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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine in strömende Binnengewässer oder
Meeresgewässer
einbringbare und dort festlegbare Anordnung mit einer vom strömenden Wasser
rotierend antreibbaren Einrichtung.
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In
Binnengewässern
sind derartige Anordnungen beispielsweise als Turbinenräder bekannt, die
der Umwandlung der Strömungsenergie
in entweder mechanische Energie oder elektrische Energie dienen.
In Meeresgewässern
sind derartige Anordnungen in Form von Gezeiten-Kraftwerken oder
in Form von unter der Meeresoberfläche angeordneten Propellerflügeln, vergleichbar
mit Windanlagen, bekannt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer derartigen Anordnung
die vom strömenden Wasser
rotierend antreibbare Einrichtung in der Weise auszugestalten, dass
sie nicht nur zur Energieumwandlung, sondern auch für weitere
Anwendungen in Binnen- und Meeresgewässern einsetzbar ist.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind bei einer derartigen Anordnung die im Anspruch
1 angegebenen Merkmale vorgesehen.
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Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist
nicht nur eine Anordnung erreicht, die zur Umwandlung der Einergie
des strömenden
Wassers in mechanische oder elektrische Energie in wesentlich vielfältigerer
und einfacherer Weise an einer Vielzahl von Orten an Binnengewässern oder
Meeresgewässern
einsetzbar ist, sondern auch solche Anordnungen, die bei der Beseitigung
von Gewässerverschmutzungen
einschl. Ölverschmutzungen
sowie bei der Umlenkung von beispielsweise Küstengebiete gefährdende
schädliche
Meeresströmungen
einsetzbar ist.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des Förderelementes
ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruchs 2 bzw. 3.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Anströmelemente
an der Förderkette
oder am Förderseil
bzw. am Förderband
ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruchs 4 bzw. 5, wonach jeweils
eine einfach herzustellende konstruktive Ausgestaltung der beweglichen
Anströmelemente
erreicht ist. Die Flügel werden
in Anströmrichtung
aufgestellt und die flexiblen Taschen werden in Anströmrichtung
gefüllt
und bilden jeweils die Antriebselemente, während sie sich entgegen der
Anströmrichtung
anlegen bzw. flach falten und so einen äußerst geringen Widerstand gegen die
Strömung
bilden. Eine Optimierung hierzu ergibt sich aus den Merkmalen des
Anspruchs 6.
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In
vorteilhafter Weise sind die Merkmale nach Anspruch 3 vorgesehen,
wobei der Abstand der Walzen und deren Längen nahezu beliebig sein können.
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Sind
die Merkmale nach Anspruch 8 und/oder 9 vorgesehen, ist die Anordnung
bzw. deren Einrichtung für
alle vorgenannten Anwendungen einsetzbar.
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Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel sind
die Merkmale nach Anspruch 10 und/oder 11 vorgesehen, was bedeutet,
dass eine sehr einfache Möglichkeit
für den
Einsatz als Anordnung zur Energieumwandlung gegeben ist. Dies deshalb,
weil das Einbringen und Halten einer derartigen Anordnung in horizontaler
Position wesentlich weniger aufwendig ist, als dies bei vertikaler
Positionierung der Fall ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen bezüglich Lage
und Erhöhung
des Wirkungsgrades ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruchs
12 bzw. denen des Anspruchs 13 und/oder 14.
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Sind
die Merkmale nach Anspruch 15 vorgesehen, kann die Einrichtung entsprechend
einer sich ändernden
Strömungsrichtung
durch Verschwenken nachfolgen und sich in die jeweilige Richtung
stellen, was beim Einsatz in Gebieten von Vorteil ist, in denen sich
die Richtung der Strömung
mit den Gezeiten ändert.
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Weitere
Ausgestaltungen zur Energiewandlung ergeben sich nach den Merkmalen
des Anspruchs 16 und/oder 17. Gegenüber den sog. Ölsperren,
die in Binnengewässer
einbringbare statische Anordnungen sind, ist mit den Merkmalen nach
Anspruch 18 und ggf. dem Anspruch 19 und/oder 20 und/oder 21 ein
einfaches Abnehmen bzw. Abschöpfen
der oberflächigen
Gewässerverschmutzung
erreicht. Dies kann sowohl in Binnengewässern als auch auf dem offenen
Meer in einfacher Weise durchgeführt
werden.
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Mit
den Merkmalen nach Anspruch 22 und/oder 23 ist ein teilweises Umlenken
von Strömungen
zu erreichen, was beispielsweise für gefährdete Küstenregionen insbesondere auch
bei schweren Stürmen
von Vorteil ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung hinsichtlich aller vorgenannter
Anwendungen ergibt sich durch die Merkmale nach Anspruch 24, so
dass eine flächenmäßige Anwendung
sowohl in der Breite als auch in der Tiefe erreicht ist.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen,
in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher beschrieben
und erläutert
ist.
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Es
zeigen:
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1A und 1B in
Draufsicht bzw. Seitenansicht eine rotierend antreibbare Einrichtung
der erfindungsgemäßen Anordnung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel,
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2A, 2B und 2C eine
Draufsicht, eine Seitenansicht bzw. einen Querschnitt einer rotierend
antreibbaren Einrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel,
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3 in
schematischer Darstellung mehrere in einem Fluss vorgesehene Anordnungen
unter Verwendung einer Variante zur in 1 dargestellten Einrichtung
zur Energieumwandlung.
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4 eine
zur Beseitigung von Gewässerverschmutzungen
in einem Fluss vorgesehene Anordnung unter Verwendung einer Einrichtung
nach 2,
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5 eine
der 4 entsprechende Darstellung, jedoch zur Beseitigung
von Verschmutzungen auf dem Meer und unter Verwendung von zwei gegengerichteten
Anordnungen, und
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6 in
schematischer Darstellung eine Vielzahl von in einer Küstenregion
vorgesehenen Anordnungen zur Umlenkung von Meeresströmungen unter
Verwendung einer Einrichtung nach 2.
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Die
in den 1 und 2 konstruktiv
dargestellten Anordnungen 10 bzw. 110 dienen,
wie sich aus den 3 bis 6 ergibt,
dazu, in strömende Binnengewässer oder
Meeresgewässer
eingebracht und dort statisch oder bewegbar festgelegt zu werden,
so dass ihre entsprechend ausgestaltete Einrichtung 11 bzw. 111 aufgrund
der herrschenden Strömung
rotierend angetrieben wird, um so entweder Strömungsenergie umzuwandeln oder
Wasseroberflächenverschmutzungen
zu einem Sammelabsaugbereich zu leiten oder Strömungen abzulenken bzw. umzuleiten.
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Die
Einrichtung 11 der Anordnung 10 nach den 1A und 1B besitzt
als Förderelement ein
Förderband 12,
das beispielsweise aus einem zugfesten Kunststoffgewebe oder einem
anderen geeigneten Material ist und das um zwei im Abstand angeordnete
Walzen 13, 14 umgelenkt und zu einem Endlosband
verbunden ist. Die Walzen 13 und 14 sind in nicht
im einzelnen dargestellter Weise auf einer ortsfesten Achse oder
mittels einer ortsfest gehaltenen Welle drehbar gelagert, wobei
die Achsen oder Wellen der beiden Walzen 13, 14 mittels
eines starren Rahmens im gewählten
Abstand gehalten ist. Der Abstand der Walzen 13 und 14 und
damit die Länge der
einzelnen Trums 15, 16 des Förderbands 12 sowie
die Breite des Förderbands 12 können nahezu beliebig
gestaltet sein.
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Das
Förderband 12 besitzt
an seiner Außenseite
Taschen 17, die derart flexibel sind, dass sie sich entweder
aufstellen oder auf das Förderband 12 einfalten
können.
Die Taschen 17 sind in aufgefaltetem Zustand im Längsschnitt
beispielsweise dreieckförmig,
d.h. sie sind an ihrem einen querverlaufenden Ende 19 in
Querrichtung am Förderband 12 befestigt und
besitzen an ihrem demgegenüber
abgewandten Querende eine Öffnung 18.
Die in Längsrichtung
verlaufenden Seiten 21, 22 der Taschen 17 können geschlossen
oder offen sein. Die Taschen 17 sind beim dargestellten
Ausführungsbeispiel
in gleichmäßigem Abstand
hintereinander und rundum längs
des Förderbandes 12 und
an diesem befestigt. Es versteht sich, dass es auch möglich ist,
bei breiteren Förderbändern 12 mehrere
umlaufende Reihen von Taschen 17 vorzusehen, wobei diese
Taschenreihen entweder in Querrichtung miteinander fluchtend oder gegeneinander
versetzt sein können.
Auch können mehrere
Förderbänder nebeneinander
mit oder ohne Abstand vorgesehen sein.
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Wird
eine derartige Einrichtung 11 horizontal, d.h. mit der
Fläche
des Förderbandes 12 parallel
zur Wasseroberfläche
in ein Gewässer
gelegt, das in Richtung des Pfeiles A strömt, wird die Einrichtung 11 in
Richtung des Pfeiles B umlaufend angetrieben. Voraussetzung hierfür ist, dass
die Einrichtung 11 in dem Gewässer festgelegt ist. Dies erfolgt
beispielsweise dadurch, dass die in Strömungsrichtung A vordere Walze 14 ortsfest
gehalten ist, so dass das Förderband 12 sich
in Strömungsrichtung
A erstreckt. Die Einrichtung 11 ist so ausgebildet, dass
sie in dem Gewässer
schwimmt, bzw. floatet derart, dass der von der Strömung angetriebene
Trum 15 sich unter der Wasseroberfläche befindet. Die Taschen 17 sind gegen
die Strömungsrichtung
A hin auffaltbar bzw. öffnenbar.
Dabei ist der angetriebene Trum 15 entweder oben liegend
oder unten liegend angeordnet. Bevorzugt ist der angetriebene Trum 15 unten
liegend und der Rücktrum 16 obenliegend
und knapp über der
Wasseroberfläche
liegend angeordnet.
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Auf
diese Weise wird die Wasserströmung die
Taschen 17 öffnen
und, da die Taschen als Anströmelemente
dienen, den Trum 15 in Richtung des Pfeiles A bewegen.
Nach der Umlenkung an der Walze 13 werden sich am Rücktrum 16,
der sich entgegen der Strömungsrichtung
A bewegt, die Taschen leeren und an das Förderband 12 dicht
anlegen, so dass der Rücktrum 16 sich
ohne wesentlichen Strömungswiderstand
zurückbewegt.
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Diese
umlaufende Bewegung B des Förderbandes 12 wird
zur Energieumwandlung in der Weise genutzt, dass mindestens eine der
Walzen 13, 14 der Anordnung 10 entweder
mit einer mechanische Arbeit verrichtenden Vorrichtung oder mit
einem elektrische Energie erzeugenden Generator in nicht dargestellter
Weise verbunden wird.
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In
nicht dargestellter Weise besitzt der die Walzen 13, 14 bzw.
der Achsen oder Wellen auf Abstand haltende Rahmen zu beiden Längsseiten
des Förderbandes 12 verlaufende
Rahmen-Längsschenkel,
an denen nach außen
vom Förderband 12 weggerichtet
abstehend Strömungsleitbleche
befestigt sind, die etwas senkrecht zur Wasseroberfläche ins Gewässer ragen.
Die Strömungsleitbleche
können starr
oder gegenüber
der Strömung
winklig einstellbar sein; sie besitzen eine der Höhe der Einrichtung 11 entsprechende
Eintauchbreite und sind zum Leiten derjenigen Strömungsbereiche,
die an beiden Längsseiten
des Förderbandes 12 benachbart
vorbeiströmen,
zu den Taschen 17 des angetriebenen Trums 15 hin
in geeigneter Weise geformt. Die Formung dieser Strömungsleitbleche
ist nach Art von Turbinenschaufeln oder dergleichen und derart ausgebildet,
dass Wirbel an deren Strömungsflächen vermieden
sind. Des Weiteren ist vorgesehen, dass die von den Rahmenlängsschenkeln
abstehende Länge
der Strömungsleitbleche
in Richtung A der Strömung
zunimmt.
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Die
in den Teilfiguren 2 dargestellte Anordnung 110 ist mit
einer Einrichtung 111 versehen, die in ähnlicher Weise wie die Einrichtung 11 ausgestaltet
ist. Hierbei ist als Förderelement
ebenfalls ein Förderband 112 vorgesehen,
das mit in Längsrichtung verlaufenden
Zugbändern 126, 127 und 128 derart vernäht ist,
dass das Förderband 112 eine
Mäanderform
bzw. eine Zickzackform besitzt. Diese Mäander- bzw. Zickzackform schafft
von der Außenseite
des Förderbands 112 her
zugängige
Taschen 117, die querrandseitig offen sind. Auch dieses
Förderband 112 ist über beabstandete
Walzen 113 und 114 umgelenkt. Darüber hinaus
ist das Förderband 112 gemäß 2C an
ihrer einen Längsseite
mit einer Senkbleileine 129 versehen und an ihrer anderen Längsseite
bzw. einem Bereich zwischen Längsseite und
Mitte mit einem oder mehreren Auftriebselementen 131 versehen.
Auf diese Weise ist es möglich, eine
derartige Einrichtung 111 in vertikaler Position in ein
Gewässer
zu stellen, wobei beide Walzen 113 in dieser Position gehalten
sind.
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Wird
die Einrichtung 111 in der in 2 angedeuteten
Lage zur Strömungsrichtung
A' in ein Gewässer gestellt,
wird das Förderband 112 durch
Eingriff der Strömung
in die Taschen 117 in Richtung des Pfeiles B' umlaufende angetrieben,
wobei sich am inneren Trum 116 entgegen der Strömungsrichtung
A' die Mäander- bzw.
Zickzackform und damit die Taschen 117 einfalten.
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Die
Einrichtung 111 ist dabei vorzugsweise derart in das Gewässer senkrecht
gestellt, dass sie eine spitzwinklige Position zur Strömungsrichtung
A' einnimmt. Dies
bedeutet, dass beide Umlenkwalzen 113, 114 festgehalten
werden müssen.
Auch diese Anordnung 110 bzw. deren Einrichtung 111 kann
zur Energieumwandlung, beispielsweise zur Erzeugung von elektrischer
Energie genutzt werden.
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Ein
Beispiel einer Umwandlung von Strömungsenergie im Gewässer in
elektrische Energie ist in 3 dargestellt,
in der bei einer Anordnung 110' das Förderband 112' über drei
etwa in einem Dreieck angeordnete Walzen 113', 114' und 114'' umläuft. Dabei
erstreckt sich der Trum 115' des
Förderbandes 112' zwischen den
Walzen 113' und 114' etwa in Richtung
der Strömung
A'', während die
Walze 114'' nahe der Walze 114' derart angeordnet
ist, dass sich ein Trum 116' des
Förderbandes 112' ergibt, der
gegenüber
der Strömungsrichtung
A' spitzwinklig
geneigt und damit der Antriebstrum zum Umlauf in Richtung B'' ist. Auf diese Weise können in
einem Binnengewässer
ohne Behinderung der Schifffahrt eine oder mehrerer solcher Anordnungen 110' uferseitig
plaziert werden.
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Wird
die Anordnung 10, 110, 110' nur an einem Umlenkende der Einrichtung 11, 111, 111' ortsfest und
schwenkbar gehalten, so kann sie sich in Strömungsrichtung ausrichten, so
dass sie für
den Einsatz in Gezeiten-Kraftwerken geeignet ist.
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Gemäß einem
nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
ist das Förderelement
als ein oder mehrere parallele Förderketten
oder -seile, die um entsprechende Rollen oder dergleichen umlaufen, ausgebildet.
Die Anströmelemente
sind dabei Flügel, die
an dem oder den Förderketten,
-seilen oder dergleichen aufstellbar und anlegbar gehalten sind,
wobei ihr Aufstellwinkel in geeigneter Weise begrenzt wird.
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Die 4 und 5 zeigen
die Anwendung der Anordnung 110 bzw. Einrichtung 111 nach
den Teilfiguren 2 zur Verwendung bei der Beseitigung von Gewässerverschmutzungen,
beispielsweise Ölverschmutzungen,
nach einer Tankerhavarie.
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Bei
der Anordnung 110 gemäß 4 befindet
sich die Einrichtung 111 in einem spitzen Winkel zur Strömungsrichtung
A und quert beispielsweise den Fluss in dieser schrägen Ausrichtung.
Im Bereich der in Strömungsrichtung
A hinteren Walze 114 ist eine Absauganlage 136 vorgesehen,
die einen Trichter 137 aufweist, der zumindest wasseroberflächenseitig
die Umlenkwalze 114 umgibt. Der Trichter 137 ist
mit einem Absaugschlauch 138 verbunden, der zu einer nicht
dargestellten Pumpe führt.
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Durch
die Positionierung der Anordnung 110 schräg zur Strömungsrichtung
A wird die Einrichtung 111 in Richtung des Pfeiles B umlaufend
bewegt, wodurch das verschmutzte Oberflächenwasser bis zu einer bestimmten
Tiefe aus der Strömungsrichtung
A in die Richtung B umgelenkt und in den Trichter 37 der
Absauganlage 36 geleitet wird. Da dies nicht als staatische
Sperre sondern mit Hilfe einer Umlenkbewegung erfolgt, gelangt ein
nur geringer Anteil verschmutzten Wassers unter die Einrichtung 111 und an
dieser vorbei.
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5 ist
eine Variante der Beseitigung von Gewässerverschmutzungen derart,
dass zwei Anordnung 110 und 110', die identisch sind, gegeneinander bzw.
spiegelbildlich angeordnet sind. Mit anderen Worten, die beiden
Einrichtungen 111 und 111' sind gegeneinander und jeweils
spitzwinklig zur Strömungsrichtung
A' gerichtet derart,
dass sie in Richtung B bzw. B' umlaufen
und das verschmutzte Oberflächenwasser
Trichterartig zur Absauganlage 136' bzw. deren Trichter 137' führen, aus
welchem der Absaugschlauch 138' führt.
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Bei
dieser Darstellung ist angedeutet, dass die der Absauganlage 136' abgewandten
Enden (Walzen 113, 113') von Schiffen 139, 139'' in Position gehalten sind. Es
versteht sich, dass die Schiffe 139, 139' auch dazu vorgesehen
sein können,
längs der Meereswasseroberfläche gegen
die Strömung
bewegt zu werden. Der Absaugschlauch 138' kann auch von einem Begleitschiff
aufgenommen werden.
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6 zeigt
die Anwendung der Anordnung 110 zur Umlenkung bzw. Ablenkung
von Meeresströmen
vor einer gefährdeten
Küste 141.
Hierbei sind eine Vielzahl von Anordnungen 110 unter verschiedenen
spitzen Winkeln zur Strömungsrichtung
A positioniert, um das Auftreffen der Strömung auf die Küste 141 zu
mildern, und damit Ab- bzw. Ausspülungen zu minimieren.
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Gemäß 6 sind
mehrere Anordnungen 110 in Reihe hintereinander und mehrere
Reihen solcher Anordnungen 110 im Abstand parallel zueinander
angeordnet.
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Wenn
auch bei den Anwendungsbeispielen der 4 bis 6 die
Ausgestaltung der Einrichtung 111 nach den Teilfiguren
2 dargestellt ist, versteht es sich, dass hierfür auch die Einrichtung 11 nach
den Teilfiguren 1 Verwendung finden kann.