WO2017063671A1 - Fluessigkeitsverdraengungsvorrichtung und energieumwandlungsvorrichtung mit dergleichen - Google Patents

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WO2017063671A1
WO2017063671A1 PCT/EP2015/073619 EP2015073619W WO2017063671A1 WO 2017063671 A1 WO2017063671 A1 WO 2017063671A1 EP 2015073619 W EP2015073619 W EP 2015073619W WO 2017063671 A1 WO2017063671 A1 WO 2017063671A1
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liquid
piston
cylinder
fluid
fluid displacement
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PCT/EP2015/073619
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English (en)
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Horst Bormet
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LANGENDORF, Edgar
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • 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
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
    • 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
    • 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
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/20—Hydro energy
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    • 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
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the invention relates to a
  • Fluid displacement device for displacing a liquid from at least one cylinder of a cylinder-piston device, with a lifting device and in each case one with the cylinder-piston device in
  • Position is displaced to a second position and wherein the liquid supply line comprises a closure device for liquid-tight sealing of the cylinder.
  • the invention relates to a
  • Fluid displacement device for converting a potential energy of a liquid into electricity.
  • a liquid can be conveyed from one location to another via a liquid-conducting pipe system by means of a pump.
  • Such pumps can according to their principle in
  • Jet pumps In positive displacement pumps, a liquid is conveyed through a closed pipe system, with a Prevention of backflow through valves or flaps is achieved. Positive displacement pumps are usually
  • a disadvantage of positive displacement pumps is that the maximum suction height (geodetic suction height) is limited by the achievable vacuum, the local air pressure, the density of the medium and the flow resistance to be overcome.
  • a pump must have a drive unit, which is realized either by a corresponding motor or a lever for manual operation.
  • Water is known in which also a liquid must be transported.
  • the power plants usually consist of two basins, which are arranged differently in terms of height, with water flowing from the first basin into the second basin.
  • the first basin is often designed as a reservoir.
  • Between the basins lies the actual power plant in the form of turbines and generators.
  • the water flows from the first tank into the second tank, so that the potential energy of the water can be used to generate electricity using the turbines. For this, the water flows through the turbine, which transforms the potential energy into mechanical energy.
  • the electric generator coupled to the turbine directly or via a gearbox in turn converts the mechanical into electrical energy.
  • a pumped storage power plant is a special form of storage power plant and serves to store electrical energy by pumping up water. If necessary, this water is allowed to flow downhill again, generating electricity by means of turbines and generators. The electrical energy is thus stored by conversion into potential energy of water and after conversion of this potential energy into electrical energy
  • the energy required to pump the water can also be provided in low-demand times by basic power stations. In recent times, but also supply peaks
  • renewable energy such as wind power
  • the known pumped storage power plants have a limited efficiency, since the absorbed energy is only partially recovered. Basically, in each pumped storage power plant more power for pumping, that is needed for circulation, as can be recovered again when flowing down. Losses occur during loading and unloading by the friction losses of the flowing water, by the efficiency of the pump
  • the object of the invention was accordingly to provide a device which does not have the disadvantages or deficiencies of the known pumps and with which a liquid can be conveyed. Furthermore, it was the task of Invention a device for a hydroelectric power plant
  • the lifting device is in operative connection with each piston, wherein the piston in the first position of the
  • Lifting device is relieved, so that the piston is displaced from the first position to the second position, so that a liquid present in the cylinder by the displacement of the piston from the cylinder in the
  • Liquid discharge is displaced, and wherein the piston in the second position is loadable with the lifting device, so that the piston is displaced to the first position.
  • Fluid displacement device can be moved in a simple and inexpensive manner, a liquid.
  • a liquid is a matter in the liquid aggregate, in particular an incompressible fluid.
  • incompressible fluid include liquid-solid mixtures, pastes and liquids with low gas content.
  • These may be, for example, water, alcohols, oils or other liquids.
  • the liquid can pass through the liquid feed line into the cylinder, preferably the
  • Closure device after flowing the liquid into the cylinder from an open state into one
  • Liquid supply is prevented.
  • the cylinder is stationary also in a liquid-conducting connection with the liquid discharge.
  • the liquid from the cylinder is configured to lead substantially vertically upward, the liquid from the cylinder can not flow into the liquid discharge. Also the
  • Fluid displacement device is preferably oriented vertically, so that the piston in a downward stroke from the first position to the second position and in a
  • Piston can be made in particular when the
  • Closure device is brought into the closed state.
  • the piston is then moved in the cylinder, that is displaced from the first position to the second position, as soon as a predetermined level is reached in the cylinder. Due to the change in position of the piston, the liquid present in the cylinder is in the with the
  • the cylinder-piston device of the invention In a preferred embodiment of the invention, the cylinder-piston device of the invention
  • Fluid displacement device constructed such that the piston in the first position not with the
  • Locking device is held in the first position.
  • the piston moves due to its own weight from the first position to the second position, that is, it moves in a downward stroke in the second position.
  • the liquid present in the cylinder is displaced into the liquid discharge.
  • the piston has guide means, such as guide rollers, which are laterally hinged to the piston and in contact with an inner surface of the cylinder, so that the piston is moved more efficiently and the friction between the piston and cylinder is minimized ,
  • the piston of the cylinder-piston device has
  • a piston is arranged in each case in a cylinder, wherein it may also be preferred that the Fluid Verdrangungsvoriques comprises a plurality of cylinder-piston devices.
  • the Fluid Verdrangungsvoriques comprises a plurality of cylinder-piston devices.
  • the piston is preferably made of metal, in particular steel, manufactured and accurately in the cylinder.
  • the piston has in particular a cylindrical shape, wherein the cylinder is preferably hollow cylindrical
  • cylinder-piston device is designed.
  • the cylinder-piston device can also be realized in other forms, such as
  • the piston can be designed to save weight, since the piston is brought substantially from the weight of the additional weight in the second position.
  • the weight can be a dead weight in a range of 500 kilograms to 2000 kilograms
  • the weight of the weight is essentially dependent on the size, in particular the dimensions of the piston-cylinder device.
  • the skilled person is aware that, depending on the volume of displacing liquid amount a weight must be selected. That is, in the case of a cylinder with a larger volume and consequently a larger one in the
  • Cylinder present amount of liquid should also be adjusted according to the weight of the weight.
  • the piston In order to build up sufficient pressure for the displacement of the liquid in the cylinder, the piston must be as accurately as possible in the cylinder movable.
  • the cylinder-piston assembly it may be advantageous for the cylinder-piston assembly to have seals for fluid-tight sealing of the cylinder so as to increase the tightness of the cylinder through the use of the seal and thus to achieve the directional displacement of the liquid from the cylinder.
  • a ⁇ lips or annular seal may be used plastic, which in particular is arranged radially in the cylinder and an outlet of the liquid into an upper region of the
  • plastics refer to materials whose essential constituents consist of such macromolecular organic compounds which are produced synthetically or by modification of natural products.
  • plastics include rubbers and chemical fibers.
  • plastics such as natural substances, rubber, synthetic plastics (polycondensates, polymers, Polyadducts), thermosets, and / or unsaturated
  • Polyester resins comprising cellulose nitrate, cellulose acetate, cellulose mixed esters, cellulose ethers, polyamide,
  • Polycarbonate polyester, polyphenylene oxide, polysulfone, polyvinyl acetal, polyethylene, polypropylene, poly-1-butene, poly-4-methyl-1-pentene, ionomers, polyvinyl chloride,
  • Polyacrylonitrile, polystyrene, polyacetal, fluorine plastics, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, poly-p-xylylene, linear polyurethanes, chlorinated polyethers, casein plastics, crosslinked polyurethanes, thermoplastic polyurethanes, silicone, polyimide, and / or polybenzimidazole can be used. Also, a hydraulic seal can be used.
  • the piston After displacement of the liquid from the cylinder, the piston is brought with the lifting device from the second position to the first position, wherein the piston is connected in particular via traction means with the lifting device.
  • the traction means can be particularly preferred as cables
  • Steel cables be designed, whereby a sprocket is used as traction means.
  • the lifting device on a first cable with a first pulley, which is coupled to the piston such that the force required for the displacement of the piston is reduced to the first position.
  • the piston In the second position, the piston with the
  • Lifting device coupled such that the piston by the coupling with the lifting device in the first position can be relocated. That is, the lifting device moves the piston in an upstroke from the second position to the first position.
  • Embodiment of the invention be provided that a control and / or control unit controls the loading and unloading of the lifting device with respect to the piston,
  • the lifting device is in operative connection with the piston via a coupling device.
  • the piston When the piston is in the first position, that is, in particular at an upper end of the cylinder, the piston is in a state in which it has potential energy. Once the piston is now automatically or manually relieved of the lifting device, for example
  • the piston moves by its own weight or in a further embodiment of the invention by means of an additional weight disposed on the piston in the second position.
  • the piston no longer has any potential energy.
  • the lifting device comprises a motor, which is in operative connection with the piston.
  • the piston may in one embodiment be carried by the engine from the second position to the first position,
  • Lifting device has a counterweight which is in operative connection with the piston, so that the piston is displaceable in the second position due to the coupling with the counterweight in the first position.
  • the counterweight is preferably designed such that it has a higher weight than the piston, so that the piston can be moved from the second position to the first position due to the coupling with the counterweight.
  • the lifting device has a first cable pull provided between the piston and the counterweight with a first pulley, in particular a factor pulley. This makes it possible to use a counterweight with a lower dead weight than the piston. This is
  • the fluid displacement device according to the invention comprises a plurality of cylinder piston devices whose pistons are displaced simultaneously in the first position.
  • Advantageous embodiment of the cable is a controllable electric cable.
  • the counterweight can thus cause or assist the lifting of the piston, that is, its displacement from the second position to the first position, and thus displace the piston to the first position.
  • Piston is moved exclusively by loading the counterweight from the second position to the first position. It is advantageously provided that the counterweight can be displaced in a state relieved of the piston by means of the motor from a second position to a first position and in which the piston is loaded
  • Counterweight a higher potential energy than in the second position, wherein it is higher in the vertical position in the first position than in the second position.
  • the counterweight is preferably such
  • the counterweight may be tensioned, e.g. a rope may be connected to the engine, in particular, the motor, for example, in a motorized winch
  • the lifting device has a second
  • the second cable is a controllable electrical cable.
  • Particularly suitable factor pulleys have a gear ratio of at least 1: 4, preferably 1: 6.
  • Lifting device can be configured for example as an electric motor or internal combustion engine.
  • the engine and / or the counterweight can in one
  • Coupling device are in operative connection.
  • Coupling device is in particular a machine element for rigid, elastic, movable or detachable
  • a non-rigid coupling may be in addition to a form-fitting and a non-positive connection.
  • the connection makes it possible to rotate between both shafts and thus torque and ultimately
  • the operative connection between the engine and piston can thus be interrupted, so that the piston can be displaced from the first position to the second position without loading by the lifting device. It can also be interrupted the operative connection between the engine and counterweight, so that the
  • the coupling device may in a preferred
  • Backstop can be equipped, is a
  • Machine part which is also the drive train of the engine, for example, the rotational movement of the traction means
  • Freewheels can be realized, for example, with pinch rollers, with clamping bodies, with pawls, with toothed pulleys, with a wrap spring or with centrifugal force-reducing couplings.
  • the coupling device is a component of the engine, wherein it may also be preferred to realize the coupling via a transmission.
  • closure device is to be opened and closed with a controllable closure means.
  • the closure device can be opened and closed with a controllable closure means.
  • Cylinders get, or can emerge from the cylinder.
  • the liquid discharge can advantageously be arranged inside or outside the cylinder.
  • the liquid drain in particular the riser
  • the liquid discharge in particular the riser
  • the connection between cylinder and riser can be closed with a second closure means, which is preferably also controllable.
  • the invention relates to a
  • Connection system are interconnected and between the liquid containers a fluid energy machine is arranged so that one of the first
  • Liquid container and flowing through the connection system fluid flows through the fluid energy machine in the second liquid container, wherein the second
  • the second liquid container can also be connected downstream of the second liquid container
  • Liquid displacement device to be connected liquid-conducting.
  • the liquid can be circulated, so that in a preferred
  • the liquid is substantially constant, provided the energy conversion device no Liquid is added or removed. That is, the energy conversion device is configured in particular as a circulation system. It has been found that the energy conversion device can be used universally, and can be used for example in hard to reach areas for energy conversion. For example, the energy conversion device can be set up in a desert because in the energy conversion device, a nearly constant amount of liquid circulates and the energy conversion device operates substantially autonomously. In addition, the energy conversion device can be easily adapted to the respective energy requirements, for example by several
  • Energy conversion device can be integrated.
  • Liquid discharge is fluidly connected to the first liquid container, so that in the
  • Cylinder present liquid is conveyed by the displacement of the piston from the first position to the second position from the cylinder in the liquid discharge and the liquid discharge in the second liquid container.
  • a liquid may be in the first
  • Liquid container present and get into this, for example, via an inlet.
  • the liquid may be controllably removed from the first liquid container via a
  • Liquid container flow wherein between the first and the second liquid container a
  • connection system can be open or closed fluid transport paths
  • Liquid transport paths include in the context of the invention, in particular pipes or lines, but also shells, gutters or channels, which in turn may be configured open or closed. That is, the
  • Connection systems can be configured U-shaped or hollow cylindrical. In order to regulate the inflow and outflow into and out of the liquid containers, it is preferred that the first and the second liquid container
  • Actuate valves in particular valves, shut-off valves or flow valves, which are automatically or manually controlled. Since the first liquid container is arranged higher than the second liquid container, the
  • Liquid in the first liquid container to a higher potential energy than the liquid in the second liquid container.
  • This potential energy is converted into electrical power by means of the fluid energy machine.
  • the turbine can, for example, a constant pressure turbine or a
  • a water turbine is a turbine that harnesses the power of a fluid, such as water. Due to the change in position of the liquid, that is, by the fact that the liquid from the first Liquid container flows into the second liquid container and the second liquid container is arranged lower relative to the first liquid container, the potential energy of the liquid is in kinetic
  • Energy of the liquid is converted into mechanical energy, which usually causes the rotation of a turbine shaft. This rotation can be used to drive
  • the fluid energy machine comprises a generator, which then in turn that of the
  • the second liquid container is a
  • Fluid displacement device can flow.
  • Liquid line may be known to those skilled in the art
  • Line systems exist, with open or closed lines, that is, liquid transport paths, such as pipes, channels or lines can be used.
  • liquid transport paths such as pipes, channels or lines can be used.
  • Liquid flows from the second liquid container through the liquid line into the cylinder of the
  • Liquid displacement device is arranged lower relative to the second liquid container, so that the cylinder can be filled quickly and efficiently.
  • Fluid displacement device is fluid-conducting with a riser and a to the riser
  • the energy conversion device may include a plurality of cylinder-piston assemblies or more
  • Fluid displacement devices include
  • one piston may, for example, be moved from the second to the first position, whereas another piston of another fluid displacement device may be moved from the first position to the second position at the same time
  • the energy conversion device may also include a plurality of lifting devices.
  • Figure 1 is a side view of an embodiment of a
  • Liquid displacement device a side view of another
  • Fluidverdrlindungs orcardi a side view of an embodiment of a cylinder of a piston-cylinder device a side view of an embodiment of a Energywandlungs orcardi and a schematic partial view of a
  • FIG. 1 shows a side view of an embodiment of a fluid displacement device. 1 for displacing a liquid from a cylinder 2 has a cylinder-piston device 3 with a cylinder 2 and a piston 7, a lifting device 4 and one each with the cylinder-piston device 3 in liquid-conducting connection standing liquid discharge 5 and
  • the displaceable in the cylinder-piston device 3 piston 7 can be moved from a first position 8 to a second position 9.
  • the first position 8 is preferably arranged in an upper third of the cylinder 2 and the second position 9 in a lower third of the cylinder 2.
  • guide means 21, for example guide rollers can be articulated on the piston 7, which simplify the mobility of the piston 7 in the cylinder 2.
  • a liquid can flow into the cylinder 2, wherein the outflow of liquid from the cylinder 2 is prevented by closure device 10, which is articulated in or on the liquid supply line 6 and the cylinder 2 seals liquid-tight.
  • the lifting device 4 is, for example via pulling means 22 with the piston 7 in
  • Liquid discharge 5 is displaced.
  • the displacement of the piston 7 can firstly by the weight of the piston
  • the piston 7 in Fig. 1 and Fig. 2 is designed plate-shaped.
  • Weight 12 are promoted.
  • the weight 12 is designed such that it conveys the piston 7 from the first position 8 to the second position 9 by the weight of the weight 12 in a downward stroke.
  • the weight 12 may be fasteners known to those skilled in the art, such as
  • gluing, clamps, screws or rivets on the piston 7 be reversibly or irreversibly attached. After decoupling from the lifting device 4, the piston 7 moves due to the force acting on it weight of the weight 12 from the first position 8 in the second
  • Fluid displacement device 1 is such
  • Locking device can be held in the first position 8. Furthermore, it may also be advantageous to couple the piston 7 in the first position 8 with the lifting device 4 and to interrupt this coupling in the first position 8 by a corresponding decoupling.
  • Locking device can be controlled or regulated by a control and / or control unit, also not shown. As soon as the piston 7 is unlocked, the piston 7 moves from the first position 8 to the second position 9, that is, it moves in a downward stroke to the second position 9. By the downward stroke of the piston 7 is present in the cylinder 2 Liquid in the liquid discharge 5 displaced.
  • Closure device 6 may be a controllable
  • Liquid discharge 5 can also be arranged outside of the cylinder 2, or the cylinder-piston device 3, as shown by way of example in FIG. 3. In order to achieve an elevation of the piston from the second position 9 to the first position 8, the piston 7 is in the second position 9 again with the lifting device 4th
  • the lifting device 4 may have a motor, not shown in the figures, which raises the piston 7 from the second position 9 to the first position 8.
  • An embodiment of an energy conversion device 16 is shown schematically in FIG. 4, for example.
  • the energy conversion device 16 is used to convert a potential energy of a liquid into electricity with a first liquid container 17 and a relative to the first liquid container 17 lower
  • first and the second liquid container 17, 18 are connected to each other via a liquid-conducting connection system 19.
  • a liquid-conducting connection system 19 Between the first liquid container 17 and the second liquid container 18 is a
  • Fluid energy machine 20 arranged so that one of the first liquid container 17 and through the
  • Fluid energy machine 20 flows into the second fluid container 18. To the liquid present in the second liquid container 18 again in the first
  • Liquid container 18 liquid-conducting with the
  • Liquid discharge 5 has a riser pipe 14 and a downpipe 15 adjoining the riser pipe 14.
  • the downpipe 14 connected to the liquid displacement apparatus 1 Liquid discharge 5 is in turn fluid-conductively connected to the first liquid container 17, so that the liquid present in the cylinder 2 by the displacement of the piston 7 from the first position 8 to the second position 9 from the cylinder 2 in the
  • Liquid discharge 5 and is conveyed via the liquid discharge 5 in the second liquid container 17.
  • This circulation of the liquid is a permanent operation of the energy conversion device 16th
  • the energy conversion device 16 is a constant volume of liquid and this volume is used for permanent energy conversion. As a result, a universal Einset zles the energy conversion device 16 is achieved.
  • Fluid displacement device 1 x is shown schematically in Fig. 5.
  • the energy conversion device has a first liquid container 17 and a lower relative to the first liquid container 17
  • a fluid energy machine 20 is arranged such that one from the first liquid container 17 and through the
  • Fluid displacement device 1 x connected, which is arranged downstream of a riser 14 liquid-conducting.
  • An adjoining to the riser pipe 14 drop tube which conducts the pumped from the fluid displacement apparatus 1 x in the riser pipe 14 liquid back into the first liquid container 17 is also provided, but not shown in Fig. 5.
  • the fluid displacement device 1 x has four linearly arranged cylinder-piston devices 3 each having a cylinder 2 and one in the respective
  • Cylinder 2 displaceable piston 7.
  • the cylinders 2 are liquid-conducting via a liquid supply line 6 with the second liquid container 18 and over the
  • Liquid discharge 5 connected to the riser 14.
  • the liquid supply line 6 and the liquid discharge line 5 can be closed with a first closure means 10 and a second closure means 30.
  • Closing means 10 and the second closure means 30 are designed as slides and can preferably be controlled or regulated by a control and / or control unit, not shown. It is understood that both the first closure means 10 and the second closure means 30 can be designed either for joint control of the liquid feed or liquid drain of all four cylinders 2 or
  • first closure means 10 preferably in each case a first closure means 10 or
  • a second closure means 30 can be formed with effect for each individual cylinder 2.
  • the displaceable in the cylinder-piston device 3 piston 7 are connected to a lifting device 4.
  • the lifting device 4 comprises a lifting plate 31, to which the pistons 7 are fastened and which are provided with weights 12
  • the lifting device 4 also includes a counterweight 24, which is displaceable due to its own weight of a first position 25 with high potential energy in a second position 26 with lower positional energy.
  • the counterweight 24 is connected via a first cable 32 with the lifting plate 31 such that upon displacement of the counterweight 24 from the first position 25 to the second position 26, the piston 7 in the respective cylinders 3 from a second position 9 to a first position. 8 be displaced, wherein the first position 8 is preferably provided in an upper third of the cylinder 2 and the second position 9 in a lower third of the cylinder 2.
  • the cylinder 2 does not leave the piston 7 in the first position 8 or not completely.
  • the lifting device 4 further comprises a powered by a motor 23 winch, which is connected via a second cable 33 with the counterweight 24.
  • a pull cable 36 of the second cable 33 is wound on the winch. Due to the engine effect and possibly the same time on the counterweight
  • the speed of the motor drive is selected so that the pistons in the cylinders 3 can move without counter load from the first position 8 to the second position 9.
  • the pull cable 36 of the second cable 33 unwinds due to the dead weight of the counterweight 24 against the drag torque of the motor 23 from the winch and the counterweight 24 moves from the first position 25 to the second position 26, at the same time due the coupling of the counterweight 24 with the lifting plate 31, the piston 7 are displaced in the respective cylinders 3 from the second position 9 in the first position 8.
  • the first cable 32 which connects the counterweight 24 with the lifting plate 31, has a deflection roller 34 and a first factor pulley 27 with a ratio of 1: 6, over which the connecting cable 35 is guided. Due to the first factor pulley 27, the force required for displacing the pistons 7 from the second position 9 to the first position 8 together with the lifting plate 31 and the weights 12 disposed thereon is reduced. Thereby, the weight of the counterweight 24 relative to the total weight of the piston 7, the lifting plate 31 and the weights 12 can be kept low. For example, when using the factor pulley 27 shown in FIG. 5 with a ratio of 1: 6, the counterweight 24 may have a dead weight of about 1,200 kg, while the total weight of the piston 7, lifting plate 31 and weights 12 may be about 6,400 kg.
  • the second cable 32 which connects the counterweight 24 with the motor 23 of the winch, has a second
  • Traction cable 36 via the second factor pulley 28 causes the by the action of the motor 23
  • the second liquid container 18 is slightly below the first liquid container 18
  • liquid-conducting connection system 19 to the first liquid container 17 and the riser 14 to the
  • Liquid preferably water filled.
  • Closure means 30 for the liquid discharge 5 to the riser 14 are closed.
  • the counterweight 24 is lower in the second position
  • the second closure means 30 shoot.
  • the motor 23 switches off or is switched to freewheeling.
  • the counterweight 24 moves against the drag torque of the winch and possibly the engine from the first position 25 to the second position 26 and thereby pulls the piston 7 from the second position 9 in the first due to the coupling with the piston 7 via the cable 32
  • Fluid displacement cycle can be started.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1, 1') zur Verdrängung einer Flüssigkeit aus wenigstens einem Zylinder (2) einer Zylinder-Kolben-Einrichtung (3), mit einer Hebeeinrichtung (4) und jeweils einer mit der Zylinder-Kolben-Einrichtung (3) in flüssigkeitsleitender Verbindung stehenden Flüssigkeitsableitung (5) und Flüssigkeitszuleitung (6), wobei jede Zylinder-Kolben-Einrichtung (3) einen in dem Zylinder verlagerbaren Kolben (7) aufweist, der von einer ersten Position (8) in eine zweite Position (9) verlagerbar ist und wobei die Flüssigkeitszuleitung (6) eine Verschlussvorrichtung (10) zur flüssigkeitsdichten Abdichtung des Zylinders (2) aufweist, wobei die Hebeeinrichtung (4) mit jedem Kolben (7) in Wirkverbindung steht, wobei der Kolben (7) in der ersten Position (8) von der Hebeeinrichtung (4) entlastbar ist, so dass der Kolben (7) von der ersten Position (8) in die zweite Position (9) verlagert wird, so dass eine in dem Zylinder (2) vorliegende Flüssigkeit durch die Verlagerung des Kolbens (7) aus dem Zylinder (2) in die Flüssigkeitsableitung (5) verdrängt wird, und wobei der Kolben (7) in der zweiten Position (9) mit der Hebeeinrichtung (4) belastbar ist, so dass der Kolben (7) in die erste Position (8) verlagert wird.

Description

Horst Bormet; Edgar Langendorf
Flüssigkeitsverdrängungs orrichtung und
Energieumwandlungsvorrichtung mit dergleichen
Die Erfindung betrifft eine
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung zur Verdrängung einer Flüssigkeit aus wenigstens einem Zylinder einer Zylinder- Kolben-Einrichtung, mit einer Hebeeinrichtung und jeweils einer mit der Zylinder-Kolben-Einrichtung in
flüssigkeitsleitender Verbindung stehenden
Flüssigkeitsableitung und Flüssigkeitszuleitung, wobei jede Zylinder-Kolben-Einrichtung einen in dem Zylinder
verlagerbaren Kolben aufweist, der von einer ersten
Position in eine zweite Position verlagerbar ist und wobei die Flüssigkeitszuleitung eine Verschlussvorrichtung zur flüssigkeitsdichten Abdichtung des Zylinders aufweist.
Zudem betrifft die Erfindung eine
Energieumwandlungsvorrichtung mit einer
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung zur Umwandlung einer Lageenergie einer Flüssigkeit in elektrischen Strom.
Im Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Beförderung von Flüssigkeiten bekannt. Beispielsweise kann eine Flüssigkeit über ein flüssigkeitsleitendes Rohrsystem mittels einer Pumpe von einem Ort zu einem anderen Ort befördert werden. Solche Pumpen können nach ihrem Funktionsprinzip in
unterschiedliche Hauptgruppen eingeteilt werden,
beispielsweise Verdrängerpumpen, Strömungspumpen und
Strahlpumpen. Bei Verdrängerpumpen wird eine Flüssigkeit durch ein geschlossenes Rohrsystem gefördert, wobei eine Verhinderung des Zurückströmens durch Ventile oder Klappen erreicht wird. Verdrängerpumpen sind in der Regel
selbstansaugend, das bedeutet, dass auch für Flüssigkeiten konstruierte Pumpen für einen zumeist begrenzten Zeitraum Gase fördern können und so einen zum Ansaugen hinreichenden Unterdruck aufbauen. Nachteilig bei Verdrängerpumpen ist, dass die maximale Ansaughöhe (geodätische Saughöhe) durch das erreichbare Vakuum, den örtlichen Luftdruck, die Dichte des Mediums und die zu überwindenden Strömungswiderstände begrenzt ist. Zudem muss eine Pumpe eine Antriebseinheit aufweisen, die entweder durch einen entsprechenden Motor oder einen Hebel zur manuellen Betätigung realisiert wird.
Des Weiteren sind Wasserkraftwerke oder Pumpspeicher- Kraftwerke zur Stromerzeugung mittels Lageenergie von
Wasser bekannt, bei denen ebenfalls eine Flüssigkeit befördert werden muss. Die Kraftwerke bestehen in der Regel aus zwei Becken, die höhenmäßig unterschiedlich angeordnet sind, wobei Wasser aus dem ersten Becken in das zweite Becken fließt. Das erste Becken ist oftmals als Stausee ausgebildet. Zwischen den Becken liegt das eigentliche Kraftwerk in Form von Turbinen und Generatoren. Das Wasser fließt aus dem ersten Becken in das zweite Becken, so dass durch die Lageenergie des Wassers mithilfe der Turbinen elektrischer Strom erzeugt werden kann. Hierfür durchströmt das Wasser die Turbine, die die potentielle Energie in mechanische Energie umformt. Der mit der Turbine direkt oder über ein Getriebe gekuppelter elektrischer Generator wandelt wiederum die mechanische in elektrische Energie um.
Ein Pumpspeicher-Kraftwerk ist eine besondere Form eines Speicherkraftwerkes und dient der Speicherung von elektrischer Energie durch Hinaufpumpen von Wasser. Dieses Wasser lässt man bei Bedarf wieder bergab fließen und erzeugt dabei mittels Turbinen und Generatoren elektrischen Strom. Die elektrische Energie wird also durch Umwandlung in potentielle Energie von Wasser gespeichert und nach Umwandlung dieser potentiellen Energie in elektrische
Energie wieder ins Netz gespeist. Die erforderliche Energie für das Pumpen des Wassers kann auch in bedarfsarmen Zeiten von Grundleistungskraftwerken bereitgestellt werden. In jüngster Zeit werden aber auch Angebotsspitzen aus
erneuerbaren Energien, wie zum Beispiel Windkraft, hierfür verwendet .
Die bekannten Pumpspeicher-Kraftwerke besitzen einen begrenzten Wirkungsgrad, da die aufgenommene Energie nur zum Teil wiedergewonnen wird. Grundsätzlich wird in jedem Pumpspeicherkraftwerk mehr Strom zum Hochpumpen, das heißt zum Umwälzen benötigt, als beim Herunterfließen wieder zurückgewonnen werden kann. Verluste entstehen beim Lade- und beim Entladevorgang durch die Reibungsverluste des fließenden Wassers, durch den Wirkungsgrad der Pumpe
(Ladevorgang) bzw. Turbine (Entladevorgang), durch den Wirkungsgrad des Motors bzw. des Generators sowie durch Trafoverluste und in geringem Maße auch durch Eigenbedarf des Pumpspeicherwerkes. Der Gesamtwirkungsgrad eines
Pumpspeicherkraftwerkes liegt heute in der Regel bei 75- 80 %.
Aufgabe der Erfindung war es demgemäß, eine Vorrichtung bereitzustellen, die nicht die Nachteile oder Mängel der bekannten Pumpen aufweist und mit der eine Flüssigkeit befördert werden kann. Ferner war es die Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung für ein Wasserkraftwerk
bereitzustellen, mit der eine Flüssigkeit transportiert werden kann. Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass die Hebeeinrichtung mit jedem Kolben in Wirkverbindung steht, wobei der Kolben in der ersten Position von der
Hebeeinrichtung entlastbar ist, so dass der Kolben von der ersten Position in die zweite Position verlagert wird, so dass eine in dem Zylinder vorliegende Flüssigkeit durch die Verlagerung des Kolbens aus dem Zylinder in die
Flüssigkeitsableitung verdrängt wird, und wobei der Kolben in der zweiten Position mit der Hebeeinrichtung belastbar ist, so dass der Kolben in die erste Position verlagert wird. Mithilfe der erfindungsgemäßen
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung kann in einer einfachen und kostengünstigen Weise eine Flüssigkeit bewegt werden.
Eine Flüssigkeit ist im Sinne der Erfindung eine Materie im flüssigen Aggregat zustand, insbesondere ein inkompressibles Fluid. Dazu zählen auch Flüssigkeits-Feststoff-Gemische, Pasten und Flüssigkeiten mit geringem Gasanteil. Hierbei kann es sich beispielsweise um Wasser, Alkohole, Öle oder sonstige Flüssigkeiten handeln.
Die Flüssigkeit kann über die Flüssigkeitszuleitung in den Zylinder gelangen, wobei vorzugsweise die
Verschlussvorrichtung nach Einfließen der Flüssigkeit in den Zylinder von einem geöffneten Zustand in einen
geschlossenen Zustand gebracht wird, so dass ein
Zurückfließen der Flüssigkeit aus dem Zylinder in die
Flüssigkeitszuleitung verhindert wird. Der Zylinder steht zudem in einer flüssigkeitsleitenden Verbindung mit der Flüssigkeitsableitung .
Da die Flüssigkeitsableitung vorzugsweise derart
ausgestaltet ist, dass sie im Wesentlichen vertikal nach oben führt, kann die Flüssigkeit aus dem Zylinder nicht in die Flüssigkeitsableitung fließen. Auch die
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung ist bevorzugt vertikal ausgerichtet, so dass der Kolben in einem Abwärtshub aus der ersten Position in die zweite Position und in einem
Aufwärtshub aus der zweiten Position in die erste Position bewegt wird. Durch den Abwärtshub wird dann die Flüssigkeit aus dem Zylinder verdrängt. Sobald der Kolben aus der ersten Position in die zweite Position verlagert wird, wird eine Antriebsarbeit des verlagerten Kolbens in eine
Bewegungsenergie der in dem Zylinder vorliegenden
Flüssigkeit übertragen und die Flüssigkeit wird in die Flüssigkeitsableitung verdrängt. Die Verlagerung des
Kolbens kann insbesondere dann erfolgen, wenn die
Verschlussvorrichtung in den geschlossenen Zustand gebracht ist .
Diesbezüglich ist es vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Kolben dann in dem Zylinder verfahren, das heißt aus der ersten Position in die zweite Position verlagert wird, sobald ein vorgegebener Füllstand in dem Zylinder erreicht ist. Durch die Positionsänderung des Kolbens wird die in dem Zylinder vorliegende Flüssigkeit in die mit dem
Zylinder verbundene Flüssigkeitsableitung gepresst. Da eine Flüssigkeit im Wesentlichen nicht komprimierbar ist, weicht die Flüssigkeit in die mit dem Zylinder verbundene
Flüssigkeitsableitung aus, sobald durch die Positionsänderung des Kolbens ein Druck in dem Zylinder aufgebaut wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zylinder-Kolben-Einrichtung der erfindungsgemäßen
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung derart konstruiert, dass der Kolben in der ersten Position nicht mit der
Hebeeinrichtung gekoppelt und somit entlastet ist, wobei es besonders bevorzugt ist, dass der Kolben mit einer
Sperrvorrichtung in der ersten Position gehalten wird.
Sobald der Kolben entsperrt ist, bewegt sich der Kolben aufgrund seines Eigengewichts aus der ersten Position in die zweite Position, das heißt er bewegt sich in einem Abwärtshub in die zweite Position. Durch den Abwärtshub des Kolbens wird die in dem Zylinder vorliegende Flüssigkeit in die Flüssigkeitsableitung verdrängt.
Um eine effiziente Verfahrbarkeit des Kolbens in dem
Zylinder herzustellen, kann es bevorzugt sein, dass der Kolben Führungsmittel, beispielsweise Führungsrollen aufweist, die seitlich an dem Kolben angelenkt sind und mit einer Innenfläche des Zylinders in Kontakt stehen, so dass der Kolben effizienter verfahrbar ist und die Reibung zwischen Kolben und Zylinder minimiert wird.
Der Kolben der Zylinder-Kolben-Einrichtung weist
vorzugsweise ein derartiges Gewicht auf, dass im
Wesentlichen jegliches Volumen an Flüssigkeit, welches bei geschlossener Verschlusseinrichtung in dem Zylinder
vorliegt, aus dem Zylinder verdrängt werden kann.
Vorteilhafterweise ist jeweils in einem Zylinder ein Kolben angeordnet, wobei es auch bevorzugt sein kann, dass die Flüssigkeitsverdrangungsvorrichtung mehrere Zylinder- Kolben-Einrichtungen umfasst. In einer bevorzugten
Ausführungsform weist die
Flüssigkeitsverdrangungsvorrichtung mehrere, insbesondere vier Zylinder-Kolben-Einrichtungen in einer linearen
Anordnung auf.
Der Kolben ist bevorzugt aus Metall, insbesondere Stahl, gefertigt und passgenau in dem Zylinder verfahrbar. Der Kolben weist insbesondere eine zylinderförmige Form auf, wobei der Zylinder bevorzugt hohlzylinderförmig
ausgestaltet ist. Die Zylinder-Kolben-Einrichtung kann jedoch auch in anderen Formen realisiert sein, wie
beispielsweise eckig, beziehungsweise rechteckig. Ferner kann es vorteilhaft sein, den Kolben plattenförmig zu gestalten, der dann wiederum passgenau in dem Zylinder verfahrbar ist.
Um den Kolben möglichst kostengünstig bereitzustellen, kann es bevorzugt sein, dass an dem Kolben ein Gewicht
angeordnet ist, so dass der Kolben nach Entlastung von der Hebeeinrichtung aufgrund des zusätzlichen Gewichts aus der ersten Position in die zweite Position gebracht wird.
Hierdurch kann der Kolben gewichtssparend ausgestaltet sein, da der Kolben im Wesentlichen von dem Eigengewicht des zusätzlichen Gewichtes in die zweite Position gebracht wird. Das Gewicht kann insbesondere ein Eigengewicht in einem Bereich von 500 Kilogramm bis 2000 Kilogramm
aufweisen, wobei das das Eigengewicht des Gewichtes im Wesentlichen von der Größe, insbesondere den Ausmaßen der Kolben-Zylinder-Einrichtung abhängig ist. Dem Fachmann ist bekannt, dass in Abhängigkeit von dem Volumen der zu verdrängenden Flüssigkeitsmenge ein Gewicht ausgewählt werden muss. Das heißt, im Falle eines Zylinders mit einem größeren Volumen und folglich einer größeren in dem
Zylinder vorliegenden Menge an Flüssigkeit sollte auch das Eigengewicht des Gewichtes entsprechend angepasst werden.
Um einen für die Verdrängung der Flüssigkeit ausreichenden Druck in dem Zylinder aufzubauen, muss der Kolben möglichst passgenau in dem Zylinder verfahrbar sein. Diesbezüglich kann es vorteilhaft sein, dass die Zylinder-Kolben- Einrichtung Dichtungen zur flüssigkeitsdichten Abdichtung des Zylinders aufweist, um so die Dichtigkeit des Zylinders noch durch die Verwendung der Dichtung zu erhöhen und folglich die gerichtete Verdrängung der Flüssigkeit aus dem Zylinder zu erreichen. Beispielsweise kann eine Lippen¬ oder Ringdichtung aus Kunststoff verwendet werden, die insbesondere radial im Zylinder angeordnet ist und einen Austritt der Flüssigkeit in einen oberen Bereich des
Zylinders und folglich einen Austritt der Flüssigkeit aus dem Zylinder verhindert, sobald der Kolben aus der ersten Position in die zweite Position gebracht wird und folglich im Zylinder Druck aufbaut. Die Dichtung kann auch am Kolben festgeklemmt werden. Kunststoffe bezeichnen insbesondere Materialien, deren wesentliche Bestandteile aus solchen makromolekularen organischen Verbindungen bestehen, die synthetisch oder durch Abwandeln von Naturprodukten entstehen. Zu den
Kunststoffen gehören insbesondere auch die Kautschuke und die Chemiefasern. Für die vorteilhafte Ausführungsform können Kunststoffe wie beispielsweise Naturstoffe, Gummi, synthetische Kunststoffe (Polykondensate, Polymerisate, Polyaddukte) , Duroplaste, und / oder ungesättigte
Polyesterharze, umfassend Cellulosenitrat , Celluloseacetat, Cellulosemischester, Celluloseether, Polyamid,
Polycarbonat , Polyester, Polyphenylenoxid, Polysulfon, Polyvinylacetal , Polyethylen, Polypropylen, Poly-l-buten, Poly-4-methyl-l-penten, Ionomere, Polyvinylchlorid,
Polyvinylidenchlorid, Polymethyl-methacrylat ,
Polyacrylnitril , Polystyrol, Polyacetal, Fluor-Kunststoffe, Polyvinylalkohol , Polyvinylacetat , Poly-p-xylylen, lineare Polyurethane, chlorierte Polyether, Casein-Kunststoffe, vernetzte Polyurethane, thermoplastische Polyurethane, Silicon, Polyimid, und / oder Polybenzimidazol verwendet werden. Ebenfalls kann eine Hydraulikdichtung verwendet werden .
Nach Verdrängung der Flüssigkeit aus dem Zylinder wird der Kolben mit der Hebeeinrichtung aus der zweiten Position in die erste Position gebracht, wobei der Kolben insbesondere über Zugmittel mit der Hebeeinrichtung verbunden ist. Die Zugmittel können insbesondere als Seilzüge, bevorzugt
Stahlseilzüge, ausgestaltet sein, wobei auch ein Kettenrad als Zugmittel verwendbar ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Hebeeinrichtung einen ersten Seilzug mit einem ersten Flaschenzug auf, welcher derart mit dem Kolben gekoppelt ist, dass der Kraftaufwand für das Verlagern des Kolbens in die erste Position reduziert wird. In der zweiten Position ist der Kolben mit der
Hebeeinrichtung derart gekoppelt, dass der Kolben durch die Kopplung mit der Hebeeinrichtung in die erste Position verlagert werden kann. Das heißt, die Hebeeinrichtung bewegt den Kolben in einem Aufwärtshub aus der zweiten Position in die erste Position. Diesbezüglich kann es in einer vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass eine Regel- und/oder Steuereinheit die Be- und Entlastung der Hebeeinrichtung in Bezug auf den Kolben steuert,
beziehungsweise regelt. Ferner kann es vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Hebeeinrichtung mit dem Kolben über eine Kupplungseinrichtung in Wirkverbindung steht. Wenn der Kolben in der ersten Position ist, das heißt insbesondere an einem oberen Ende des Zylinders, ist der Kolben in einem Zustand, in dem er potentielle Energie besitzt. Sobald der Kolben nunmehr von der Hebeeinrichtung automatisch oder manuell entlastet, beispielsweise
entkoppelt wird, das heißt die Wirkverbindung zwischen Kolben und Hebeeinrichtung unterbrochen oder entlastet ist, beispielsweise durch die Kupplungseinrichtung, bewegt sich der Kolben durch sein Eigengewicht oder in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung mithilfe eines an dem Kolben angeordneten zusätzlichen Gewichtes in die zweite Position. In der zweiten Position besitzt der Kolben insbesondere keine potentielle Energie mehr.
Es ist bevorzugt, dass die Hebeeinrichtung einen Motor umfasst, der mit dem Kolben in Wirkverbindung steht. Der Kolben kann in einer Ausführungsform von dem Motor aus der zweiten Position in die erste Position befördert,
insbesondere gezogen werden. Um eine vom Motor geleistete Antriebsarbeit zu unterstützen, ist in einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die
Hebeeinrichtung ein Gegengewicht aufweist, das mit dem Kolben in Wirkverbindung steht, so dass der Kolben in der zweiten Position aufgrund der Kopplung mit dem Gegengewicht in die erste Position verlagerbar ist. Das Gegengewicht ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass es ein höheres Gewicht aufweist als der Kolben, so dass der Kolben aufgrund der Kopplung mit dem Gegengewicht aus der zweiten Position in die erste Position bewegt werden kann.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform weist die Hebeeinrichtung einen zwischen dem Kolben und dem Gegengewicht vorgesehenen ersten Seilzug mit einem ersten Flaschenzug, insbesondere einem Faktorenflaschenzug auf. Damit ist es möglich, ein Gegengewicht mit einem geringeren Eigengewicht als der Kolben zu nutzen. Dies ist
insbesondere dann von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Flüssigkeitsverdrängungseinrichtung mehrere Zylinder- Kolben-Einrichtungen aufweist, deren Kolben zeitgleich in die erste Position verlagert werden. In weiterer
vorteilhafter Ausgestaltung ist der Seilzug ein steuerbarer elektrischer Seilzug.
Das Gegengewicht kann somit das Anheben des Kolbens, das heißt dessen Verlagerung aus der zweiten Position in die erste Position, bewirken oder unterstützen und den Kolben somit in die erste Position verlagern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der
Kolben ausschließlich durch Belastung mit dem Gegengewicht aus der zweiten Position in die erste Position bewegt wird. Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Gegengewicht in einem von dem Kolben entlasteten Zustand mithilfe des Motors aus einer zweiten Stellung in eine erste Stellung verlagerbar ist und in dem mit dem Kolben belasteten
Zustand aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verlagerbar ist. In der ersten Stellung weist das
Gegengewicht eine höhere potentielle Energie auf als in der zweiten Stellung, wobei es in vertikaler Richtung in der ersten Stellung höher angeordnet ist als in der zweiten Stellung. Sobald das Gegengewicht in der ersten Stellung von dem Motor entlastet ist, das heißt insbesondere, dass der Motor bei Erreichen der ersten Stellung abgeschaltet oder auf Freilauf geschaltet wird, zieht das Gegengewicht mit seiner Gewichtskraft den Kolben aus der zweiten
Position in die erste Position und wird selbst von der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegt.
Diesbezüglich ist das Gegengewicht bevorzugt derart
ausgelegt, dass aufgrund der Kopplung des Gegengewichtes mit dem Kolben der Kolben aus der zweiten Position in einem Aufwärtshub in die erste Position gebracht wird, wobei gleichzeitig das Schleppmoment des Motors überwunden wird.
Das Gegengewicht kann über Zugmittel, z.B. einem Seil mit dem Motor verbunden sein, insbesondere kann der Motor beispielsweise in einer motorbetriebenen Seilwinde
ausgebildet sein und somit mit dem Kolben und/oder dem Gegengewicht über ein Seil in Wirkverbindung stehen. Es ist bevorzugt, dass die Hebeeinrichtung einen zweiten
Flaschenzug oder Kettenzug in einem zweiten Seilzug
zwischen dem Motor und dem Gegengewicht aufweist, welcher bevorzugt als Faktorenflaschenzug ausgebildet ist und die von dem Motor aufzubringende Motorkraft reduziert. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der zweite Seilzug ein steuerbarer elektrischer Seilzug. Besonders geeignete Faktorenflaschenzüge haben ein Übersetzungsverhältnis von mindestens 1:4, bevorzugt 1:6. Der Flaschenzug
beziehungsweise Kettenzug besteht aus festen und/oder losen Rollen und einem Seil oder einer Kette. Der Motor der
Hebeeinrichtung kann beispielsweise als Elektromotor oder Verbrennungsmotor ausgestaltet sein.
Der Motor und/oder das Gegengewicht können in einer
Weiterbildung der Erfindung mit dem Kolben über eine
Kupplungseinrichtung in Wirkverbindung stehen. Eine
Kupplungseinrichtung ist insbesondere ein Maschinenelement zur starren, elastischen, beweglichen oder lösbaren
Verbindung zweier Wellen, insbesondere einer Welle der Hebeeinrichtung und einer Welle die mit dem Kolben in
Wirkverbindung steht. Eine nicht starre Kupplung kann neben einer formschlüssigen auch eine kraftschlüssige Verbindung sein. Durch die Verbindung wird es möglich, zwischen beiden Wellen Rotation und damit Drehmoment und letztlich
mechanische Arbeit zu übertragen. Die Wirkverbindung zwischen Motor und Kolben kann also unterbrochen werden, so dass der Kolben ohne Belastung durch die Hebeeinrichtung aus der ersten Position in die zweite Position verlagert werden kann. Es kann auch die Wirkverbindung zwischen Motor und Gegengewicht unterbrochen werden, sodass das
Gegengewicht ohne das Schleppmoment des Motors überwinden zu müssen aus der ersten Stellung in die zweite Stellung verlagert werden kann. Die Kupplungseinrichtung kann in einer bevorzugten
Ausgestaltung als Überholkupplung, das heißt als Freilauf ausgestaltet sein. Der Freilauf, der auch mit einer
Rücklaufsperre ausgestattet sein kann, ist ein
Maschinenteil, das ebenfalls den Antriebsstrang des Motors von beispielsweise der Drehbewegung der Zugmittel
abkoppelt. Freiläufe können beispielsweise mit Klemmrollen, mit Klemmkörpern, mit Sperrklinken, mit Zahnscheiben, mit einer Schlingfeder oder mit fliehkraftabhebenden Kupplungen realisiert werden.
In einer Ausgestaltung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Kupplungseinrichtung ein Bestandteil des Motors ist, wobei auch bevorzugt sein kann, die Kopplung über ein Getriebe zu realisieren.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Verschlussvorrichtung mit einem steuerbaren Verschlussmittel zu öffnen und zu schließen ist. Die Verschlussvorrichtung kann
beispielsweise unmittelbar an den Zylinder angelenkt sein und bei Bedarf eine Abdichtung des Zylinders erreichen, so dass keine Flüssigkeit in einen oberen Bereich des
Zylinders gelangen, beziehungsweise aus dem Zylinder heraustreten kann.
Die Flüssigkeitsableitung kann vorteilhafterweise innerhalb oder außerhalb des Zylinders angeordnet sein.
Beispielsweise kann die Flüssigkeitsableitung, insbesondere das Steigrohr, als flüssigkeitsleitender Durchbruch in den Kolben integriert sein. Es kann jedoch auch bevorzugt sein, dass die Flüssigkeitsableitung, insbesondere das Steigrohr, außerhalb des Zylinders angeordnet ist und in flüssigkeitsleitender Verbindung mit dem Zylinder steht. Vorteilhafterweise ist die Verbindung zwischen Zylinder und Steigrohr mit einem zweiten Verschlussmittel verschließbar, welches bevorzugt ebenfalls steuerbar ist.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine
Energieumwandlungsvorrichtung zur Umwandlung einer
Lageenergie einer Flüssigkeit in elektrischen Strom, mit einem ersten Flüssigkeitsbehältnis und einem relativ zu dem ersten Flüssigkeitsbehältnis niedriger angeordneten zweiten Flüssigkeitsbehältnis, wobei das erste und das zweite
Flüssigkeitsbehältnis über ein flüssigkeitsleitendes
Verbindungssystem miteinander verbunden sind und zwischen den Flüssigkeitsbehältnissen eine Fluidenergiemaschine angeordnet ist, so dass eine aus dem ersten
Flüssigkeitsbehältnis und durch das Verbindungssystem fließende Flüssigkeit durch die Fluidenergiemaschine in das zweite Flüssigkeitsbehältnis fließt, wobei das zweite
Flüssigkeitsbehältnis mit der
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung verbunden ist. Das zweite Flüssigkeitsbehältnis kann auch mit einer dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis nachgeschalteten
Flüssigkeitsleitung mit der
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung flüssigkeitsleitend verbunden sein. Durch die
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung kann die Flüssigkeit umgewälzt werden, so dass in einer bevorzugten
Ausgestaltung der Energieumwandlungsvorrichtung in der Energieumwandlungsvorrichtung ein im Wesentlichen
konstantes Volumen der Flüssigkeit vorliegt. Dem Fachmann ist bekannt, dass die Flüssigkeit im Wesentlichen konstant ist, sofern der Energieumwandlungsvorrichtung keine Flüssigkeit zugefügt oder dieser entnommen wird. Das heißt, die Energieumwandlungsvorrichtung ist insbesondere als ein Umwälzsystem ausgestaltet. Es hat sich gezeigt, dass die Energieumwandlungsvorrichtung universell eingesetzt werden kann, und beispielsweise in schwer zugänglichen Gebieten zur Energieumwandlung genutzt werden kann. Zum Beispiel kann die Energieumwandlungsvorrichtung in einer Wüste errichtet werden, da in der Energieumwandlungsvorrichtung eine nahezu konstante Flüssigkeitsmenge zirkuliert und die Energieumwandlungsvorrichtung im Wesentlichen autark arbeitet. Zudem kann die Energieumwandlungsvorrichtung in einfacher Weise an den jeweiligen Energiebedarf angepasst werden, indem beispielsweise mehrere
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtungen in die
Energieumwandlungsvorrichtung integriert werden.
Es ist vorgesehen, dass die mit der
FlüssigkeitsverdrängungsVorrichtung verbundenen
Flüssigkeitsableitung mit dem ersten Flüssigkeitsbehältnis flüssigkeitsleitend verbunden ist, so dass die in dem
Zylinder vorliegende Flüssigkeit durch die Verlagerung des Kolbens aus der ersten Position in die zweite Position aus dem Zylinder in die Flüssigkeitsableitung und über die Flüssigkeitsableitung in das zweite Flüssigkeitsbehältnis befördert wird. Eine Flüssigkeit kann in dem ersten
Flüssigkeitsbehältnis vorliegen und in diese beispielsweise über einen Zulauf gelangen. Die Flüssigkeit kann steuerbar aus dem ersten Flüssigkeitsbehältnis über ein
flüssigkeitsleitendes Verbindungssystem in das zweite
Flüssigkeitsbehältnis fließen, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis eine
Fluidenergiemaschine angeordnet ist, die von der Flüssigkeit durchströmt wird. Das Verbindungssystem kann offene oder geschlossene Flüssigkeitstransportwege
umfassen. Flüssigkeitstransportwege umfassen im Sinne der Erfindung insbesondere Rohre oder Leitungen, aber auch Schalen, Rinnen oder Kanäle, die wiederum offen oder geschlossen ausgestaltet sein können. Das heißt, die
Verbindungssysteme können U-förmig oder hohlzylinderförmig ausgestaltet sein. Um den Zufluss und den Abfluss in beziehungsweise aus den Flüssigkeitsbehältnissen zu regulieren, ist es bevorzugt, dass das erste und das zweite Flüssigkeitsbehältnis
verschließbare und bevorzugt steuerbare Zu- und
Abflussöffnungen aufweisen. Hierbei kann es sich
beispielswiese um Klappen, Schieber oder steuerbare
Ventile, insbesondere Durchgangsventile, Sperrventile oder Stromventile handeln, die automatisch oder manuell regelbar sind . Da das erste Flüssigkeitsbehältnis gegenüber dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis höher angeordnet ist, weist die
Flüssigkeit in dem ersten Flüssigkeitsbehältnis eine höhere potentielle Energie auf als die Flüssigkeit in dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis. Diese potentielle Energie wird mittels der Fluidenergiemaschine in elektrischen Strom umgewandelt. Vorteilhafterweise weist die
Fluidenergiemaschine eine Wasserturbine auf. Die Turbine kann beispielsweise eine Gleichdruckturbine oder eine
Überdruckturbine sein. Eine Wasserturbine ist eine Turbine, welche die Kraft einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, nutzbar macht. Durch die Positionsänderung der Flüssigkeit, das heißt, dadurch, dass die Flüssigkeit aus dem ersten Flüssigkeitsbehältnis in das zweite Flüssigkeitsbehältnis strömt und das zweite Flüssigkeitsbehältnis relativ zum ersten Flüssigkeitsbehältnis niedriger angeordnet ist, wird die potentielle Energie der Flüssigkeit in kinetische
Energie umgewandelt. In der Turbine wird die kinetische
Energie der Flüssigkeit in mechanische Energie umgewandelt, was in der Regel die Drehung einer Turbinenwelle bewirkt. Diese Drehung kann für den Antrieb von
Transmissionsgetrieben verwendet werden. Diesbezüglich kann es vorteilhaft sein, wenn die Fluidenergiemaschine einen Generator umfasst, der dann wiederum die von der
Turbinenwelle erzeugte mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis ist eine
Flüssigkeitsleitung nachgeschaltet, so dass die Flüssigkeit aus dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis durch die
Flüssigkeitsleitung in die
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung fließen kann. Die
Flüssigkeitsleitung kann aus dem Fachmann bekannten
Leitungssystemen bestehen, wobei offene oder geschlossene Leitungen, das heißt, Flüssigkeitstransportwege, wie Rohre, Kanäle oder Leitungen verwendet werden können. Die
Flüssigkeit fließt aus dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis durch die Flüssigkeitsleitung in den Zylinder der
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung . Diesbezüglich kann es vorteilhaft sein, wenn die
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung relativ zu dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis niedriger angeordnet ist, so dass der Zylinder schnell und effizient gefüllt werden kann. Die Flüssigkeitsableitung der
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung ist flüssigkeitsleitend mit einem Steigrohr und ein sich an das Steigrohr
anschließende Fallrohr verbunden, welches durch die
Flüssigkeitsableitung beförderte Flüssigkeit in das erste Flüssigkeitsbehältnis leitet, so dass die aus dem Zylinder verdrängte Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsableitung in das erste Flüssigkeitsbehältnis befördert wird. Die Energieumwandlungsvorrichtung kann mehrere Zylinder- Kolben-Anordnungen oder mehrere
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtungen umfassen, die
synchron oder asynchron von der Regel- und/oder
Steuereinheit gesteuert werden. Das heißt, ein Kolben kann beispielsweise aus der zweiten in die erste Position gebracht werden, wohingegen ein weiterer Kolben einer sonstigen Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung zur gleichen Zeit aus der ersten Position in die zweite Position
verfährt. Hierdurch kann eine gleichmäßige und dauerhafte Bereitstellung von elektrischer Energie durch die
Energieumwandlungsvorrichtung erreicht werden.
Diesbezüglich kann die Energieumwandlungsvorrichtung auch mehrere Hebeeinrichtungen umfassen.
Im nachfolgenden soll die Erfindung beispielhaft anhand von Figuren erläutert werden. Es zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht einer Ausgestaltung einer
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung, eine Seitenansicht einer weiteren
Ausgestaltung einer
Flüssigkeitsverdrängungs orrichtung, eine Seitenansicht einer Ausgestaltung eines Zylinders einer Kolben-Zylinder-Einrichtung eine Seitenansicht einer Ausgestaltung einer Energieumwandlungs orrichtung und eine schematische Teilansicht einer
Ausgestaltung einer
Energieumwandlungsvorrichtung . Die Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausgestaltung einer Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung . Die in Fig. 1 dargestellte Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung 1 zur Verdrängung einer Flüssigkeit aus einem Zylinder 2 weist eine Zylinder-Kolben-Einrichtung 3 mit einem Zylinder 2 und einem Kolben 7, eine Hebeeinrichtung 4 und jeweils eine mit der Zylinder-Kolben-Einrichtung 3 in flüssigkeitsleitender Verbindung stehender Flüssigkeitsableitung 5 und
Flüssigkeitszuleitung 6 auf. Der in der Zylinder-Kolben- Einrichtung 3 verlagerbare Kolben 7 kann von einer ersten Position 8 in eine zweite Position 9 verlagert werden. Die erste Position 8 ist vorzugsweise in einem oberen Drittel des Zylinders 2 angeordnet und die zweite Position 9 in einem unteren Drittel des Zylinders 2. Um die Verlagerung des Kolbens 7 zu vereinfachen, können an dem Kolben 7 Führungsmittel 21, beispielsweise Führungsrollen, angelenkt sein, die die Verfahrbarkeit des Kolbens 7 in dem Zylinder 2 vereinfachen. Eine Flüssigkeit kann in den Zylinder 2 einfließen, wobei das Ausfließen der Flüssigkeit aus dem Zylinder 2 durch Verschlussvorrichtung 10 verhindert wird, die in oder an der Flüssigkeitszuleitung 6 angelenkt ist und den Zylinder 2 flüssigkeitsdicht abdichtet. Die Hebeeinrichtung 4 steht beispielsweise über Zugmittel 22 mit dem Kolben 7 in
Wirkverbindung, wobei der Kolben 7 in der ersten Position 8 von der Hebeeinrichtung 4 entkoppelt ist. Diesbezüglich ist es vorgesehen, dass die Hebeeinrichtung 4 mit dem Kolben 7 über eine in Fig. 4 dargestellte Kupplungseinrichtung 11 in Wirkverbindung steht. Nach Entkopplung des Kolbens 7 von der Hebeeinrichtung 4, verlagert sich der Kolben 7 von der ersten Position 8 in die zweite Position 9, so dass eine in dem Zylinder 2 vorliegende Flüssigkeit durch die
Verlagerung des Kolbens 7 aus dem Zylinder 2 in die
Flüssigkeitsableitung 5 verdrängt wird. Die Verlagerung des Kolbens 7 kann zum einen durch das Eigengewicht des Kolbens
7 erreicht werden, wie es beispielhaft in der Fig. 1 dargestellt ist, so dass sich dieser aufgrund seines
Eigengewichtes in einem Abwärtshub aus der ersten Position
8 in die zweite Position 9 bewegt. Der Kolben 7 in der Fig. 1 und der Fig. 2 ist plattenförmig ausgestaltet. Die
Abwärtsbewegung des Kolbens 7 kann jedoch - wie in Fig. 2 dargestellt - durch ein mit dem Kolben 7 verbundenes
Gewicht 12 gefördert werden. Das Gewicht 12 ist derart ausgelegt, dass es den Kolben 7 durch das Eigengewicht des Gewichtes 12 in einem Abwärtshub aus der ersten Position 8 in die zweite Position 9 befördert. Das Gewicht 12 kann mit dem Fachmann bekannten Befestigungsmittel, wie
beispielsweise Kleben, Klemmen, Schrauben oder Nieten an dem Kolben 7 reversibel oder irreversibel befestigt sein. Nach Entkopplung von der Hebeeinrichtung 4 bewegt sich der Kolben 7 aufgrund der auf ihn wirkenden Gewichtskraft des Gewichtes 12 aus der ersten Position 8 in die zweite
Position 9. Die Zylinder-Kolben-Einrichtung 3 der
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung 1 ist derart
konstruiert, dass der Kolben 7 in der ersten Position 8 nicht mit der Hebeeinrichtung 4 gekoppelt ist, wobei der Kolben 7 mit einer nicht in den Figuren dargestellten
Sperrvorrichtung in der ersten Position 8 gehalten werden kann. Ferner kann es auch vorteilhaft sein, den Kolben 7 in der ersten Position 8 mit der Hebeeinrichtung 4 zu koppeln und diese Kopplung in der ersten Position 8 durch eine entsprechende Entkopplung zu unterbrechen. Die
Sperrvorrichtung kann durch einen ebenfalls nicht gezeigte Regel- und/oder Steuereinheit gesteuert beziehungsweise geregelt werden. Sobald der Kolben 7 entsperrt ist, bewegt sich der Kolben 7 aus der ersten Position 8 in die zweite Position 9, das heißt er bewegt sich in einem Abwärtshub in die zweite Position 9. Durch den Abwärtshub des Kolbens 7 wird die in dem Zylinder 2 vorliegende Flüssigkeit in die Flüssigkeitsableitung 5 verdrängt. Die
Verschlussvorrichtung 6 kann ein steuerbares
Verschlussmittel aufweisen, mit dem der Zylinder 2
flüssigkeitsdicht abgedichtet wird und eine gerichtete Verdrängung der in dem Zylinder 2 vorliegenden Flüssigkeit in die Flüssigkeitsableitung 5 erfolgt. Die
Flüssigkeitsableitung 5 kann auch außerhalb des Zylinders 2, beziehungsweise der Zylinder-Kolben-Einrichtung 3 angeordnet sein, wie beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist. Um eine Anhebung des Kolbens aus der zweiten Position 9 in die erste Position 8 zu erreichen, wird der Kolben 7 in der zweiten Position 9 wieder mit der Hebeeinrichtung 4
gekoppelt, so dass der Kolben 7 durch die Kopplung mit der Hebeeinrichtung 4 in die erste Position 8 verlagert wird. Die Hebeeinrichtung 4 kann einen nicht in den Figuren dargestellten Motor aufweisen, der den Kolben 7 von der zweiten Position 9 in die erste Position 8 anhebt. Eine Ausgestaltung einer Energieumwandlungsvorrichtung 16 ist beispielshaft in Fig. 4 schematisch dargestellt. Die Energieumwandlungsvorrichtung 16 wird zur Umwandlung einer Lageenergie einer Flüssigkeit in elektrischen Strom genutzt mit einem ersten Flüssigkeitsbehältnis 17 und einem relativ zu dem ersten Flüssigkeitsbehältnis 17 niedriger
angeordneten zweiten Flüssigkeitsbehältnis 18, wobei das erste und das zweite Flüssigkeitsbehältnis 17, 18 über ein flüssigkeitsleitendes Verbindungssystem 19 miteinander verbunden sind. Zwischen dem ersten Flüssigkeitsbehältnis 17 und dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis 18 ist eine
Fluidenergiemaschine 20 angeordnet, so dass eine aus dem ersten Flüssigkeitsbehältnis 17 und durch das
Verbindungssystem 19 fließende Flüssigkeit durch die
Fluidenergiemaschine 20 in das zweite Flüssigkeitsbehältnis 18 fließt. Um die in dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis 18 vorliegende Flüssigkeit erneut in das erste
Flüssigkeitsbehältnis 17 zu bekommen, ist das zweite
Flüssigkeitsbehältnis 18 flüssigkeitsleitend mit der
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung 1 verbunden. Die
Flüssigkeitsableitung 5 verfügt über ein Steigrohr 14 und ein sich an das Steigrohr 14 anschließende Fallrohr 15. Die mit der Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung 1 verbundene Flüssigkeitsableitung 5 ist wiederum flüssigkeitsleitend mit dem ersten Flüssigkeitsbehältnis 17 verbunden, so dass die in dem Zylinder 2 vorliegende Flüssigkeit durch die Verlagerung des Kolbens 7 aus der ersten Position 8 in die zweite Position 9 aus dem Zylinder 2 in die
Flüssigkeitsableitung 5 und über die Flüssigkeitsableitung 5 in das zweite Flüssigkeitsbehältnis 17 befördert wird. Durch diese Umwälzung der Flüssigkeit ist ein dauerhafter Betrieb der Energieumwandlungsvorrichtung 16
sichergestellt, wobei in der Energieumwandlungsvorrichtung 16 ein konstantes Volumen einer Flüssigkeit vorliegt und dieses Volumen zur dauerhaften Energieumwandlung genutzt wird. Hierdurch wird eine universelle Einset zbarkeit der Energieumwandlungsvorrichtung 16 erreicht.
Eine weitere Ausgestaltung einer
Energieumwandlungsvorrichtung mit einer alternativen
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung 1 x ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Die Energieumwandlungsvorrichtung weist ein erstes Flüssigkeitsbehältnis 17 und ein relativ zu dem ersten Flüssigkeitsbehältnis 17 niedriger
angeordnetes zweites Flüssigkeitsbehältnis 18 auf, wobei das erste und das zweite Flüssigkeitsbehältnis 17, 18 über ein flüssigkeitsleitendes Verbindungssystem 19 miteinander verbunden sind. In dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis 18 ist eine Fluidenergiemaschine 20 derart angeordnet, dass eine aus dem ersten Flüssigkeitsbehältnis 17 und durch das
Verbindungssystem 19 in das zweite Flüssigkeitsbehältnis 18 fließende Flüssigkeit zur Gewinnung von elektrischer
Energie durch die Fluidenergiemaschine 20 geleitet wird.
Zur Rückführung der in dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis 18 vorliegenden Flüssigkeit in das erste Flüssigkeitsbehältnis 17 ist das zweite Flüssigkeitsbehältnis 18
flüssigkeitsleitend mit der
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung 1 x verbunden, der ein Steigrohr 14 flüssigkeitsleitend nachgeordnet ist. Ein sich an das Steigrohr 14 anschließendes Fallrohr, welches die aus der Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung 1 x in das Steigrohr 14 geförderte Flüssigkeit zurück in das erste Flüssigkeitsbehältnis 17 leitet, ist ebenfalls vorgesehen, aber in Fig. 5 nicht dargestellt.
Die Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung 1 x weist vier linear angeordnete Zylinder-Kolben-Einrichtungen 3 mit jeweils einem Zylinder 2 und einem in dem jeweiligen
Zylinder 2 verlagerbaren Kolben 7 auf. Die Zylinder 2 sind flüssigkeitsleitend über eine Flüssigkeitszuleitung 6 mit dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis 18 und über die
Flüssigkeitsableitung 5 mit dem Steigrohr 14 verbunden. Die Flüssigkeitszuleitung 6 und die Flüssigkeitsableitung 5 sind mit einem ersten Verschlussmittel 10 bzw. einem zweiten Verschlussmittel 30 verschließbar. Das erste
Verschlussmittel 10 bzw. das zweite Verschlussmittel 30 sind als Schieber ausgebildet und können bevorzugt durch eine nicht dargestellte Regel- und/oder Steuereinheit gesteuert beziehungsweise geregelt werden. Es versteht sich, dass sowohl das erste Verschlussmittel 10 als auch das zweite Verschlussmittel 30 entweder zur gemeinsamen Steuerung des Flüssigkeitszulaufs oder Flüssigkeitsablaufs aller vier Zylinder 2 ausgebildet sein können oder
bevorzugt jeweils ein erstes Verschlussmittel 10 bzw.
jeweils ein zweites Verschlussmittel 30 mit Wirkung für jeden einzelnen Zylinder 2 ausgebildet sein können. Die in der Zylinder-Kolben-Einrichtung 3 verlagerbaren Kolben 7 sind mit einer Hebeeinrichtung 4 verbunden. Die Hebeeinrichtung 4 umfasst eine Hebeplatte 31, an der die Kolben 7 befestigt sind und welche mit Gewichten 12
beschwert ist, welche auf alle vier Kolben 7 wirken. Die Hebeeinrichtung 4 umfasst außerdem ein Gegengewicht 24, das aufgrund seines Eigengewichts von einer ersten Stellung 25 mit hoher Lageenergie in eine zweite Stellung 26 mit niedrigerer Lageenergie verlagerbar ist. Das Gegengewicht 24 ist über einen ersten Seilzug 32 mit der Hebeplatte 31 derart verbunden, dass bei Verlagerung des Gegengewichts 24 aus der ersten Stellung 25 in die zweite Stellung 26 die Kolben 7 in den jeweiligen Zylindern 3 aus einer zweiten Position 9 in eine erste Position 8 verlagert werden, wobei die erste Position 8 vorzugsweise in einem oberen Drittel des Zylinders 2 und die zweite Position 9 in einem unteren Drittel des Zylinders 2 vorgesehen ist. Der Zylinder 2 verlässt den Kolben 7 in der ersten Position 8 nicht bzw. nicht vollständig.
Die Hebeeinrichtung 4 weist weiterhin eine mit einem Motor 23 betriebene Seilwinde auf, die über einen zweiten Seilzug 33 mit dem Gegengewicht 24 verbunden ist. Beim Betrieb des Motors 23 wird ein Zugseil 36 des zweiten Seilzugs 33 auf die Seilwinde gewickelt. Aufgrund der Motorwirkung und gegebenenfalls des gleichzeitig an dem Gegengewicht
wirkenden Eigengewichts der Kolben 7, der Hebeplatte 31 und der Gewichte 12 wird das Gegengewicht 24 aus der zweiten Stellung 26 in die erste Stellung 25 mit hoher Lageenergie verlagert. Gleichzeitig werden aufgrund der Kopplung des
Gegengewichts 24 mit der Hebeplatte 31 die Kolben 7 in den jeweiligen Zylindern 3 aus der ersten Position 8 in die zweite Position 9 verlagert. Bevorzugt ist die Geschwindigkeit des Motorantriebs so gewählt, dass sich die Kolben in den Zylindern 3 ohne Gegenlast aus der ersten Position 8 in die zweite Position 9 verlagern können.
Bei abgeschaltetem des Motor 23 wickelt sich das Zugseil 36 des zweiten Seilzugs 33 aufgrund des Eigengewichts des Gegengewichts 24 gegen das Schleppmoment des Motors 23 von der Seilwinde ab und das Gegengewicht 24 verlagert sich aus der ersten Stellung 25 in die zweite Stellung 26, wobei gleichzeitig aufgrund der Kopplung des Gegengewichts 24 mit der Hebeplatte 31 die Kolben 7 in den jeweiligen Zylindern 3 aus der zweiten Position 9 in die erste Position 8 verlagert werden. Bevorzugt weist der Motor 23 der
Seilwinde eine FreilaufSchaltung auf, um das zu
überwindende Schleppmoment zu reduzieren.
Der erste Seilzug 32, welcher das Gegengewicht 24 mit der Hebeplatte 31 verbindet, weist eine Umlenkrolle 34 und einen ersten Faktorenflaschenzug 27 mit einer Übersetzung von 1:6 auf, über welche das Verbindungsseil 35 geführt ist. Aufgrund des ersten Faktorenflaschenzugs 27 wird die Kraft reduziert, welche für das Verlagern der Kolben 7 aus der zweiten Position 9 in die erste Position 8 zusammen mit der Hebeplatte 31 und den darauf angeordneten Gewichten 12 aufgewendet werden muss. Dadurch kann das Eigengewicht des Gegengewichts 24 relativ zu dem Gesamtgewicht der Kolben 7, der Hebeplatte 31 und den Gewichten 12 gering gehalten werden. Beispielsweise kann bei Nutzung des in Fig. 5 dargestellten Faktorenflaschenzugs 27 mit einer Übersetzung von 1:6 das Gegengewicht 24 ein Eigengewicht von etwa 1.200 kg aufweisen, während das Gesamtgewicht der Kolben 7, Hebeplatte 31 und Gewichte 12 etwa 6.400 kg betragen kann.
Der zweite Seilzug 32, welcher das Gegengewicht 24 mit dem Motor 23 der Seilwinde verbindet, weist einen zweiten
Faktorenflaschenzug 28 mit einer Übersetzung von 1:6 auf, über den das Zugseil 36 geführt ist. Die Führung des
Zugseils 36 über den zweiten Faktorenflaschenzug 28 bewirkt, dass der durch die Wirkung des Motors 23
aufzuwendende zusätzliche Kraftaufwand für das Verlagern des Gegengewichts 24 aus der zweiten Stellung 26 in die erste Stellung 25 gering gehalten werden kann.
Beim Betrieb der Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung 1 x ist in der in Fig. 5 dargestellten Ausgangslage das zweite Flüssigkeitsbehältnis 18 bis etwas unterhalb des
flüssigkeitsleitenden Verbindungssystems 19 zu dem ersten Flüssigkeitsbehältnis 17 und das Steigrohr 14 bis zum
Überlauf in das nicht dargestellte Fallrohr mit einer
Flüssigkeit, bevorzugt Wasser gefüllt. Das erste
Verschlussmittel 10 für die Flüssigkeitszuleitung 6 aus dem zweiten Flüssigkeitsbehältnis 18 und das zweite
Verschlussmittel 30 für die Flüssigkeitsableitung 5 zum Steigrohr 14 sind verschlossen. Das Gegengewicht 24 befindet sich in der zweiten Stellung mit niedriger
Lageenergie und der Motor 23 ist ausgeschaltet bzw. von der Seilwinde entkoppelt. Die Kolben 7 befinden sich in der ersten Position 8. Zunächst werden Verschlussmittel 10 geöffnet, sodass sich die Zylinder 2 mit Flüssigkeit füllen. Bei Erreichen des Maximalfüllstands der Zylinder 2 werden die Verschlussmittel 10 verschlossen. Der Motor 23 der
Seilwinde wird gestartet, sodass das Zugseil 36
aufgewickelt und das damit verbundene Gegengewicht 24 aus der zweiten Stellung 26 in die erste Stellung 25 gehoben wird. Gleichzeitig werden Verschlussmittel 30 geöffnet, sodass Flüssigkeit aus den Zylindern 2 in das Steigrohr 14 abfließen kann. Aufgrund der Entlastung der Kolben 7 durch Verlagern des Gegengewichts 24 mithilfe des Motors 23 in die erste Stellung 25 werden die Kolben 7 aufgrund ihres Eigengewichts und des Zusatzgewichts der Gewichte 12 und der Hebeplatte 31 aus der ersten Position 8 in die zweite Position 9 verlagert und verdrängen dadurch die Flüssigkeit aus den Zylindern 2 über die Flüssigkeitsableitung 6 in das Steigrohr 14. Über das nicht dargestellte Fallrohr fließt die aus der Flüssigkeitsverdrängungseinrichtung 1 x
verdrängte Flüssigkeit weiter in das erste
Flüssigkeitsbehältnis 17.
Sobald die Kolben 7 die zweite Position 9 erreicht haben, schießen die zweiten Verschlussmittel 30. Der Motor 23 schaltet ab oder wird auf Freilauf geschaltet. Dadurch verlagert sich das Gegengewicht 24 gegen das Schleppmoment der Seilwinde und gegebenenfalls des Motors von der ersten Stellung 25 in die zweite Stellung 26 und zieht dabei aufgrund der Kopplung mit den Kolben 7 über den Seilzug 32 die Kolben 7 aus der zweiten Position 9 in die erste
Position 8, sodass die in Fig. 5 gezeigte Ausgangslage wieder erreicht ist und ein weiterer
Flüssigkeitsverdrängungszyklus begonnen werden kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1, 1 x ) zur
Verdrängung einer Flüssigkeit aus wenigstens einem Zylinder (2) einer Zylinder-Kolben-Einrichtung (3), mit einer
Hebeeinrichtung (4) und jeweils einer mit der Zylinder- Kolben-Einrichtung (3) in flüssigkeitsleitender Verbindung stehenden Flüssigkeitsableitung (5) und
Flüssigkeitszuleitung (6), wobei jede Zylinder-Kolben- Einrichtung (3) einen in dem Zylinder verlagerbaren Kolben (7) aufweist, der von einer ersten Position (8) in eine zweite Position (9) verlagerbar ist und wobei die
Flüssigkeitszuleitung (6) eine Verschlussvorrichtung (10) zur flüssigkeitsdichten Abdichtung des Zylinders (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeeinrichtung (4) mit jedem Kolben (7) in Wirkverbindung steht, wobei der Kolben (7) in der ersten Position (8) von der
Hebeeinrichtung (4) entlastbar ist, so dass der Kolben (7) von der ersten Position (8) in die zweite Position (9) verlagert wird, so dass eine in dem Zylinder (2)
vorliegende Flüssigkeit durch die Verlagerung des Kolbens (7) aus dem Zylinder (2) in die Flüssigkeitsableitung (5) verdrängt wird, und wobei der Kolben (7) in der zweiten
Position (9) mit der Hebeeinrichtung (4) belastbar ist, so dass der Kolben (7) in die erste Position (8) verlagert wird .
2. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeeinrichtung (4) mit dem Kolben (7) über eine Kupplungseinrichtung (11) in
Wirkverbindung steht.
3. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1, 1 x ) nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hebeeinrichtung (4) einen Motor (23) umfasst, der mit dem Kolben (7) in Wirkverbindung steht.
4. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1, 1 x ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeeinrichtung (4) wenigstens einen Seilzug (32, 33) aufweist .
5. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1, 1 x ) nach
Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Seilzug (32), der einen ersten Flaschenzug (27) aufweist, mit dem Kolben (7) gekoppelt ist.
6. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1, 1 x ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Zylinder (2) vorliegende Flüssigkeit durch einen Abwärtshub des Kolbens (7) aus der ersten Position (8) in die zweite Position (9) aus dem Zylinder (3) verdrängt wird und an dem Kolben (7) ein Gewicht (12) angeordnet ist.
7. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1Λ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebeeinrichtung (4) ein Gegengewicht (24) aufweist, das mit dem Kolben (7) in Wirkverbindung steht, so dass der Kolben (7) in der zweiten Position (9) durch Belastung mit dem Gegengewicht (24) in die erste Position (8) verlagerbar ist .
8. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1Λ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegengewicht (24) in einer zweiten Stellung (26) mithilfe des Motors (23) aus der zweiten Stellung (26) in eine erste Stellung (25) verlagerbar ist, so dass der Kolben (7) entlastet wird und aus der ersten Position (8) in die zweite Position (9) verlagert wird.
9. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1Λ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Seilzug (32) mit dem ersten Flaschenzug (27) zwischen dem Kolben (7) und dem Gegengewicht (24) vorgesehen ist.
10. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1Λ) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Flaschenzug (28) in einem zweiten Seilzug (33) zwischen dem Motor (23) und dem Gegengewicht (24) vorgesehen ist.
11. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1, 1 x ) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Flaschenzug (27, 28) ein Faktorenflaschenzug mit einem Übersetzungsverhältnis von mindestens 1:4, bevorzugt 1:6 ist .
12. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1Λ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vier Zylinder-Kolben-Einrichtungen (3) in einer linearen
Anordnung vorgesehen sind.
13. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1, 1 x ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussvorrichtung (10) mit einem steuerbaren
Verschlussmittel zu öffnen und zu schließen ist.
14. Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1, 1 x ) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder-Kolben-Einrichtung (3) Dichtungen (13) zur flüssigkeitsdichten Abdichtung des Zylinders (2) aufweist.
15. Energieumwandlungsvorrichtung (16) zur Umwandlung einer Lageenergie einer Flüssigkeit in elektrischen Strom, mit einem ersten Flüssigkeitsbehältnis (17) und einem relativ zu dem ersten Flüssigkeitsbehältnis (17) niedriger
angeordneten zweiten Flüssigkeitsbehältnis (18), wobei das erste und das zweite Flüssigkeitsbehältnis (17, 18) über ein flüssigkeitsleitendes Verbindungssystem (19)
miteinander verbunden sind und zwischen den
Flüssigkeitsbehältnissen (17, 18) eine Fluidenergiemaschine (20) angeordnet ist, so dass eine aus dem ersten
Flüssigkeitsbehältnis (17) und durch das Verbindungssystem (19) fließende Flüssigkeit durch die Fluidenergiemaschine (20) in das zweite Flüssigkeitsbehältnis (18) fließt, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite
Flüssigkeitsbehältnis (18) flüssigkeitsleitend mit der Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1, 1 x ) gemäß der
Ansprüche 1 bis 14 verbunden ist.
16. Energieumwandlungsvorrichtung (16) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der
Energieumwandlungsvorrichtung (16) ein konstantes Volumen der Flüssigkeit vorliegt.
17. Energieumwandlungsvorrichtung (16) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der
Flüssigkeitsverdrängungsvorrichtung (1, 1 x ) verbundene Flüssigkeitsableitung (5) mit dem ersten
Flüssigkeitsbehältnis (17) flüssigkeitsleitend verbunden ist, so dass die in dem Zylinder (2) vorliegende
Flüssigkeit durch die Verlagerung des Kolbens (7) aus der ersten Position (8) in die zweite Position (9) aus dem Zylinder (2) in die Flüssigkeitsableitung (5) und über die Flüssigkeitsableitung (5) in das zweite
Flüssigkeitsbehältnis (17) befördert wird.
18. Energieumwandlungsvorrichtung (16) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Flüssigkeitsableitung (5) ein Steigrohr (14) und ein Fallrohr (15) flüssigkeitsleitend derart anschließen, dass durch die Flüssigkeitsableitung (5) beförderte Flüssigkeit in das erste Flüssigkeitsbehältnis (17) geleitet wird.
19. Energieumwandlungsvorrichtung (16) nach einem der
Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Flüssigkeitsbehältnis (17, 18) steuerbare Zu- und Abflussöffnungen aufweisen.
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