DE102008060230A1

DE102008060230A1 - Kleinstwasserkraftwerk

Info

Publication number: DE102008060230A1
Application number: DE102008060230A
Authority: DE
Original assignee: KHW UMWELTDIENST GmbH
Current assignee: KHW UMWELTDIENST GmbH
Priority date: 2008-12-04
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-06-10
Also published as: BRPI0917042A2; WO2010063838A2; DE202008017269U1; EP2373880A2; CN102239329A; WO2010063838A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kleinstwasserkraftwerk zur Nutzung von Wasserkraft mit einem in Umlaufrichtung laufenden Zugmittel, die an zumindest zwei Umlenkrädern angeordnet ist. Das Kleinstwasserkraftwerk kann genutzt werden, um Wasser von einem höheren Niveau auf ein niedrigeres Niveau zu bringen bzw. eine Strömung zu nutzen und dabei das im Wasser gespeicherte kinetische Potential bzw. die Strömungsenergie in mechanische Leistung zu verwandeln. Dies soll in einer Art und Weise erfolgen, dass keine Verletzungen an durch das Kleinstwasserkraftwerk geleiteten Tieren wie Fischen und Krebsen entstehen. Das Kleinstwasserkraftwerk ist dadurch gekennzeichnet, dass endseitig an der bezüglich der Umlaufrichtung innenliegenden Seite der Leitelemente und an der bezüglich der Umlaufrichtung am weitesten außenliegenden Seiten der Leitelemente sich von diesen empor erstreckende Abschnitte angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kleinstwasserkraftwerk zur Nutzung von Wasserkraft, aufweisend zumindest einem in einer Umlaufrichtung umlaufende Zugmittel, das an zumindest zwei Umlenkrädern angeordnet ist und diese antreibt, einen Zulauf, durch den dem Kleinstwasserkraftwerk Wasser zugeleitet werden kann und einen Leistungsübertragungsbereich, in dem Strömungsenergie bzw. kinetisches Potential des Wassers an mehrere, an dem umlaufenden Zugmittel angeordnete und eine Prallfläche aufweisende Leitelementen übertragen wird.
Ein derartiges Kleinstwasserkraftwerk ist aus der DE 299 12 835 U1 bekannt. Gattungsgemäße Kleinstwasserkraftwerke werden eingesetzt, um aus fließenden oder fallenden Gewässern Leistungen zwischen 5 und 100 kW zu gewinnen. Es wird dabei aus Gründen des Umweltschutzes auf Turbinen verzichtet. Gattungsgemäße Kleinstwasserkraftwerke sollen nämlich auch dort eingesetzt werden können, wo die Umwelt möglichst wenig beeinflusst werden soll. Insbesondere sollen im Wasser lebende Tiere wie z. B. Krebse und Fische das Kleinstwasserkraftwerk möglichst unverletzt passieren können. Dazu ist es einerseits nötig, dass sich die mit dem Wasser in Kontakt tretenden mechanischen Bauteile, insbesondere die Leitelemente, verhältnismäßig langsam bewegen, andererseits muss der kleinste Öffnungsquerschnitt des Kleinstwasserkraftwerkes groß genug sein, damit auch größere Fische nicht in dem Kleinstwasserkraftwerk zerquetscht werden. Noch größere Fische können an einem Rechen abgefangen werden.
Das Kleinstwasserkraftwerk weist einen Zulauf auf, durch den dem Kleinstwasserkraftwerk Wasser zugeleitet werden kann. Es gelangt hierdurch in einen Leistungsübertragungsbereich, in dem die Übertragung der Wasserkraft an das Zugmittel erfolgt. Indem an dem Zugmittel mehrere eine Prallfläche aufweisende Leitelemente angeordnet sind, erzeugt eine in Richtung des umlaufenden Zugmittels verlaufende Strömung und die Gewichtskraft eine in Umlaufrichtung wirkende Kraft auf das Zugmittel. Durch das Zugmittel wird diese in Umlaufrichtung wirkende Kraft auf ein Umlenkrad, an dem die mechanische Leistung abgegriffen werden kann, übertragen. Die mechanische Leistung liegt in Form einer drehmomentbehafteten Umdrehung des Umlenkrades vor.
Kleinstwasserkraftwerke sind technisch gesehen Verdrängereinheiten. In Verdrängereinheiten ist ein Hochdruckraum von einem Niederdruckraum fluiddicht zu trennen und durch das Fluid- in der vorliegenden Erfindung Wasser- ein mechanisches Element in Bewegung zu versetzen. Der Hochdruckraum ist im Falle eines Kleinstwasserkraftwerkes Wasser aus von einem geodätisch höher gelegenen Niveau bzw. einem höheren kinetischen Potential, der Niederdruckraum Wasser auf einem niedrigen Niveau bwz. einem niedrigeren kinetischen Potential. Der Hochdruckraum ist räumlich vom Niederdruckraum zu trennen und das Druckgefälle in eine mechanische Leistung umzuwandeln. Die Trennung und Umwandlung erfolgt im Leistungsübertragungsbereich durch die Leitelemente. Diese werden im Leistungsübertragungsbereich in einem Gehäuse geführt, welches die Leitelemente umschließt. Die Leitelemente wirken zusammen mit dem Gehäuse als Trennung zwischen dem Druckraum und dem Niederdruckraum. Hier muss ein Zielkonflikt zwischen einer reibungsarmen Führung einerseits und einer guten Dichtwirkung andererseits gelöst werden, indem ein Kompromiss gefunden wird. In gattungsgemäßen Kleinstwasserkraftwerken muss zusätzlich das Verletzungspotential für im Wasser befindliche Tiere verringert werden und müssen die beim Betrieb entstehenden Geräuschemissionen reduziert werden.
In Kleinstwasserkraftwerken der oben genannten Art ist das Verletzungspotential für durch das Kleinstwasserkraftwerk geförderte Tiere noch verhältnismäßig hoch. Die Tiere können z. B. in der DE 299 12 835 U1 leicht in den häufig als Ketten ausgebil deten Zugmitteln geraten und verletzt werden. Außerdem geht von den Randbereichen der Leitelemente, in denen sie an dem Gehäuse anliegen, eine erhöhte Einklemmgefahr aus, da hier recht schmale Spalte zwischen relativ zueinander beweglichen Teilen entstehen. Es wird dabei zwischen mitbewegten Teilen und stillstehenden Teilen unterschieden. Zusätzlich können Tiere in dem Bereich des Kleinstwasserkraftwerkes, in dem die Leitelemente in den Leistungsübertragungsbereich eintauchen, zerquetscht werden. Die von gemäß dem Stand der Technik ausgestalteten Kleinstwasserkraftwerken ausgehende Geräuschemission ist darüber hinaus noch zu hoch.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kleinstwasserkraftwerk der oben genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der Wirkungsgrad erhöht und das Verletzungspotential für Tiere, die durch das Kleinstwasserkraftwerk gefördert werden, verringert wird.
Die oben genannte Aufgabe wird ausgehend von einem Kleinstwasserkraftwerk der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass an einer bezüglich der Umlaufrichtung innen liegenden Seite der Leitelemente ein sich von der Prallfläche stromaufärts empor erstreckender Abschnitt angeordnet ist.
Der sich empor erstreckende Abschnitt hat eine Erhöhung der Effizienz der Leitelemente zur Folge, denn das auf die Prallfläche auftreffende Wasser kann in dem innen liegenden Randbereichen von dem hier angeordneten Abschnitt abgefangen werden. Dadurch wird bewirkt, dass die Wassermenge, die in dem Leistungsübertragsbereich in Form von Leckage verloren geht und nicht genutzt werden kann, verringert wird. Dies hat eine Erhöhung des Wirkungsgrades zur Folge.
Die Prallfläche ist eine flächige, in dem Leitelement gebildete ein- oder mehrteilige Fläche, welche unter Druckbeaufschlagungen mit Wasser eine Kraft auf das Zugmittel in Richtung der Druckbeaufschlagung überträgt. Indem in einer innen liegenden Seite der Leitelemente ein sich stromaufwärts erstreckender Abschnitt angeordnet wird, können Tiere nicht so leicht in dem Randbereich des Leitelements eingeklemmt werden. Die Tiere gelangen auf mitbewegte Teile. Es wird somit neben einer Erhöhung des Wirkungsgrades auch eine Verringerung des Verletzungspotentials für Tiere erreicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die bezüglich der Umlaufrichtung rechts und links außen liegende Seiten der Leitelemente ebenfalls einen sich stromaufwärts erstreckenden Abschnitt auf. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Kraftwerkes bei gleichzeitiger Verringerung des Verletzungspotentials für Tiere weiter erhöht, da ein größerer Anteil von Teilen zu den mitbewegten Teilen gehört.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kleinstwasserkraftwerkes sind die bezüglich der Umlaufrichtung innen liegenden Abschnitte an den Leitelementen höher als die in Umlaufrichtung außen liegenden Abschnitte. Vorteilhaft ist die Höhe h_i der innen liegenden Abschnitte so gewählt, dass die innen liegenden Abschnitte eines an einem Umlaufrad befindlichen Leitelements bis an eine Unterseite eines jeweils nachfolgenden Leitelementes ragen. Dadurch wird erreicht, dass an dem Zulauf, die zu befüllenden Leitelemente als gegenseitige Dichtung wirken. Insbesondere wird in diesem Bereich die Menge an Wasser verringert, die in Bereiche des Gehäuses gelangt, in denen das Wasser keine Leistung auf die Leitelemente übertragen kann, insbesondere wird die Menge an Wasser verringert, die auf die rückgeförderte, empor steigenden Leitelemente prallt und diese abbremst. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Kleinstwasserkraftwerkes zusätzlich erhöht. Die Dichtwirkung kann durch das Vorsehen einer zusätzlichen Dichtung aus einem nachgiebigen Material, die an einer oberen Kante der innen liegenden Abschnitte angeordnet ist, zusätzlich erhöht werden.
Der Wirkungsgrad kann weiterhin erhöht werden, wenn gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung um den gesamten Umfang eines Leitelements Abschnitte angeordnet sind, so dass im Zusammenwirken mit den Prallflächen ein nach oben offenes Gefäß gebildet wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind in den Seitenbereichen, die bezüglich der Umlaufrichtung rechts und links von den Leitelementen angeord neten sind, stromaufwärts emporragende Seitenabschnitte ausgebildet, die so ausgestaltet sind, dass diese im Bereich der Umlenkung mit den Unterseiten der jeweils darüber angeordneten Leitelemente im Wesentlichen fluiddicht abschließen.
Mit Leitelementen sind im wesentlichen flächige Elemente gemeint, an denen wie oben beschrieben Abschnitte angeordnet sein können. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Prallfläche und die Abschnitte der Leitelemente aus Kunststoff, wodurch das Gewicht der Leitelemente gering gehalten werden kann. Es hat sich gezeigt, dass eine Verringerung des umlaufenden Gewichts, also eine Verringerung des Gewichts des Zugmittels und der daran angeordneten Leitelemente, sich positiv auf den Wirkungsgrad des Kleinstwasserkraftwerkes auswirkt. Dadurch werden die auf das Zugmittel wirkenden Kräfte reduziert. Außerdem bewirkt eine Gewichtsreduktion der Leitelemente, dass wenn diese quer zu der Umlaufrichtung zu Schwingungen angeregt werden und infolgedessen gegen das Gehäuse schlagen, geringere Reibungskräfte induzieren als schwere Leitelemente.
Eine große Verlustquelle war im Stand der Technik die Leckage an den Außenberandungen der Leitelemente. Die Leitelemente sind an einem Gehäuse, das die Leitelemente zumindest im Leistungsübertragungsbereich eng umschließt, angeordnet und bilden mit dem Gehäuse nach oben offene Behälter aus. Damit zwischen den Leitelementen und dem Gehäuse eine möglichst geringe mechanische Reibung entsteht, sind die Leitelemente von der durch das Gehäuse vorgegebenen Berandung leicht beabstandet. Hier kann das Wasser außerhalb der Leitelemente stromabwärts fließen, ohne dass Wasserkraft auf ein Leitelement übertragen wurde. Allerdings besteht noch die Möglichkeit, dass das verlustig gewordene Wasser an dem jeweils nachgeschalteten Leitelement noch Energie überträgt. Indem an dem Leitelement sich die stromaufwärts weisende Richtung die oben genannten Abschnitte angeordnet werden, ist die mögliche Verlustleistung zumindest in Umlaufrichtung außen und innen liegend reduziert, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird. Weitere Verluste traten zum Beispiel in dem in der DE 299 12 835 U1 offenbarten Wasserkraftwerk dort auf, wo das Zugmittel die Leitelemente durchdrungen hat. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind einem Kleinstwasserkraftwerk zumindest zwei Zugmittel zugeordnet. Diese zwei Zugmittel liegen vorteilhafterweise außerhalb der Leitelemente, besonders bevorzugt sogar außerhalb des Gehäuses.
Eine weitere Verlustquelle entstand regelmäßig bei der Zuführung des Wassers in das Kleinstwasserkraftwerk. In einigen gattungsgemäßen Kleinstwasserkraftwerken, beispielsweise dem in der DE 299 12 835 U1 offenbarten Kleinstwasserkraftwerk, überragten die Leitelemente an ihrem oberen Umkehrpunkt die Wasseroberfläche des höher gelegenen Wasserniveaus und schlugen regelrecht auf das Wasser auf. Hierdurch ergab sich nicht nur eine höhere Geräuschemission an die Umwelt, sondern auch Energieverluste. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Zulauf geodätisch oberhalb des Leistungsaufnahmebereichs angeordnet. Die Leitelemente werden somit stets von oben mit Wasser befüllt, wodurch das Problem der auf die Wasseroberfläche schlagenden Leitelemente aufgehoben wird. Die Leitelemente können sich nun stetig und ruckfrei mit Wasser füllen, ein hartes Auftreffen auf einer Wasseroberfläche erfolgt nicht. Durch diese Maßnahme wird auch das Verletzungspotential der im Wasser befindlichen Tiere verringert, da diese nun nicht mehr von in das Wasser eintauchenden Leitelementen erfasst werden können. Darüber hinaus werden die Geräuschemissionen des Kleinstwasserkraftwerkes verringert.
Wie oben erwähnt ist es vorteilhaft, wenn das Wasser möglichst ruckfrei auf die Leitelemente geleitet wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Zulauf in einem Gehäuseabschnitt so gestaltet, dass sich der Bereich des Zulaufs, der nicht von den Leitelementen erfasst ist, sich stromabwärts verjüngt indem sich ein oberer Gehäuseabschnitt den umlaufenden Leitelementen stromabwärts zunehmend annähert. Vorteilhafterweise geht der sich verjüngende Bereich stetig und kantenfrei in den Leistungsübertragungsbereich über, in dem die Leitelemente in Zusammenwirken mit dem Gehäuseabschnitt einen nach oben offenen Behälter bilden. Durch diese, im Querschnitt sichelförmige Gestaltung des Zulaufs wird ein stetiger Übergang des zugeführten Wasservolumens in die durch die Leitelemente unterteilten Volumina, welche den Leistungsübertragungsbereich ausbilden, gewährleistet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Leitelemente im Querschnitt symmetrisch bezüglich der durch das umlaufenden Zugmittel aufgespannten Ebenen. Hierdurch wird erreicht, dass das auf den Leitelementen ruhende Wasser kein Moment um die Leitelementlängsachse erzeugt, welches sich negativ auf das Zugmittel auswirken würde. Bei dieser Ausgestaltung ist es nicht zwingend notwendig, ein Zugmittel zu verwenden. Dadurch, dass um die Längsachse der Leitelemente kein Moment entsteht, wenn eine Wasserlast auf ihnen ruht, ist die stabilisierende Wirkung eines als Kette ausgestalteten Zugmittels nicht zwingend erforderlich. Es kann also zur Übertragung der Leistung auf die Umlaufräder auch ein Riemen, Band oder ähnliches verwendet werden. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der bei Kettenantrieben in Erscheinung tretende Polygoneffekt nicht auftritt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Leitelemente im Wesentlichen aus vier Teilabschnitten gebildet. Diese können miteinander verschweißt sein, sie können aber auch aus einem ungeformten Blech gebildet sein. Gemäß dieser Ausführungsform bilden je zwei Blechabschnitte die Prallfläche und an dieser sind jeweils endseitig die innen bzw. außen liegenden Abschnitte angeordnet. In der Mitte der Prallfläche sind gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung Mittel zur Durchdringung des Gehäuses durch einen Dichtungsspalt und Anbringung an das umlaufende Zugmittel angeordnet. Zusätzliche Vorteile ergeben sich, wenn diese Mittel zur Anbringung der Leitelemente an das Zugmittel ein einfaches Austauschen der Leitelemente ermöglichen. Dies ist zum einen bei der Montage, zum anderen beim Auswechseln defekter Leitelemente vorteilhaft.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse in dem Dichtungsspalt, in denen die Mittel zur Verbindung der Leitelemente mit dem Zugmittel das Gehäuse durchdringen, eine zusätzliche Dichtung auf, die es den Mitteln zur Anbringung der Leitelemente an dem Zugmittel erlaubt, diese bereichsweise zu durchdringen. Die Dichtung kann durch eine Elastomer-, Kautschuk- oder Gummidichtung gebildet sein. Es wird dadurch erreicht, dass der nach oben offene Behälter, den die Leitelemente im Zusammenwirken mit dem Gehäuse ausbilden, besser abgedichtet ist, so dass eine möglichst große Menge Wasser von einem hö heren auf ein niedrigeres Niveau gebracht werden kann und hierbei die kinetische und potentielle Energie des Wassers auf das Zugmittel übertragen werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Kleinstwasserkraftwerk modular aufgebaut. Es ist vorteilhaft, wenn das Zugmittel und die Leitelemente in beliebiger Länge bzw. Anzahl um standardgemäße Umlenkrollen angeordnet werden können. Mit modularem Gehäuseaufbau ist gemeint, dass es mindestens ein Zulaufmodul gibt, welches den Zulauf ausbildet und eine Anordnung zur Aufnahme einer oberen Umlenkrolle aufweist, und ein oder mehrere Leistungsübertragungsmodule, die im wesentlichen den Leistungsübertragungsabschnitt bilden und ein Ablaufmodul, welches die untere Umlenkrolle aufnimmt und den untersten Gehäuseabschnitt ausbildet. Die am Einsatzort geforderte Höhe des Kleinstwasserkraftwerkes kann durch die Anzahl der Leistungsübertragungsmodule eingestellt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Figurenbeschreibungen. Die in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiele sind nicht als die Erfindung einschränkend anzusehen, vielmehr sollen hier mögliche Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Kleinstwasserkraftwerkes verdeutlicht und weitere Vorteile der Erfindung aufgezeigt werden. In den Figuren zeigen:
1: In perspektivischer Darstellung ein Kleinstwasserkraftwerk mit in einem Zulauf und einem Leistungsübertragungsbereich angeordneten Leitungselementen, die mit einem umlaufenden Zugmittel verbunden sind,
2: eine schematische Seitenansicht eines Schnittes durch ein Kleinstwasserkraftwerk,
3: eine vergrößerte Ansicht des in 2 mit „x” markierten Bereichs, die ein Leitelement in der geschnittenen Seitenansicht zeigt, und
4: in perspektivischer Darstellung ein Kleinstwasserkraftwerk mit gegenüber den in 1 gezeigtem Ausführungsbeispiel modifizierten Leitelementen mit Seitenabschnitten.
1 zeigt in perspektivischer Darstellung ein Kleinstwasserkraftwerk 10 mit einem Zulauf 28, einem Leistungsübertragungsbereich 30 in einem teilweise geöffneten Gehäuse 26, das den Blick auf in dem Gehäuse 26 angeordnete Leitelemente 14 freigibt. Im Gebrauch wird das Gehäuse 26 des Kleinstwasserkraftwerkes 10 auch an der in 1 nach links weisenden Seite eine Abdeckung aufweisen.
Die Leitelemente 14 sind an einem Zugmittel 24 angeordnet, welche um eine obere Umlenkrolle 34 und eine untere Umlenkrolle 36 in einer Umlaufrichtung angeordnet ist. Im Bereich der oberen Umlenkrolle 34 sind nicht dargestellte Mittel zur Aufnahme einer mechanischen Leistung angeordnet, welche in Form einer Drehzahl n und eines Drehmomentes M abgegriffen werden kann. Die mechanische Leistung wird nutzbar gemacht, indem damit beispielsweise ein elektrischer Generator betrieben wird. Hier können im Stand der Technik verfügbare Mittel eingesetzt werden, beispielsweise Kupplungen, Bremsen und Getriebe, welche die Drehzahl des Generators an die Umlaufgeschwindigkeit der Umlenkrollen 34, 36 gewährleisten und mit denen das Kleinstwasserkraftwerk im Notfall und zu Wartungszwecken auch angehalten werden kann.
In 1 erkennt man, dass die Leitelemente 14 eine Prallfläche 16 aufweisen, die im Wesentlichen aus zwei ebenen Prallflächenabschnitten gebildet sind. Die zwei Prallflächenabschnitte können eben sein. Hierdurch wird ein einfacher Aufbau und somit eine einfache Montage gewährleistet. Die Prallflächenabschnitte können alternativ auch konkav geformt sein. Eine konkave Formgebung hat den Vorteil, dass ein kantenfreier Übergang von dem einen Prallflächenabschnitt in den anderen Prallflächenabschnitt gebildet werden kann.
Entgegen der Strömungsrichtung, also stromaufwärts und in 1 nach oben weisend, sind der Prallfläche 16 zwei Abschnitte 18, 20 zugeordnet. Der innen liegende Abschnitt 18, also der Abschnitt 18, der bezüglich einer Umlaufrichtung des Zugmittels 24 stets innen liegt, ist dabei erkennbar höher als der außen liegende Zugmittels 24 stets innen liegt, ist dabei erkennbar höher als der außen liegende Abschnitt 20. Hierdurch wird erreicht, dass in einem oberen Bereich, in dem die Leitelemente 14 gerade auf der Umlenkrolle 34 anliegen, die innen liegenden Abschnitte 18 mit den jeweiligen darüber angeordneten, nachfolgenden Leitelementen eine Dichtung ausbilden, so dass Wasser aus dem Zulauf 28 nur auf die stromaufwärtige Seite der Leitelement 14 und nicht etwa in andere Gehäuseabschnitte gelangen kann.
Nachdem Wasser im Zulauf 28 auf die Leitelemente 14 geleitet worden ist, beschwert es diese mit seinem Gewicht und drängt diese in Richtung der Erdbeschleunigung g nach unten. Dabei wird das mit den Leitelementen 14 verbundene Zugmittel 24 mit einer Umfangskraft belastet. Die Umfangskraft bewirkt eine Rotation der Umlenkrolle 34, 36. Der Bereich, in dem der Großteil des Wasservolumens den Aufbau der umfangsgerichteten Kraft auf das Zugmittel 24 bewirkt, wird als Leistungsübertragungsbereich 30 bezeichnet.
Wie in 1 erkennbar, sind die Leitelemente 14 innerhalb des Gehäuses 26 angeordnet. Die Umlenkrollen 34, 36 und die Zugmittel 24 sind außerhalb des Gehäuses 26 angeordnet. Die Leitelemente 14 sind mit den Zugmitteln 24 mechanisch verbunden. Die mechanische Verbindung durchdringt dabei einen Dichtungsspalt 12 des Gehäuses 26. In dem Dichtungsspalt 12 kann eine Gummidichtung aber auch eine Labyrinth-Dichtung vorgesehen sein. Die Dichtung in der Dichtungsspalte 12 bewirkt, dass Wasser nicht aus den Zulauf bzw. den Leistungsübertragungsbereichs 30 durch das Gehäuse 26 nach außen treten kann.
Mit Dichtung im Dichtungsspalt 12 ist nicht gemeint, dass hier eine völlige fluiddichte Trennung des Leistungsbereichs 30 von dem Außenbereich des Gehäuses 26 erfolgt. Eine derartige Dichtung hätte zu hohe Reibungen der Verbindungen zwischen den Leitelementen 14 und den Zugmitteln 24 an der Dichtung zufolge, was unerwünscht ist. Eine gewisse Leckage wird durchaus in Kauf genommen.
Vorteilhaft ist das Gehäuse 26 modular aufgebaut. Die mit 1 gezeigten Ausführungsbeispiele weist das Gehäuse 26 ein Zulaufmodul 38, drei Leistungsübertra gungsmodule 40 und ein Ablaufmodul 42 auf. Der am Aufbauort des Kleinstwasserkraftwerkes 10 vorhandene Niveauunterschied zwischen einer oberen Wasserfläche und einer unteren Wasserfläche kann in optimaler Weise genutzt werden, in dem mehr oder weniger Leistungsübertragungsmodule 40 zum Ausgleich des Höhenunterschiedes verbaut werden.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich der Ablauf 32 auf der gleichen Seite wie der Zulauf 28. Je nach dem, wo das Kleinstwasserkraftwerk 10 eingesetzt wird, kann der Ablauf 32 jedoch auch auf der dem Zulauf 28 gegenüberliegende Seiten des Kleinstwasserkraftwerkes 10 erfolgen. Weiterhin ist der 1 zu entnehmen, dass der Zulauf 28 in einem teilweise sichelförmig zulaufenden Bereich 46 in den Leistungsübertragungsbereich 30 übergeht.
2 zeigt in einer Schnittansicht ein Kleinstwasserkraftwerk 10 mit einem umlaufenden Zugmittel 24 und daran angeordneten Leitelementen 16. Der teilweise sichelförmige Bereich 46 des Zulaufs ist in 2 in einer gepunkteten Fläche hervorgehoben. Durch einen Zulauf 28 kann Wasser in das Kleinstwasserkraftwerk 10 eingeleitet werden. Im Leistungsübertragungsbereich 30 erfolgt die Umwandlung der kinetischen Energie des Wassers in eine mechanische Leistung. Nachdem im Bereich des Zulaufs 28 die Leitelemente 14 von oben mit Wasser geflutet wurden, bilden die Leitelemente 14 im Zusammenwirken mit dem Gehäuse 26 einem im Wesentlichen wasserdichten Behälter, auf den die Strömungskraft bzw. die Gewichtskraft des Wassers wirkt. In 2 ist gut erkennbar, dass die Höhe h_i der innen liegenden Abschnitte 18 größer ist als die Höhe h_a der außen liegenden Abschnitte 20. Die Höhe h_i ist dabei so gewählt, dass die Oberkante der innen liegenden Abschnitte 18 im Bereich der Umlenkrollen 34, 36 die jeweils darüber liegenden Leitelemente 14 nahezu berühren. Dies hat den Vorteil, dass im Bereich der oberen Umlenkrolle 36 zugeleitetes Wasser nur auf die Leitelemente 14 und nicht in das sonstige umliegende Gehäuse 26 gelangt.
In 2 ist der Radius r_i zwischen einer Rotationsachse der oberen Umlenkrolle 34 und der durch die innen liegende Begrenzung der Leitelemente während des Betriebs beschriebenen Bewegungsbahn angegeben. Zusätzlich ist der Abstand a zwi schen zwei Leitelementen in einem Abschnitt, in dem die Leitelemente translatorisch bewegt werden, mit dem Buchstaben a bemaßt. Die Höhe des Abschnitts h_i muss dabei an einen inneren Radius r_i und in Abstand a zwischen den Leitelementen 14 angepasst sein, damit die inneren Abschnitte im Bereich der Umlenkrolle 34, 36 mit den Unterseiten der jeweils nachfolgenden Leitelementen abschließen.
3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung den mit „x” gekennzeichneten Bereich aus 2. In der Vergrößerung ist erkennbar, dass die Leitelemente 14 in den Bereichen, in denen die die Prallfläche 16 ausbildenden Flächenabschnitte in die Abschnitte 18, 20 übergehen, abgerundet sein können. Bei der Verwendung eines umgeformten Bleches kann diese Abrundung in einem Umformschritt bereitgestellt werden. In einer alternativen Ausführungsvariante können die Leitelemente vollständig oder nur zum Teil aus Kunststoff gebildet sind.
4 zeigt in einer perspektivischen Darstellung ein Kleinstwasserkraftwerk 10 mit gegenüber dem in 1 gezeigten Kleinstwasserkraftwerk 10 modifizierten Leitelementen 14. Die Leitelemente 14 weisen neben den Abschnitten 18, 20 auch in bezüglich der Umlaufrichtung rechts und links liegenden Seiten der Prallflächen 16 emporragende Seitenabschnitte 44 auf. Es kann dadurch erreicht werden, dass durch den Zulauf 28 auf die Leitelemente 14 geleitetes Wasser in den Leitelementen 14 bleibt und nicht in den Bereich der rückkehrenden Leitelemente 14 gelangen kann. Es wird durch diese Maßnahme die Leckage verringert. Auf den ersten Blick betrachtet mag es eigentümlich erscheinen, dass im Bereich der Umlenkrollen die Leitelemente zusätzlich seitlich abgedichtet werden, da die Leitelemente im Zusammenwirken mit dem Gehäuse 26 ohnehin schon einen nach oben offenen, nach unten jedoch im Wesentlichen geschlossenen Behälter bilden. Es hat sich jedoch überraschenderweise gezeigt, dass durch die Anordnung der oben genannten Seitenabschnitte der Wirkungsgrad des Kleinstwasserkraftwerkes 10 weiter erhöht werden kann, denn es gelangt einerseits mehr Wasser in den Leistungsübertragungsbereich 30 und wird effektiv genutzt, andererseits kann Leckage nicht von oben auf die rückkehrenden, hochgeförderten Leitelemente 14 treffen und diese abbremsen. Zusätzlich wird der Anteil an mitbewegten Teilen erhöht, was das Verletzungspotential für Tiere verringert.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kleinstwasserkraftwerkes ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen. Diese können, sofern sich keine widersprechenden Angaben ergeben, in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden, und weitere Vorteile der Erfindung aufzeigen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 29912835 U1 [0002, 0005, 0015, 0016]

Claims

Kleinstwasserkraftwerk (10) zur Nutzung von Wasserkraft, aufweisend – zumindest ein in einer Umlaufrichtung umlaufendes Zugmittel (24), die an zumindest zwei Umlenkrädern (34, 36) angeordnet ist und diese antreibt, – einen Zulauf (28), durch den dem Kleinstwasserkraftwerk (10) Wasser zugeleitet werden kann, – einen Leistungsübertragungsbereich (30), in dem Strömungsenergie bzw. kinetische Potential des Wassers an mehrere, an das umlaufenden Zugmittel (24) angeordnete und eine Prallfläche (16) aufweisende Leitelementen (14) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass – an einer bezüglich der Umlaufrichtung innen liegenden Seite der Leitelemente (14) ein sich von der Prallfläche (16) stromaufwärts empor erstreckende Abschnitte (18) angeordnet ist.
Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin an der bezüglich der Umlaufrichtung außen liegenden Seite der Leitelemente (14) ein sich von der Prallfläche (16) stromaufwärts empor erstreckende Abschnitt (18, 20) angeordnet ist, wobei der außen liegenden Abschnitt (18) 20 bis 50 Prozent weniger weit von der Prallfläche (16) emporragt als der in Umlaufrichtung innen liegende Abschnitt (20).
Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe (h_i) der innen liegenden Abschnitte (18) so gewählt ist, dass die innen liegenden Abschnitte (18) eines an einem Umlaufrad (34, 34) befindlichen Leitelements (14) im Zusammenwirken mit einer Unterseite eines jeweils nachfolgenden Leitelements (14) im wesentlichen fluiddicht abschließt.
Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an einer oberen Kante der innen liegenden Abschnitte (18), mit dem diese im Zusammenwirken mit einer Unterseite eines jeweils nachfolgenden Leitelements (14) im wesentlichen fluiddicht abschließt, eine Dichtung aus einem nachgiebigen Material vorgesehen ist.
Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (28) geodätisch oberhalb des Leistungsaufnahmebereichs (30) angeordnet ist, so dass die Leitelemente (14) stets von oben mit Wasser befüllt werden.
Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Wand des Gehäuses (26) im Bereich des Zulaufs (28) zunehmend den umlaufenden Leitelementen (14) annähert.
Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsübertragungsbereich (30) vertikal verläuft.
Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement (24) außerhalb des Gehäuses (26) in einem Zugmittellaufbereich geführt ist, die Umlenkräder (34, 36) außerhalb des die Leitelemente (14) umschließenden Gehäuseteils angeordnet sind und eine umlaufende Dichtung zumindest den Leistungsübertragungsbereich (30) von dem Zugmittellaufbereich trennt.
Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als zwei als Ketten ausgebildete Zugmittel (24) aufweist.
Kleinstwasserkraftwerk (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Leitelementen (14) die Prallflächen (16) in einer Abrundung in die Abschnitte (18, 20) übergehen.
Kleinstwasserkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin bezüglich der Umlaufrichtung rechts und links von den Leitelementen (14) angeordneten Seitenabschnitte (44) angeordnet sind, die so ausgestaltet sind, dass diese im Bereich der Umlenkung mit einer Unterseite eines darüber angeordneten Leitelements (14) im Wesentlichen fluiddicht abschließen.