CH718635A1 - Hydroelectric expansion machine to generate electricity. - Google Patents

Abstract

Wasserkraft-Entspannungsmaschine mit Drehkolben 3 bei welchem das Fluid über die Stirnseite der Drehachse 7 zu und radial über Offnungen 6 in der Exzenterwelle 9, dem Kolben 10 und dem Gehäuse 11 abgeführt wird, wobei ein Generator angetrieben wird.Hydropower expansion machine with rotary pistons 3 in which the fluid is discharged via the end face of the axis of rotation 7 and radially via openings 6 in the eccentric shaft 9, the piston 10 and the housing 11, with a generator being driven.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage, eine Turbine zur Stromerzeugung die besonders gut für relativ kleine Drücke oder relativ kleine Volumenströme geeignet ist. The present invention relates to a system, a turbine for power generation which is particularly well suited for relatively low pressures or relatively small flow rates.

[0002] Turbinen zur Stromerzeugung sind allgemein bekannt, wobei sich Pelton Turbine besonders gut für hohe Gefälle und Francis- oder Kaplanturbinen für grosse Volumenströme eignen. Die Nachfrage nach mehr nachhaltiger Energie, die möglichst auch Speicherbar oder als Bandenergie zur Verfügung steht eröffnet einen Markt für Turbinen die auch bei kleineren Drücken oder Volumenströmen effizient arbeiten. Turbines for generating electricity are well known, with Pelton turbines being particularly suitable for high gradients and Francis or Kaplan turbines for large volume flows. The demand for more sustainable energy, which is also available in storable form or as band energy, opens up a market for turbines that work efficiently even at lower pressures or volume flows.

[0003] Gegenstad dieser Erfindung ist eine solche Turbine vorzustellen. The object of this invention is to present such a turbine.

[0004] Diese Aufgabe wird bei diesem Verfahren und Anlage der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss so gelöst, wie dies im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definiert und folgend beschrieben ist. This object is achieved according to the invention in this method and system of the type mentioned as defined in the characterizing part of claim 1 and described below.

[0005] Gegenstand dieser Erfindung ist das die Turbine nicht die Strömungsenergie in Rotation wandelt sondern dazu vor allem den Druck verwendet. The object of this invention is that the turbine does not convert the flow energy into rotation but mainly uses the pressure.

[0006] Es wird das Prinzip der Hydraulik verwenden, welche den Druck über die Höhendifferenz zwischen dem Wassereinlass und der Turbine nutzt. It will use the principle of hydraulics, which uses the pressure over the difference in height between the water inlet and the turbine.

[0007] Für das besagte Einsatzgebiet sind Kolbenturbinen besonders gut geeignet, denn das Fluid kann nur nach Verrichten der Bewegungsarbeit die Kolbenkammer verlassen, der Fluidstrom wird möglichst restlos über den Kolben dem Generator zugeführt. Bei den Pelton, Francis, Kaplan oder Ossberger-Turbinen nimmt der sehr gute Wirkungsgrad extrem ab, wenn nicht im idealen Betriebspunkt gearbeitet wird oder reduziert sich auf Null, wenn das Fluid zu langsam anströmt und dadurch an den unter Last stehenden Turbinenblättern vorbei strömt. [0007] Piston turbines are particularly well suited for said area of application, because the fluid can only leave the piston chamber after the movement work has been carried out, and the fluid flow is fed as completely as possible to the generator via the piston. With the Pelton, Francis, Kaplan or Ossberger turbines, the very good level of efficiency decreases extremely if you are not working at the ideal operating point or is reduced to zero if the fluid flows too slowly and thus flows past the turbine blades that are under load.

[0008] Gegenstand dieser Erfindung ist ein für die Nutzung der Wasserkraft besonders gut geeignete Maschine vorzustelle, die mit einem Drehkolben arbeitet. Das Grundprinzip kommt vom Wankelmotor wobei eine besonders gute Ausführungsvariante ist, wenn der Rotor als Hypotrochoide und das Gehäuse als Epitrochoide ausgeführt werden. Im Gegensatz zum klassischen Wankel als Viertakter sind besonders gut geeignet Bauformen wenn nicht nur zwei Kammer vorgesehen werden sondern mehrere damit z.B. kein Totpunkt entsteht. The object of this invention is to present a machine that is particularly well suited for the use of water power and that works with a rotary piston. The basic principle comes from the Wankel engine, with a particularly good variant being when the rotor is designed as a hypotrochoid and the housing as an epitrochoid. In contrast to the classic Wankel as a four-stroke engine, designs are particularly well suited if not only two chambers are provided, but several so that, for example, there is no dead center.

[0009] Besonders gut geeignet und speziell Gegenstand dieser Erfindung ist die Bauform mit 4 Kolbenkammern und 5 Kolbenoberflächen. Der Vorteil dieser Bauform ist ein gutes Verhältnis der Auslassschlitze zur Einlassöffnung und relativ scharfkantige Kolbenecke die eine allfällige Verschmutzung durch z.B. Algen wegschaben. Particularly well suited and specifically the subject of this invention is the design with 4 piston chambers and 5 piston surfaces. The advantage of this design is a good ratio of the outlet slots to the inlet opening and relatively sharp-edged piston corners that scrape away any dirt, e.g. algae.

[0010] Gegenstad dieser Erfindung ist vor allen den Fluidstrom für eine möglichst gute Bauform genauer vorzustellen. Folgend wird das Fluid als Wasser bezeichnet welches über ein Höhengefälle unter Druck steht und dadurch als Antriebsmedium der Turbine dient, was aber gleichwohl als Fluid, als sich entspannendes Gas in einem Motor eingesetzt werden könnte. Der Wassereinlass erfolgt auf der für die Kraftübertragung auf den Generator gegenüberliegenden Seite der Welle, welche zumindest auf dieser Seite als Rohr für das zuströmende Wasser, Fluid ausgeführt ist. Über die zweite Welle, um welche der Drehkolben kreist und exzentrisch zur Antriebswelle angeordnet und mit dieser verbunden ist, verlässt das Wasser die zweite Welle in den Drehkolben hinein. Durch den Drehkolben hindurch wird die Kolbenkammer mit Wasser gefüllt und Gegendruck erzeugt, was den Kolben in Drehbewegung setzt. The object of this invention is to present the fluid flow for the best possible design in more detail. In the following, the fluid is referred to as water which is under pressure over a drop in height and thus serves as the drive medium of the turbine, which could nevertheless be used as a fluid, as an expanding gas in an engine. The water inlet takes place on the opposite side of the shaft for the power transmission to the generator, which is designed at least on this side as a pipe for the inflowing water or fluid. The water exits the second shaft into the rotary lobe via the second shaft, around which the rotary lobe rotates and is arranged eccentrically to the drive shaft and connected to it. The piston chamber is filled with water through the rotary piston and back pressure is generated, which causes the piston to rotate.

[0011] Gegenstand der Erfindung ist, dass durch das überdecken von Durchflussöffnungen auf dem Mantel der zweiten Welle und Öffnungen durch en Kolben hindurch der Fluidstrom gesteuert wird, so das nur dann Wasser strömt wenn sich die Kolbenkammer vergrössert, nicht aber wenn sich diese wieder verkleinert. Überlappungen der Bereich sind ebenfalls Gengenstand dieser Erfindung wobei generell Präzision dabei den Wirkungsgrad verbessert. The object of the invention is that the fluid flow is controlled by the covering of flow openings on the casing of the second shaft and openings through the piston, so that water only flows when the piston chamber increases, but not when it decreases again . Area overlaps are also the subject of this invention, with precision generally improving efficiency.

[0012] Durch Präzision und dem verhältnismässig grossem Volumenstrom gegenüber der Verlustkanten kann auf Dichtungen verzichtet werden. Der Einsatz von Dichtungen kann aber durchaus Sinn machen besonders wenn nicht mit Wasser sondern mit Gas und als Entspannungsmaschine gearbeitete wird. [0012] Due to the precision and the relatively large volume flow compared to the loss edges, seals can be dispensed with. However, the use of seals can definitely make sense, especially if you are not working with water but with gas and as an expansion machine.

[0013] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist, dass statt wie beim Verbrennung-Wankel einer Scheibe als Kolben ein entlang der Drehachsen in die Länge gezogener Kolben und Gehäuse eingesetzt wird. Another object of the invention is that instead of a disk as in the case of combustion-Wankel, a piston and housing that is elongated along the axes of rotation are used as pistons.

[0014] Gegenstad der Erfindung ist, dass durch das in die Länge ziehen vom Kolben Die Durchflussschlitze gleich gross ausgeführt werden könne wie die stirnseitige Einlassöffnung für das Wasser. The object of the invention is that by lengthening the piston, the flow slots can be made the same size as the front inlet opening for the water.

[0015] Ziel ist möglichst durch die gesamte Maschine hindurch bis zum Auslass der von Vorteil noch grösser sein kann mit gleichen Strömungsquerschnitten zu fahren, damit eine konstante Geschwindigkeit vom Fluid erzielt wird und möglichst keine Verluste durch eine Beschleunigung und Abbremsung erfolgt. The aim is to drive as far as possible through the entire machine to the outlet, which can be even larger, with the same flow cross-sections, so that a constant speed is achieved by the fluid and there are as few losses as possible due to acceleration and deceleration.

[0016] Gegenstad der Erfindung ist, dass durch das in die Länge ziehen vom Kolben Die Durchflussschlitze höchstens plus minus 1% gleich gross ausgeführt werden wie die Einlassöffnung für das Wasser. The object of the invention is that by lengthening the piston, the flow slots are made the same size as the inlet opening for the water at most plus or minus 1%.

[0017] Gegenstad der Erfindung ist, dass durch das in die Länge ziehen vom Kolben Die Durchflussschlitze plus minus 10% gleich gross ausgeführt werden können wie die Einlassöffnung für das Wasser. The object of the invention is that by lengthening the piston, the flow slots plus or minus 10% can be made the same size as the inlet opening for the water.

[0018] Gegenstad der Erfindung ist, dass durch das in die Länge ziehen vom Kolben Die Durchflussschlitze plus minus 25% gleich gross ausgeführt werden können wie die Einlassöffnung für das Wasser. The object of the invention is that by lengthening the piston, the flow slots plus or minus 25% can be made the same size as the inlet opening for the water.

[0019] Gegenstad der Erfindung ist, dass durch das in die Länge ziehen vom Kolben Die Durchflussschlitze plus minus 50 % gleich gross ausgeführt werden können wie die Einlassöffnung für das Wasser. The object of the invention is that by lengthening the piston, the flow slots can be made the same size as the inlet opening for the water by plus or minus 50%.

[0020] Je nach Formgebung der Schlitze kann die momentane Leistung gesteuert werden. Depending on the shape of the slots, the instantaneous power can be controlled.

[0021] Gegenstand der Erfindung ist, dass die Auslassschlitze aus dem Gehäuse hinaus grösser sind als die Zuführschlitze, um beim Ausstossen möglichst wenig Widerstand aufzubauen und oder sogar Luft eindringen zu lassen. The object of the invention is that the outlet slots out of the housing are larger than the feed slots in order to build up as little resistance as possible during ejection and or even to allow air to penetrate.

[0022] Gegenstand der Erfindung ist, dass im Gegensatz zum bekannten Wankel die Antriebswelle vom Generator im Durchmesser kleiner ausgeführt wird als die gegenüberliegende Hohlwelle welche ebenfalls als Drehlager dient. The object of the invention is that, in contrast to the known Wankel, the drive shaft from the generator is made smaller in diameter than the opposite hollow shaft which also serves as a pivot bearing.

[0023] Gegenstand der Erfindung ist, dass die beim Motor als Lager ausgeführte Welle bei der Turbine gerade auch als Rohr zum Zuführen vom Fluid genutzt wird. The object of the invention is that the shaft designed as a bearing in the motor is also used in the turbine as a pipe for supplying the fluid.

[0024] Gegenstand der Erfindung ist, dass die Kolbenachse in etwa vertikal verläuft und das Wasser von unten einströmt und der Generator oben auf der Maschine sitzt. Der Druck von Fluid wirkt entgegen dem Gewicht von Kolben was die Drehlager schont. The invention is that the piston axis is approximately vertical and the water flows in from below and the generator sits on top of the machine. The pressure of the fluid counteracts the weight of the piston, which protects the pivot bearings.

[0025] Besonders geeignet sind diese Turbinen auch um kleine Gezeitenkraftwerke möglichst verlustfrei betreibe zu können wobei bei dieser Anwendung eine horizontale Ausrichtung des Kolbens sinnvoller ist. Die Strömungsrichtung kann umgekehrt werden oder für einen eher bessern Wirkungsgrad zwei gegenläufige Turbinen eingesetzt werden. These turbines are particularly suitable for being able to operate small tidal power plants with as little loss as possible, with a horizontal alignment of the piston making more sense in this application. The direction of flow can be reversed or, for better efficiency, two counter-rotating turbines can be used.

[0026] Der Vorteil liegt darin, dass gerade mit der Drehkolben-Turbine selbst die Verbindung vom Staubecken zum Meer, durch bremsen oder blockieren der Welle, verschlossen wird und erst wenn der Pegelstand günstig für die Stromproduktion ist wieder gelöst werden kann. The advantage lies in the fact that the connection from the reservoir to the sea, by braking or blocking the wave, is closed with the rotary piston turbine itself and can only be released again when the water level is favorable for electricity production.

[0027] Ferner kann durch das relativ dichte System welches auch als Pumpe verwendet werden kann die Stromproduktion gesteuert, geregelt werden. Wird z.B. am Mittag kurzfristig mehr Strom benötigt kann, wird vorgängig entgegen dem Gezeitenhub oder absinken, Wasser vom Becken ab oder zu gepumpt, um beim Spitzenbedarf über ein höheres Gefälle zu verfügen. Furthermore, the power production can be controlled and regulated by the relatively dense system which can also be used as a pump. If, for example, more electricity is required for a short time at midday, water is pumped in or out of the basin beforehand against the tidal range or sinking in order to have a higher gradient at peak demand.

[0028] Das Niveau vom Becken soll, kann zu diesem Zweck unter oder über der natürlichen Wasserlinie sein. For this purpose, the level of the pool can be below or above the natural waterline.

[0029] Generell ist ein Vorteil dieser Technologie und Gegenstand dieser Erfindung dass die Drehkolben-Turbine bei kleinem Höhengefälle noch blockiert wird und erst freigegeben wird, wenn sich ein günstiges Gefälle eingestellt hat. Eine besonders günstige Bauform bei grossen Maschinen ist wen diese aus Blech gefertigt werden, kleinere Maschinen aus Guss- oder Frästeilen. In general, an advantage of this technology and the subject of this invention is that the rotary piston turbine is still blocked when there is a small difference in altitude and is only released when a favorable gradient has been established. A particularly favorable design for large machines is when they are made of sheet metal, while smaller machines are made of cast or milled parts.

[0030] Durch die dezentrale Stromerzeugung mittel PV entstehen je länger je mehr Netzeinspeisepunkte was den Einsatz dieser Drehkolben-Turbinen auch in abgelegenen kleineren Bächen ermöglicht. Durch die Doppelnutzung der Elektronik für PV und für die Wasserkraft können Kosten gespart und auch kleiner Gewässer wirtschaftlich genutzt werden. Due to the decentralized generation of electricity by means of PV, the longer the more network feed-in points, which enables the use of these rotary piston turbines in remote smaller streams. The dual use of the electronics for PV and for hydropower can save costs and even small bodies of water can be used economically.

[0031] Gegenstand dieser Erfindung ist die Kombination von PV mit dieser Technologie mit demselben Gerät für die Netzeinspeisung. The subject of this invention is the combination of PV with this technology with the same device for grid feeding.

[0032] Dadurch kann ein relativ teures Gerät zur Netzeinspeisung gespart werden und die Betriebsstunden erhöht werden, was die Stromerzeugungskosten reduziert. Thereby, a relatively expensive device for grid feeding can be saved and the operating hours can be increased, which reduces the electricity generation costs.

[0033] Bei grösseren Maschinen kann die Netzeinspeisung auch ohne Koppelung an eine PV-Anlage wirtschaftlich erfolgen. [0033] In the case of larger machines, the grid feed-in can also be carried out economically without being coupled to a PV system.

[0034] Mittels eines Mikrostausees kann als Variante über dieselbe Netzeinspeisung die Stromproduktion kurzfristig erhöht werden. oder aber während 24 Stunden Strom produziert und eingespeist werden. By means of a micro-reservoir, the power production can be increased in the short term as a variant via the same grid feed-in. or electricity can be produced and fed into the grid for 24 hours.

[0035] Als ungefähre Grössenordnung für ein solche private Ergänzung der PV-Anlage mit ca. 1kW Leistung und lediglich einem Gartenschlauch als Zuführung sind ca. 50m Höhendifferenz. Je kleiner die Höhendifferenz umso grösser sollte der Rohr-, Schlauchdurchmesser sein um die 1kW zu erreichen. As an approximate order of magnitude for such a private addition to the PV system with about 1kW of power and only a garden hose as a feed are about 50m height difference. The smaller the height difference, the larger the pipe or hose diameter should be in order to achieve 1kW.

[0036] Mit einem Rohrdurchmesser von 10cm reichen bereits wenige Höhenmeter um eine Haus -PV-Anlage zu ergänzen. With a pipe diameter of 10 cm, just a few meters in height are enough to supplement a house PV system.

[0037] Bei einer Wehranlage mit ca. 1m3/Sek. Durchfluss bei 5m Höhe entspricht das bis zu 45kW Leistung. In a weir with about 1m3 / sec. Flow at a height of 5m corresponds to an output of up to 45kW.

[0038] Gegenstand dieser Erfindung ist das nur sehr Lokal in möglichst kurzen Steilstücken das Wasser entnommen wird und möglichst umgehend in flacheren Gebieten wieder zurückgeführt wird, um den Eingriff in die Natur so gering wie möglich zu gestalten. The object of this invention is that the water is removed only very locally in steep sections that are as short as possible and is returned as quickly as possible to flatter areas in order to minimize the impact on nature.

[0039] Gegenstand dieser Erfindung ist, dass die Turbine, beispielweise an der Welle blockiert werden kann. Durch die Geometrie und den Strömungsschlitze der beschriebenen Turbine kann der Durchfluss nahezu oder komplett gestoppt werden. The object of this invention is that the turbine can be blocked, for example on the shaft. The flow can be almost or completely stopped by the geometry and the flow slots of the described turbine.

[0040] Dadurch kann der Pegel, das Volumen eines vorgeschalten Staubeckens tagsüber bei Sonnenschein durch z.B. den natürlichen Zufluss erhöht werden und nachts über den Motor und der Stromerzeugung wieder abgebaut werden. As a result, the level, the volume of an upstream reservoir can be increased during the day when the sun is shining, for example by the natural inflow, and can be reduced again at night via the engine and the power generation.

[0041] Über undichte Stellen in der Staumauer kann der Restwasserabfluss erhalten bleiben. [0041] The residual water discharge can be maintained via leaks in the dam wall.

[0042] Die Turbine kann auch als Pumpe eingesetzt werden um z.B. überschüssigen PV Strom im See zu speichern oder die Zuführung ins Druckrohr vor Verschmutzung zu befreien The turbine can also be used as a pump, e.g. to store excess PV power in the lake or to remove contamination from the supply into the pressure pipe

[0043] Vorteilshaft ist, wenn der Ansaugstutzen im See nicht ganz am Grund zu liegen kommt, um nie den ganzen See entleeren zu können, was die Nutzung von Gewässer für Lebewesen wie Fische ermöglicht. It is advantageous if the intake manifold in the lake does not come to rest on the ground, so that the entire lake can never be emptied, which allows the use of water for creatures such as fish.

[0044] Ein besonders umweltfreundlicher Einsatz ist, wenn kein Stau gebildet wird sondern lediglich eine Fassung im Fluss einen Teil oder das ganze Wasser dem Druckrohr zuführt. A particularly environmentally friendly use is when no accumulation is formed but only a socket in the river supplies part or all of the water to the pressure pipe.

[0045] Die Fassung wird vorteilshaft mit einem stabilen Metallgitter geschützt und das Wasser vor dem Rohreintritt mit einem Filter oder engmaschigem Stahlgitter gesäubert um Kolbenklemmer zu vermeiden. The version is advantageously protected with a stable metal grid and the water is cleaned before entering the pipe with a filter or close-meshed steel grid in order to avoid piston jamming.

[0046] Der Restwasserabfluss kann durch das Einstellen der Tourenzahl geregelt werden, indem z.B. der Druck im Zuführrohr oder die Amper Aufnahme vom Generator gemessen und ausgewertet wird. Sobald der Motor im Verhältnis zum aktuellen Pegelstand zu schnell läuft und zu viel Wasser durch den Motor abfliesst, sinkt die Stauhöhe im Druckrohr und somit auch der Druck. The residual water drainage can be regulated by setting the number of revolutions, for example by measuring and evaluating the pressure in the supply pipe or the ampere consumption by the generator. As soon as the engine runs too fast in relation to the current water level and too much water flows through the engine, the backwater level in the pressure pipe drops and with it the pressure.

[0047] Das gilt auch bei einer Installation vom Einlassstutzen in Fliessgewässern. [0047] This also applies to an installation from the inlet connection in watercourses.

[0048] Die Turbine kann auch ohne vorgeschaltetem See direkt durch Fliesswasser oder einer Quelle gespiesen werden. The turbine can also be fed directly by flowing water or a spring without an upstream lake.

[0049] Der Rohreinlass kann dazu mit einem Filter versehen und fixiert werden. Allenfalls mit einer Befestigung etwas hinter dem Einlass, um diesen einfach aus dem Gewässer heben und reinigen zu können. For this purpose, the pipe inlet can be provided with a filter and fixed. At most with a fastening behind the inlet to be able to easily lift it out of the water and clean it.

[0050] Gegenstand und Vorteil dieser Erfindung ist, dass durch den Hydraulikbetrieb oder komplettes Stoppen der Turbine einfach der Restwasserabfluss geregelt werden kann. [0050] The object and advantage of this invention is that the residual water discharge can be easily controlled by the hydraulic operation or complete stopping of the turbine.

[0051] Ob nun viel oder wenig Wasser von Natur aus zur Verfügung steht, der Druck auf den Kolben bleibt bei vollständig gefülltem Zuführrohr gleich gross und kann mit der Tourenzahl geregelt werden. Whether a lot or little water is naturally available, the pressure on the piston remains the same when the feed tube is completely filled and can be regulated with the number of revolutions.

[0052] Ein besonderer Vorteil gegenüber der Turbine ist, dass unabhängig vom natürlichen Druchfluss ein Rückstau generiert wird, werden kann und dadurch das Restwasser schneller abfliesst als das Nutzwasser. [0052] A particular advantage over the turbine is that, independently of the natural flow, a backwater is generated and can be generated, and as a result the residual water flows off faster than the process water.

[0053] Dadurch wird der Verschmutzung entgegengewirkt, indem der Schmutz mit der schnelleren Strömung an Einlass vorbei mitgerissen wird. This counteracts fouling by entraining the dirt with the faster flow past the inlet.

[0054] In natürlichen Gewässern können Algen, besonders die Fadenalgen zum Verstopfen und Abklemmen der Turbine führen. Gegenstand dieser Erfindung ist das möglichst scharfe Kanten vorgesehen werden die den Algenaufbau abtrennen. Eine ausführungsvariante ist das Klingen angebracht werden die die sich ansetzenden Algen zerschneiden. In natural waters, algae, especially filamentous algae, can lead to the turbine becoming clogged and disconnected. The subject of this invention is that the sharpest possible edges are provided, which separate the algae build-up. One variant is the blades that cut up the algae that form.

[0055] Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung ist, dass absichtlich ein Algenwachstum erzielt, erlaubt wird um Fertigungstoleranzen aufzufüllen. Das überschüssige Algenwachstum wird jeweils mit der scharfen Kanten und oder der Rotation abgetrennt. Another object of this invention is that intentional algal growth is allowed to fill in manufacturing tolerances. The excess algae growth is removed with the sharp edges and/or the rotation.

[0056] Eine weitere Einsatzvariante ist in Trinkwasserleitungen besonders auch in den Löschwasserleitung der Feuerwehren beispielsweise im Anschluss an einen Hydranten. A further application variant is in drinking water lines, especially in the extinguishing water line of the fire brigade, for example following a hydrant.

[0057] Der Vorteil ist, dass diese Leitungen zum Strom und Geld generieren genutzt werden können statt dass sie nur im Not- oder Servicefall genutzt werden. Ein weiter Vorteil der Turbine am Hydranten Netz ist das beim abrupten schliessen von Feuerwehrschlauch der Druckabbau über die Turbine erfolgt statt die Rohrleitung zu belasten, was ohne die Turbine als eine Art Druckventil schon häufig zu Rohrbruch geführt hat. The advantage is that these lines can be used to generate electricity and money instead of only being used in emergencies or for service purposes. Another advantage of the turbine on the hydrant network is that when the fire hose is closed abruptly, the pressure is reduced via the turbine instead of loading the pipeline, which has often led to pipe rupture without the turbine as a kind of pressure valve.

[0058] Ferner könne solchen Drehkolbenturbine zur Druckreduktion in Trinkwasserleitungen eingesetzt werden. [0058] Furthermore, such rotary piston turbines can be used to reduce the pressure in drinking water pipes.

[0059] Es zeigt: Fig. 1 schematisch als Explosionszeichnung eine Ausführungsvariante der Turbine mit der Deckplatte 1 auf der Generatorseite, der Exzenterwelle 2, einem fünfseitigen Drehkolben 3, dem Gehäuse 4, der Deckplatte 5 auf der Fluidzuführseite, der Öffnung 6 fürs Fluid in die Exzenterwelle hinein, die Drehachse / Führung 7 der Exzenterwelle, der Drehachse 8 auf der Generatorseite, der Austrittsöffnung 9 aus der Exzenterwelle, den Steuer / Strömungsschlitzen 10 durch den Kolben hindurch und den Ausströmschlitzen 11 aus den Gehäuse hinaus. Fig.2 eine weitere Ausführungsvariante der Excenterwelle mit Auslassschlitzen 12 und gerundeten Kanten für den WasserAuslass 13 Fig.3 schematische eine Querschnitt durch die Turbine zur Veranschaulichung der Strömung mit der Kammer und Eintrittsöffnung vom Fluid 6, der Austrittsöffnung der Excenterwelle 9 in die Öffnung10 vom Kolben hinein, eine durch die Excenterwandung 14 verschlossenen Kolbenöffnung 15, eine Expansionskammer 16 und die Auslassöffnung 11. Fig.4 schematisch einen Kolben 17 mit dem Kanal 18 als Verbindung von der Hohlachse 19 hin zum Kolbenraum 20 mit einer wenigstens teilweise über die Öffnung verlaufenden Rückwand 21 die es dem Fluid ermöglicht auch auf der Rückwand die kraft in ein Drehbewegung zu wandeln.It shows: Fig. 1 schematically as an exploded drawing an embodiment variant of the turbine with the cover plate 1 on the generator side, the eccentric shaft 2, a five-sided rotary piston 3, the housing 4, the cover plate 5 on the fluid supply side, the opening 6 for the fluid in into the eccentric shaft, the axis of rotation / guide 7 of the eccentric shaft, the axis of rotation 8 on the generator side, the outlet opening 9 from the eccentric shaft, the control / flow slots 10 through the piston and the outflow slots 11 out of the housing. Fig.2 shows another variant of the eccentric shaft with outlet slots 12 and rounded edges for the water outlet 13 Fig.3 schematic cross-section through the turbine to illustrate the flow with the chamber and inlet opening of the fluid 6, the outlet opening of the eccentric shaft 9 in the opening 10 of the piston into it, a piston opening 15 closed by the eccentric wall 14, an expansion chamber 16 and the outlet opening 11. Fig. 4 schematically shows a piston 17 with the channel 18 as a connection from the hollow axis 19 to the piston chamber 20 with a rear wall 21 running at least partially over the opening which enables the fluid to convert the force into a rotational movement on the rear wall as well.

[0060] Eine produktionstechnisch einfachere Ausführungsvariante von Figur 4 ist wenn die Kanäle schräg gebohrt werden. Fig.5 schematisch eine Wehranlage 22 zum Auffangen und Abführen vom Wasser in die Druck-, Zuführleitung 23 der Turbine mit Einlassöffnungen 24 nahe der Abbruchkante 25, nach hinten grösser werdende Stege 26 und nicht gezeigt Sieben zum Trennen und abschwemmen von kleinen Steinen, Sand und weiteren Verschmutzungen.An embodiment variant of FIG. 4 that is simpler in terms of production technology is when the channels are drilled at an angle. Fig. 5 shows a schematic of a weir system 22 for collecting and discharging water into the pressure and supply line 23 of the turbine with inlet openings 24 near the demolition edge 25, webs 26 which become larger towards the rear and, not shown, sieves for separating and washing away small stones, sand and further pollution.

[0061] Die beschrieben Fliessrichtung kann auch in umgekehrter Reihenfolge erfolgen. Als Variante kann auch durch beide Stirnflächen der Welle Wasser eingespiesen werden und der Generator z.B. über eine Kette verbunden werden. The direction of flow described can also take place in reverse order. As a variant, water can also be fed in through both end faces of the shaft and the generator can be connected, for example, via a chain.

[0062] Ein besonderer Vorteil der auf Hydraulik basierenden Wankel-Turbine gegenüber von Turbinen als klassische Strömungsmaschine und Gegenstand dieser Erfindung ist, dass durch das geschlossene System vom Zuführrohr und der Turbine das zuströmende Wasser über den Widerstand vom Generator dosiert wird, werden kann. Gegenstand dieser Erfindung ist, dass je nach Wasserstand durch die durch den Generator gebremste Drehzahl mehr oder wenig Wasser zur Stromerzeugung genutzt wird und dadurch die Wassersäule hoch gehalten wird. A particular advantage of the hydraulic-based Wankel turbine over turbines as a classic turbomachine and the subject of this invention is that the inflowing water is metered through the closed system of the supply pipe and the turbine via the resistance of the generator can be. The object of this invention is that, depending on the water level, more or less water is used to generate electricity as a result of the speed being slowed down by the generator, thereby keeping the water column high.

[0063] Das hat zwei bedeuten Vorteile gegenüber der Turbine da erstens nebst mechanisch auch geregelt genügend Restwasser abgelassen werden kann und als besonderer Gegenstand dieser Erfindung der Wassereinlass in das Druckrohr hinein langsamer erfolgt als das vorbeiströmende Restwasser. Dadurch wird der Schmutz mit der stärkeren Strömung von Fluss mitgerissen statt vom Einlass angesogen zu werden wie das bei Turbinen häufig der Fall ist. This has two significant advantages compared to the turbine because, firstly, enough residual water can be drained mechanically and in a regulated manner and, as a special object of this invention, the water inlet into the pressure pipe takes place more slowly than the residual water flowing past. As a result, the dirt is swept along with the stronger flow of the river instead of being sucked up from the inlet as is often the case with turbines.

[0064] Besonders geeignet ist ein über die ganze Fluss.- Wehrbreite oder zumindest der Winter-Pegelstand Breite reichendes Gitter auf der Krone mit darunter liegendem Kanal ins Druckrohr hinein, der mittels eines Filter abgedeckt ist. Particularly suitable is a grid on the crest that extends over the entire width of the river weir or at least the width of the water level in winter, with a channel underneath into the pressure pipe, which is covered by a filter.

[0065] Durch den Betrieb der die Strömungsgeschwindigkeit über den Widerstand vom Generator drosselt, kann eine weit grössere Vielfalt an Wasserständen effizient genutzt werden als mit Turbinen, die einen engeren Bereich vom optimalen Betriebspunkt aufweisen. By operating the flow rate through the resistance of the generator throttles, a far greater variety of water levels can be used efficiently than with turbines, which have a narrower range from the optimum operating point.

[0066] Gegenstand dieser Erfindung ist eine Netzeinspeisung die sowohl PV Strom nutzt als auch Wasserkraft mit dem beschriebenen System mit den folgend Optionen die einzeln oder in Kombination eingesetzte werden. Durch Regelung der Drehzahl wird auf die verschiedenen Pegelstände reagiert. Eine Stopfunktion allenfalls mit Arretierung oder absichtlich dafür vorgesehenem mechanischem Totpunkt soll Wasser zurückgestaut werden können. Durch rückspeisen von Strom soll als Pumpfunktion entweder ein Stausee gefüllt werden oder den Einlassstutzen gereinigt werden. The subject of this invention is a grid feed-in that uses both PV electricity and hydropower with the described system with the following options that are used individually or in combination. By controlling the speed, it reacts to the different water levels. A stop function, at most with a lock or a mechanical dead center intentionally provided for this purpose, is intended to allow water to be dammed up. By feeding back electricity, either a reservoir is to be filled as a pump function or the inlet nozzle is to be cleaned.

Claims (6)

1. Wasserkraft Turbine oder Expansionsmaschine und Verfahren zur Stromgewinnung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehkolben wenigstens über eine Stirnseite der Drehachse mit einem Fluid gespeist wird, welches sich durch eine Exzenterwelle und den Drehkolben hindurch in die Expansionskammer ergiesst und dadurch Druck auf die Kolbenoberfläche erzeugt, diesen in Drehung versetzen und über die Exzenterwelle wiederum einen Generator antreibt.1. Hydropower turbine or expansion machine and method for generating electricity, characterized in that a rotary piston is fed with a fluid at least via one end face of the axis of rotation, which fluid pours through an eccentric shaft and the rotary piston into the expansion chamber and thereby generates pressure on the piston surface, put it into rotation and in turn drives a generator via the eccentric shaft. 2. Wasserzuführung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich Schlitze für die Strömung in der sich drehenden Exzenterwelle und dem sich drehenden Kolben, je nach Drehposition, überdecken und dadurch der Zustrom zur Kolbenkammer gesteuert wird.2. Water supply according to claim 1, characterized in that slots for the flow in the rotating eccentric shaft and the rotating piston, depending on the rotational position, overlap and the inflow to the piston chamber is thereby controlled. 3. Maschine nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass durch die entlang der Drehachse in die Länge gezogenen Bauteile genügend grosse Schlitze vorgesehen werden, um ein möglichst grosses und gleichmässiges Strömungsvolumen durch die gesamte Turbine hindurch zu ermöglichen.3. Machine according to claim 1 and 2, characterized in that sufficiently large slits are provided by the elongated components along the axis of rotation in order to enable the largest possible and most uniform flow volume through the entire turbine. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserkraftturbine den erzeugten Strom über eine gemeinsam mit der PV genutzten Netzeinspeisung abführt.4. The method according to claim 1, characterized in that the hydroelectric turbine dissipates the electricity generated via a grid feed-in shared with the PV. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Stauhöhe im Druckrohr die Drehzahl geregelt wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the speed is controlled via the backwater level in the pressure pipe. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Pumpe durch Rückwärtsdrehen vom Kolben der Einlassfilter vor Verschmutzung gereinigt wird.6. The method according to claim 1, characterized in that the inlet filter is cleaned from contamination as a pump by rotating the piston backwards.