in that pass in the guide elements (14), the baffles (16) in a rounding in the sections (18, 20).
11. Kleinstwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin bezüglich der Umlaufrichtung rechts und links von den Leitelementen (14) angeordneten Seitenabschnitte (44) angeordnet sind, die so ausgestaltet sind, dass diese im Bereich der Umlenkung mit einer Unterseite eines darüber angeordneten Leitelements (14) im Wesentlichen fluiddicht abschließen. 11. micro-hydropower plant according to claim 1, characterized in that further arranged with respect to the direction of rotation to the right and left of the guide elements (14) arranged side portions (44) which are designed so that these in the region of the deflection with a bottom of a guide element arranged above (14) terminate substantially fluid-tight.
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