DE102012104690B4

DE102012104690B4 - Einrichtung zur Energieerzeugung unter Nutzung der Auftriebskraft

Info

Publication number: DE102012104690B4
Application number: DE102012104690.5A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2020-11-05
Anticipated expiration: 2032-06-01
Also published as: DE202011050318U1; DE102012104690A1

Abstract

Einrichtung zur Energieerzeugung unter Nutzung der Auftriebskraft, mit einem flüssigkeitsgefüllten Behälter,- in welchem mehrere einseitig offene Auftriebselemente an einem in einer Umlaufrichtung umlaufbaren Triebelement befestigt sind, welches eine obere Umlenkung mit einer ersten Welle und eine untere Umlenkung mit einer zweiten Welle aufweist, wobei die erste und/oder zweite Welle mit Mitteln zur Energieerzeugung wirkverbunden ist/sind und- wobei die Auftriebselemente zumindest eine entgegen der Umlaufrichtung weisende Öffnung besitzen und die Auftriebselemente im Bereich der unteren Umlenkung über ihre Öffnung mit einem über eine Zuführung in den Behälter zuführbaren Auftriebsmedium füllbar sindunddass das Auftriebsmedium über eine Zuführung in Form wenigstens eines Kammersystems in den Behälter geführt wird und dass das Kammersystem einen Schieber aufweist, der an eine Durchströmöffnung des Behälters angrenzt und durch welchen die Durchströmöffnung freigebbar und verschließbar ist, wobei eine an den Schieber angrenzende Kammer vorgesehen ist, in welcher ein Kolben verschiebbar angeordnet ist derart, dass- bei geschlossenem Schieber und die Kammer freigegebenen Kolben in die Kammer Auftriebsmedium einbringbar ist,- anschließend der Schieber die Durchströmöffnung des Behälters freigibt, wodurch über die Durchströmöffnung in die Kammer Flüssigkeit aus dem Behälter strömt und Auftriebsmedium aus der Kammer in den Behälter gelangt unddass entwedero der Kolben die in der Kammer befindliche Flüssigkeit über die Durchströmöffnung in den Behälter mit einer Vorhubbewegung zurückpresst und anschließend der Schieber wieder die Durchströmöffnung des Behälters verschließt und bei einer Rückhubbewegung des Kolbens die Kammer wieder mit Auftriebsmedium befüllt wirdodero dass der Schieber die Durchströmöffnung verschließt und die Flüssigkeit aus der Kammer über einen Ablauf strömt und die Kammer mit Auftriebsmedium befüllt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Energieerzeugung unter Nutzung der Auftriebskraft nach dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruchs.
Aus der Druckschrift DE 10 2008 016 009 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie durch die Auftriebskraft in einer flüssigen Substanz oder Fallkraft in der Luft bzw. einer anderen gasförmigen Substanz bekannt. Mit einem Deckel verschlossene Behälter, die einen flachen Boden aufweisen, werden über eine Rohrleitung, die vom oberen Ende des Behälters in den Behälter reicht mit Luft gefüllt, worauf sich der Deckel schließt und die Behälter durch die Auftriebskraft nach oben steigen. Die Behälter sind an einem Riemenantrieb befestigt, der über ein oberes und ein unteres Rad umgelenkt wird. Der Füllvorgang erfolgt bei jedem Gefäß, welches das untere Rad umkreist hat. Die Drehenergie wird zum Antrieb eines Generators übertragen.
Nachteil dieser Lösung ist die Verwendung von Behältern mit Deckel und flachem Boden, da diese durch den flachen Boden und den Deckel im geöffneten Zustand einen erhöhten Strömungswiderstand verursachen und einen größeren konstruktiven Aufwand darstellen. Weiterhin ist ebenfalls nachteilig, dass jeder Behälter zur separaten Luftzuführung mit einem entsprechenden Anschluss und Ventil versehen sein muss. Dies erfordert einen erhöhten Wartungsaufwand und vergrößert die Störanfälligkeit.
Die Druckschrift EP 1 566 542 A1 offenbart einen Auftrieb-nutzenden Generator, mit einem vertikal stehenden zylindrischen Turm, in welchem eine Flüssigkeit gespeichert ist. Des Weiteren weist der Generator ein Fördermittel auf, das sich in Form einer Schleife im Inneren des Turms vertikal erstreckt, so dass das Fördermittel vertikal umlaufen kann. An der Außenseite des Fördermittels sind mehrere Becher angeordnet, wobei die Öffnungen der Becher in einer zur Umlaufrichtung des Fördermittels entgegengesetzten Richtung weisen.
In die Becher kann ein Gas in Form von Blasen eingeleitet werden. Der Generator ist mit einer Welle mit dem Fördermittel verbunden.
Nachteilig an dem offenbarten Generator ist der komplizierte Aufbau und die vielen benötigten Teile.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Energieerzeugung unter Nutzung der Auftriebskraft zu entwickeln, welche einen einfachen konstruktiven Aufbau mit geringem Strömungswiderstand aufweist und funktionssicher arbeitet.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Einrichtung,
2 eine Variante der Zuführeinrichtung in Form eines Kammersystems in der Ausgangsstellung,
3 das Kammersystem mit zurückgefahrenem Kolben,
4 das Kammersystem mit geöffnetem Schieber zum zuführen der Luft,
5 das Kammersystem mit vorfahrendem Kolben und geöffnetem Schieber,
6 eine Variante ohne Kolben, bei welcher der Schieber nach der Luftzuführung schließt und das Wasser dann durch eine Ausgangsleitung aus der Kammer fließt.

Die 1 zeigt eine Einrichtung zur Energieerzeugung, welche einen flüssigkeitsgefüllten Behälter 1 aufweist. Die Flüssigkeit ist bevorzugt Wasser. In dem Behälter 1 sind mehrere Auftriebselemente 2 angeordnet und in einem Abstand zueinander an wenigstens einem umlaufbaren Triebelement 3 befestigt und somit über dieses untereinander gekoppelt. Das Triebelement 3 ist beispielsweise ein Riemen, eine Kette oder dergleichen und weist eine obere Umlenkung 4 mit einer ersten Welle 5 und eine untere Umlenkung 6 mit einer zweiten Welle 7 auf. Die erste und/oder zweite Welle 5, 7 sind mit Mitteln zur Energieerzeugung, vorzugsweise einem hier nicht dargestellten Generator, wirkverbunden.
Die Öffnung 2.1 jedes Auftriebselementes 2 weist entgegen der Umlaufrichtung. Das sich im Bereich der unteren Umlenkung 6 befindliche Auftriebselement 2 wird, sobald dessen Öffnung 2.1 nach unten geneigt ist, über eine sich im Boden 1.1 des Behälters befindliche Zuführung 8 mit einem Auftriebsmedium in Form von Luft L befüllt, die durch die Zuführung 8 nach oben steigt. Um abzusichern, dass sich die Luft im Auftriebskörper sammelt befindet sich über der Zuführung 8 ein nach unten und oben offenes Leitelement 9, welches sich nach oben verjüngt und unter die Öffnung 2.1 des unteren gerade umgelenkten Behälters 2 ragt, so dass das zugeführte Auftriebsmedium in die Öffnung 2.1 des zu füllenden Auftriebskörpers 2 geleitet wird.
Die Auftriebselemente 2 weisen bevorzugt gegenüber der Öffnung 2.1 einen konvex gekrümmten Boden 2.2 auf und sind napfartig und insbesondere rotationssymmetrisch ausgebildet. Dadurch wird ein hervorragendes Strömungsverhalten gewährleistet.
Durch die sich mit Luft füllenden Auftriebskörper 2 steigen diese im Wasser nach oben, wobei auch deren Boden 2.2 nach oben weist. Dabei addieren sich die Auftriebskräfte F1 bis F6 der in 1 auf der linken Seite angeordneten und nach oben steigenden Auftriebskörper 2. Gelangt ein Auftriebskörper 2 in den Bereich der oberen Umlenkung 4 wird dieser zunächst schräg gestellt, so dass die Luft L nach oben entweicht und dann insgesamt um 180° gedreht, so dass der Boden 2.2 nach unten und die Öffnung 2.1 nach oben weist. Durch die Auftriebskraft laufen somit die Auftriebskörper 2, die am Triebelement befestigt sind um und durch das Triebelement werden die Wellen 5, 7 angetrieben. Die Wellen 5, 7 (eine oder beide) sind mit einem Generator über ein Untersetzungsgetriebe gekoppelt (nicht dargestellt). Wird Luft in die Auftriebskörper 2 gefüllt wird durch deren Umlaufen am Generator Strom erzeugt.
Erfindungsgemäß wird das Auftriebsmedium über eine Zuführung 8 in Form wenigstens eines Kammersystems 10 in den Behälter 1 durch dessen Boden 1.1 geführt.
Eine konstruktive Variante ist in den 2 bis 5 in unterschiedlichen Arbeitstakten dargestellt.
In dem Boden 1.1 des Behälters, der hier ausschnittsweise dargestellt ist, befindet sich eine Durchströmöffnung 1.2. Unter dieser ist ein vertikal verschiebbarer plattenartiger Schieber 11 angeordnet, durch welchen die Durchströmöffnung 1.2 freigebbar und verschließbar ist. Unter dem Schieber 11 ist eine Kammer 12 vorgesehen, in welcher ein Kolben 13 verschiebbar angeordnet ist. Die Kammer 13 weist im Bereich der Durchströmöffnung 1.1 eine obere Öffnung 14 auf.
2 zeigt die Ausgangsstellung, in welcher keine Luft in den Behälter geleitet wird. Dabei verschließt der Schieber 11 die Durchströmöffnung 1.2 und die obere Öffnung 14 der Kammer 12. Der Kolben 13 befindet sich in seiner hinteren Endposition.
Nun vollführt der Kolben 13 in Pfeilrichtung einen Rückhub, so dass die Kammer 12 freigegeben wird und in diese über eine Zuführbohrung 15 Luft einströmt.
Ist gemäß 3 die Kammer 12 mit Luft L gefüllt, wird die Luftzufuhr z.B. mit einem nicht dargestellten Ventil geschlossen und der Schieber 11 in Pfeilrichtung bewegt und dadurch die Durchströmöffnung 1.2 und die obere Öffnung 14 der Kammer 12 freigegeben, wodurch gemäß 4 das Wasser in die Kammer 12 strömt und die Luft L aus der Kammer 12 in den Behälter nach oben steigt.
Nach Abschluss dieses Vorganges ist die Kammer 12 mit Wasser gefüllt. Um das Wasser aus der Kammer 12 zu entfernen und wieder in den Behälter zurückzudrücken wird der Kolben 13 mit einer Vorhubbewegung in die Kammer 12 geschoben, so dass das Wasser W nach oben in den Behälter gedrängt wird. Nach Abschluss dieses Vorganges befindet sich der Kolben 13 wieder in seiner Position gem. 2 und der Schieber 11 wird ebenfalls wieder in seine Ausgangsposition gem. 2 bewegt.
Aus allen Darstellungen 2 bis 5 ist ersichtlich, dass über der Durchströmöffnung 1.2 das Leitelement 9 angeordnet ist, in welchem die Luft L durch das Wasser W nach oben geführt und gesammelt wird und dann in einen Auftriebsbehälter gelangt.
Gemäß eines nicht dargestellten Ausführungsbeispieles kann der Schieber 11 auch im Behälter angeordnet sein und die Durchströmöffnung von oben verschließen und freigeben.
Weiterhin ist es gemäß 6 möglich, das Wasser W aus der Kammer 12 nicht in den Behälter zurückzudrücken sondern nach dem Schließen der Durchströmöffnung 1.2 aus der Kammer über eine Ausflussleitung 16 abzuleiten oder abzupumpen (beispielsweise in den Behälter zurück) und gleichzeitig über die Zuführbohrung 15, deren Ventil geöffnet ist, Luft anzusaugen. In diesem Fall ist kein Kolben erforderlich. Ist die Kammer 12 mit Luft L gefüllt wird das entsprechende nicht dargestellte Ventil geschlossen. Nun wird der Schieber 11 verfahren und dadurch die Durchströmöffnung 1.2 freigegeben, wodurch das Wasser in die Kammer 12 strömt (die Abflussleitung 16 ist dabei geschlossen) und die Luft in dem Behälter nach oben steigt und sich in einem Auftriebskörper (hier nicht dargestellt) sammelt. Nun wird die Durchströmöffnung 1.2 mit dem Schieber 11 wieder geschlossen und die Abflussleitung 16 geöffnet und das in der Kammer 12 befindliche Wasser abgelassen und so weiter. Gemäß der vorgenannten Varianten wird somit die Luft L durch das Wasser W welches mit dem Gewicht der Wassersäule in die Kammer 12 strömt, in den Behälter eingebracht. Der Schieber 1 kann auf einem Fluidfilm oder einem anderen Lager laufen, so dass die Reibung sehr gering ist und muss in der geschlossenen Position zum Behälter bzw. der Kammer entsprechend abdichten.
Alternativ ist es möglich an der Unterseite des Behälters eine rotierende Scheibe mit Durchbrüchen anzuordnen und unter dem Behälter eine mit Druckluft befüllte Kammer, die in Richtung zum Behälter offen ist. Selbstverständlich weist der Behälter auch in diesem Fall in seinem Boden einen Durchbruch auf, über welchen die Luft einströmen kann. Die Scheibe kann innerhalb des Behälters oder außerhalb des Behälters am Behälterboden angeordnet werden. Immer wenn sich dann ein Durchbruch der rotierenden Scheibe über der Kammeröffnung und im Bereich des Durchbruchs im Behälterboden befindet, strömt Luft in den Behälter und füllt einen oder mehrere Auftriebskörper. Die Rotation der Scheibe und der Auftriebskörper kann gekoppelt sein, so dass über den Durchbruch der Scheibe immer die Luftzufuhr aus der Kammer freigegeben wird, wenn sich ein Auftriebskörper in seiner unteren Position und mit seiner Öffnung über der Kammeröffnung bzw. der darüber befindlichen Öffnung in der Scheibe befindet. Die Anzahl der Durchbrüche in der Scheibe entspricht dann der Anzahl der Auftriebskörper. Alternativ können auch immer zwei sich in der unteren Position befindliche Auftriebskörper befüllt werden, dann entspricht die Anzahl der Durchbrüche in der Scheibe der Hälfte der Auftriebskörper.
Es ist beispielsweise möglich, die Einrichtung in Kühlwassertürmen zu betreiben. Zu Wartungszwecken sollte es möglich sein die Einrichtung aus dem Wasser zu heben.
Durch die erfindungsgemäße Anlage wird die Energieerzeugung durch das neuartige Auftriebskraftwerk revolutioniert, da das System mit einem sehr hohen Wirkungsgrad und nahezu wartungsfrei arbeitet.

Claims

Einrichtung zur Energieerzeugung unter Nutzung der Auftriebskraft, mit einem flüssigkeitsgefüllten Behälter, - in welchem mehrere einseitig offene Auftriebselemente an einem in einer Umlaufrichtung umlaufbaren Triebelement befestigt sind, welches eine obere Umlenkung mit einer ersten Welle und eine untere Umlenkung mit einer zweiten Welle aufweist, wobei die erste und/oder zweite Welle mit Mitteln zur Energieerzeugung wirkverbunden ist/sind und - wobei die Auftriebselemente zumindest eine entgegen der Umlaufrichtung weisende Öffnung besitzen und die Auftriebselemente im Bereich der unteren Umlenkung über ihre Öffnung mit einem über eine Zuführung in den Behälter zuführbaren Auftriebsmedium füllbar sind und dass das Auftriebsmedium über eine Zuführung in Form wenigstens eines Kammersystems in den Behälter geführt wird und dass das Kammersystem einen Schieber aufweist, der an eine Durchströmöffnung des Behälters angrenzt und durch welchen die Durchströmöffnung freigebbar und verschließbar ist, wobei eine an den Schieber angrenzende Kammer vorgesehen ist, in welcher ein Kolben verschiebbar angeordnet ist derart, dass - bei geschlossenem Schieber und die Kammer freigegebenen Kolben in die Kammer Auftriebsmedium einbringbar ist, - anschließend der Schieber die Durchströmöffnung des Behälters freigibt, wodurch über die Durchströmöffnung in die Kammer Flüssigkeit aus dem Behälter strömt und Auftriebsmedium aus der Kammer in den Behälter gelangt und dass entweder o der Kolben die in der Kammer befindliche Flüssigkeit über die Durchströmöffnung in den Behälter mit einer Vorhubbewegung zurückpresst und anschließend der Schieber wieder die Durchströmöffnung des Behälters verschließt und bei einer Rückhubbewegung des Kolbens die Kammer wieder mit Auftriebsmedium befüllt wird oder o dass der Schieber die Durchströmöffnung verschließt und die Flüssigkeit aus der Kammer über einen Ablauf strömt und die Kammer mit Auftriebsmedium befüllt wird.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Kammer über den Ablauf abgeführte Medium wieder dem Behälter zuführbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber vertikal oder horizontal bewegbar ist und/oder dass der Kolben vertikal oder horizontal bewegbar ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchströmöffnung in der Wand oder im Boden des Behälters angeordnet ist und dass im Behälter im Bereich der Durchströmöffnung ein Leitelement angeordnet ist, mittels welchem das zugeführte Auftriebsmedium unter die Öffnung des zu füllenden Auftriebskörpers geleitet wird.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitelement sich nach oben verjüngt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung eines Auftriebselementes in Richtung zum Boden eines weiteren Auftriebselementes weist, dass der Boden des Auftriebselements im Wesentlichen halbkugelförmig gekrümmt ist und dass sich an den Boden ein im Wesentlichen zylindrischer Wandabschnitt anschließt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftriebsmedium Luft und die im Behälter befindliche Flüssigkeit Wasser ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und/oder der zweiten Welle und den Mitteln zur Energieerzeugung wenigstens eine Getriebeeinheit angeordnet ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einem Kühlwasserturm, insbesondere in einem Kühlwasserturm einer abgeschalteten Industrieanlage wie einem Kernkraftwerk oder einem Kohlekraftwerk oder dergleichen, betreibbar ist und dass als Mittel zur Energieerzeugung die im abgeschalteten Kraftwerk vorhandenen Mittel (Generator) verwendet werden und somit das Kraftwerk weiter betreibbar ist.