DE202015001420U1

DE202015001420U1 - Mobile small hydropower plant for flowing waters

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Publication number: DE202015001420U1
Application number: DE202015001420.8U
Authority: DE
Original assignee: INST fur AUTOMATISIERUNG und INFORMATIK ZENTRUM fur IND FORSCHUNG und ENTWICKLUNG WERNIGERODE GmbH; Institut fur Automatisierung und Informatik Zentrum fur Industrielle Forschung und Entwicklung Wernigerode GmbH
Current assignee: INST fur AUTOMATISIERUNG und INFORMATIK ZENTRUM fur IND FORSCHUNG und ENTWICKLUNG WERNIGERODE GmbH; Institut fur Automatisierung und Informatik Zentrum fur Industrielle Forschung und Entwicklung Wernigerode GmbH
Priority date: 2015-02-21
Filing date: 2015-02-21
Publication date: 2015-05-22
Anticipated expiration: 2025-02-22

Abstract

Mobile Kleinwasserkraftanlage (1) für fließende Gewässer mit einem an einem oder mehreren Schwimmkörper/n (2, 3) angeordneten gegenüber dem/n Schwimmkörper/n (2, 3) höhenverstellbaren Wasserrad (4) oder Rotor zum Antrieb eines elektrischen Generators, mit mindestens zwei entgegen der Strömungsrichtung (6) des Gewässers vor dem Wasserrad (4) oder Rotor angeordneten Sensoren (10, 12, 13) zur Erfassung von im Wasser treibendem Treibgut (15) sowie einer elektronischen Einheit (14) zur Verarbeitung der Sensorsignale und zur Generierung von Signalen für die Höhenverstellung des Wasserrades (4) oder Rotors, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (12, 13) horizontal ausgerichtet und mindestens ein Sensor (10) vertikal ausgerichtet im fließenden Gewässer vor dem Wasserrad (4) oder Rotor angeordnet sind und sich die Erfassungsbereiche mindestens eines horizontal und mindestens eines vertikal ausgerichteten Sensors (10, 12, 13) mindestens teilweise überschneiden, und dass die elektronische Einheit (14) zur Verarbeitung der Sensorsignale für eine Berechnung der Größe eines von den Sensoren erfassten Treibgutes (15) und in Abhängigkeit der Größe des erfassten Treibgutes für die Generierung eines Signales zur Höhenverstellung des Wasserrads (4) oder Rotors ausgebildet ist, derart, dass bei Erfassung eines Treibgutes (15) einer vorbestimmten Mindestgröße das Wasserrad (4) oder der Rotor durch Höhenverstellung aus dem Wasser genommen wird.Mobile small hydropower plant (1) for flowing waters with one on one or more floating body / s (2, 3) arranged opposite the / s floating body (s) (2, 3) height adjustable water wheel (4) or rotor for driving an electric generator, with at least two opposite to the flow direction (6) of the water in front of the water wheel (4) or rotor arranged sensors (10, 12, 13) for detecting floating in the water flotsam (15) and an electronic unit (14) for processing the sensor signals and for generating of signals for the height adjustment of the water wheel (4) or rotor, characterized in that at least one sensor (12, 13) aligned horizontally and at least one sensor (10) vertically aligned in the flowing water in front of the water wheel (4) or rotor are arranged and the detection areas of at least one horizontally and at least one vertically oriented sensor (10, 12, 13) at least partially overlap, and that s is the electronic unit (14) for processing the sensor signals for calculating the size of a detected by the sensors (15) and depending on the size of the detected floating material for the generation of a signal for height adjustment of the water wheel (4) or rotor is formed such that upon detection of a floating material (15) of a predetermined minimum size, the water wheel (4) or the rotor is taken out of the water by height adjustment.

Description

Die Erfindung betrifft eine mobile Kleinwasserkraftanlage für fließende Gewässer, insbesondere eine mobile Flusskleinwasserkraftanlage mit einem auf einem Schwimmkörper angeordneten gegenüber dem Schwimmkörper höhenverstellbaren Wasserrad oder Rotor zum Antrieb eines elektrischen Generators für die Umwandlung der Strömungsenergie des fließenden Gewässers in elektrische Energie.The invention relates to a mobile small hydropower plant for flowing waters, in particular a mobile Flusskleinwasserkraftanlage with a arranged on a float relative to the float height adjustable water wheel or rotor for driving an electric generator for the conversion of the flow energy of the flowing body of water into electrical energy.

Für die Erzeugung von Elektroenergie gewinnen mobile Kleinwasserkraftanlagen zur Nutzung der Strömungsenergie eines fließenden Gewässers zunehmend an Bedeutung. Da ein Gewässeraufstau oft im Widerspruch zur Durchgängigkeit eines fließenden Gewässers sowie zur Fischverträglichkeit steht, stellen mobile Flusskleinwasserkraftanlagen eine zukunftsweisende Alternative dar. Gattungsgemäße Flusskleinwasserkraftanlagen sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Nur beispielsweise seien dazu die DE 40 26 638A1 , die DE 2009 011 950 U1 , die DE 20 2010 010 649 U1 sowie auch die DE 20 2013 100 870 U1 genannt.Mobile small hydropower plants are increasingly gaining in importance for the generation of electrical energy for the use of the flow energy of a flowing water body. Since a water retention is often in contradiction to the continuity of a flowing water body as well as fish compatibility, mobile Flusskleinwasserkraftanlagen represent a forward-looking alternative. Generic Flusskleinwasserkraftanlagen are well known from the prior art. Just for example, be it to the DE 40 26 638A1 , the DE 2009 011 950 U1 , the DE 20 2010 010 649 U1 as well as the DE 20 2013 100 870 U1 called.

Ein generelles Problem beim Betrieb einer Flusskleinwasserkraftanlege ist der Schutz der Anlage, insbesondere des Wasserrades oder Rotors vor Beschädigung oder Verschmutzung durch gefährliches Treibgut, wie Äste, Baumstämme und anderes Treib- und Schwemmgut sowie bei Eisgang. Bekannte Lösungen sind dazu das Abweisen von oberflächennahem Treibgut mittels Schwimmbalken sowie eine Tiefenräumung mittels eines dem Wasserrad oder Rotor vorgeordneten Rechens. Rechen haben jedoch den Nachteil, dass sich das zurückgehaltene Treibgut vor ihnen ansammelt, wodurch die Strömungsenergie des dem Wasserrad oder dem Rotor zufließenden Wassers verringert wird. Das vom Rechen zurückgehaltene Treibgut muss daher regelmäßig entfernt werden, um die Durchgängigkeit des Rechens für das strömende Wasser zu gewährleisten.A general problem when operating a river small hydropower plant is the protection of the system, in particular of the water wheel or rotor from damage or contamination by dangerous flotsam, such as branches, tree trunks and other drift and Schwemmgut and in ice. Known solutions are the rejection of near-surface flotsam by means of floating bars and a depth clearance by means of a rake upstream of the water wheel or rotor. However, rakes have the disadvantage that the retained flotsam accumulates in front of them, whereby the flow energy of the water wheel or the rotor flowing water is reduced. The flotsam retained by the rake must therefore be regularly removed to ensure the patency of the rake for the flowing water.

Zur Lösung dieses Problemes wird in der DE 20 2013 100 870 U1 eine Wasserkraftanlage beschrieben, die einen an einem auf zwei Schwimmkörpern montierten Traggerüst angeordneten Generator mit Rotor sowie einen in Strömungsrichtung dem Rotor vorgeschalteten Rechen umfasst, wobei der Rechen zwischen wenigstens einer Schwemmgut zurückhaltenden Arbeitsposition und einer Schwemmgut passierenden Ruheposition verstellbar ausgebildet ist. Zusätzlich kann auch der Rotor gegenüber dem Traggerüst höhenverstellbar ausgebildet sein. Die Menge des sich am Rechen angesammelten Schwemmgutes kann mittels Sensoren erfasst werden.To solve this problem is in the DE 20 2013 100 870 U1 a hydropower plant described which comprises a mounted on a two floating bodies support frame with rotor and a rake in the flow direction upstream of the rotor, the rake between at least one Schwemmgut restrained working position and a Schwemmgut passing rest position is adjustable. In addition, the rotor relative to the support frame can be designed to be height adjustable. The amount of accumulated at the rake Schwemmgutes can be detected by sensors.

Hat sich eine hinreichende Menge Schwemmgut am Rechen angesammelt, wird zunächst der Rotor nach oben verfahren, d. h. aus dem Wasser genommen, und anschließend der Rechen von der Arbeitsposition in die Ruheposition verstellt. Dabei wird das Schwemmgut vom Rechen abgestreift und passiert, vom strömenden Wasser wieder aufgenommen, die Wasserkraftanlage. Danach wird der Rechen wieder in die Arbeitsposition verstellt und der Rotor nach unten, d. h. in das Wasser eintauchend, verfahren.Has accumulated a sufficient amount of debris on the rake, first the rotor is moved upwards, d. H. taken out of the water, and then moved the rake from the working position to the rest position. In the process, the debris is stripped off the rake and passes, taken up by the flowing water, the hydropower plant. Thereafter, the rake is moved back to the working position and the rotor down, d. H. immersed in the water, proceed.

Der Nachteil dieser Lösung ist, dass sich während des Ansammelns von Schwemmgut vor dem Rechen die Strömungsenergie des dem Rotor zufließenden Wassers beträchtlich verringert, was zu einer erheblichen Verringerung der erzeugten elektrischen Energie führt. Desweiteren ist es nach geltendem Gewässerrecht problematisch, angesammeltes Schwemmgut, wieder in ein Gewässer zurückzuführen.The disadvantage of this solution is that during the accumulation of debris in front of the rake, the flow energy of the water flowing in the rotor is considerably reduced, which leads to a considerable reduction of the generated electrical energy. Furthermore, it is problematic according to current legislation, accumulated alluvial, back into a body of water.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer mobilen Kleinwasserkraftanlage für fließende Gewässer, insbesondere einer mobilen Flusskleinwasserkraftanlage, die eine höhere Effizienz bei der Umwandlung der Strömungsenergie des fließenden Gewässers in Elektroenergie aufweist und dabei im Einklang mit geltenden Rechtsvorschriften steht.The object of the invention is to provide a mobile small hydropower plant for flowing waters, in particular a mobile river small hydropower plant, which has a higher efficiency in the conversion of the flow energy of the flowing water into electrical energy and is in line with existing legislation.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine mobile Kleinwasserkraftanlage für fließende Gewässer mit den Merkmalen des 1. Anspruches gelöst. Die Ansprüche 2 bis 8 beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der mobilen Kleinwasserkraftanlage.The object of the invention is achieved by a mobile small hydropower plant for flowing waters with the features of the first claim. The claims 2 to 8 describe advantageous developments of the mobile small hydropower plant.

Die mobile Kleinwasserkraftanlage für fließende Gewässer umfasst mindestens einen, bevorzugt zwei Schwimmkörper, an dem/n ein Wasserrad oder Rotor gegenüber dem/n Schwimmkörper/n höhenverstellbar angeordnet ist. Entgegen der Strömungsrichtung des fließenden Gewässers sind vor dem Wasserrad oder Rotor Sensoren zur Erfassung von im Wasser treibendem Treibgut angeordnet. Die mobile Kleinwasserkraftanlage umfasst weiterhin eine elektronische Einheit zur Verarbeitung der Sensorsignale und zur Generierung von Signalen zur Höhenverstellung des Wasserrades oder Rotors. Mindestens ein Sensor, bevorzugt jedoch mehrere Sensoren, sind im fließenden Gewässer so angeordnet, dass sich ihr Erfassungsbereich horizontal erstreckt, und mindestens ein Sensor, bevorzugt jedoch mehrere Sensoren, sind im fließenden Gewässer so angeordnet, dass sich Ihr Erfassungsbereich vertikal erstreckt. Die Sensoren sind außerdem so angeordnet, dass sich mindestens jeweils ein horizontal ausgerichteter Erfassungsbereich mindestens teilweise mit mindestens jeweils einem vertikal ausgerichtetem Erfassungsbereich überschneidet. Selbstverständlich sind die Sensoren ferner auch so angeordnet, dass ihre Erfassungsbereiche einen hinreichenden Raum vor dem Wasserrad oder Rotor nahezu vollständig überdecken. Unter hinreichend wird dabei, je nach örtlichen Gegebenheiten, ein solcher Raum verstanden, der zur Erfassung des ggf. zum Wasserrad oder Rotor treibenden Treibgutes erforderlich ist. Die elektronische Einheit zur Verarbeitung der Sensorsignale ist so ausgebildet, dass anhand der Sensorsignale die Größe eines erfassten Treibgutes errechnet werden kann. Wird ein Treibgut erfasst, das eine vorbestimmte Mindestgröße überschreitet, wird durch die elektronische Einheit ein Signal zur Höhenverstellung des Wasserrades oder Rotors generiert und das Wasserrad oder der Rotor durch Höhenverstellung aus dem Wasser genommen.The mobile small hydropower plant for flowing waters comprises at least one, preferably two floating bodies, on which a water wheel or rotor is arranged adjustable in height relative to the floating body (s). Contrary to the flow direction of the flowing water, sensors are arranged in front of the waterwheel or rotor for detecting floating floats in the water. The mobile small hydropower plant further comprises an electronic unit for processing the sensor signals and for generating signals for height adjustment of the water wheel or rotor. At least one sensor, but preferably a plurality of sensors, are arranged in the flowing water so that their detection range extends horizontally, and at least one sensor, but preferably a plurality of sensors, are arranged in the flowing water so that their detection range extends vertically. The sensors are also arranged such that at least one horizontally aligned detection region intersects at least partially with at least one vertically aligned detection region. Of course, the sensors are also arranged so that their detection areas a sufficient space in front of the water wheel or rotor cover almost completely. Under sufficient is understood, depending on the local conditions, such a space that is required for detecting the possibly driving the water wheel or rotor propellant. The electronic unit for processing the sensor signals is designed so that the size of a detected floating material can be calculated based on the sensor signals. If a flotsam which exceeds a predetermined minimum size is detected, a signal for adjusting the height of the water wheel or rotor is generated by the electronic unit and the waterwheel or the rotor is removed from the water by height adjustment.

Die Erfindung setzt den Gedanken um, dass ein ausreichender Schutz eines Wasserrades oder Rotors einer mobilen Kleinkraftwasseranlage erreicht werden kann, indem das Wasserrad oder der Rotor bei Kollisionsgefahr mit einem hinreichend großen Treibgut durch Höhenverstellung aus dem fließenden Gewässer genommen wird, so dass das Treibgut die Kleinkraftwasseranlage passieren kann, ohne mit dem Wasserrad oder Rotor zu kollidieren. Hat das Treibgut die Kleinkraftwasseranlage passiert, wird das Wasserrad oder der Rotor durch Höhenverstellung in das fließende Gewässer zurückgefahren. Der Zeitpunkt des Zurückfahrens des Wasserrades oder Rotors wird durch die elektronische Einheit bestimmt, indem ausgehend von der Strömungeschwindigkeit des fließenden Gewässers berechnet wird, welche Zeit ein erfasstes und größenbestimmtes Treibgut zum Passieren der Kleinkraftwasseranlage benötigt. Die Erfindung geht ferner von dem Gedanken aus, dass nur die Kollision eines Treibgutes, das eine vorbestimmte Mindestgröße überschreitet, mit dem Wasserrad oder Rotor zu einer Beschädigung des Wasserrades oder Treibgutes führt.The invention implements the idea that sufficient protection of a water wheel or rotor of a mobile small power plant can be achieved by the water wheel or the rotor is taken at risk of collision with a sufficiently large flotsam by height adjustment of the flowing water, so that the flotsam the small power plant can happen without colliding with the waterwheel or rotor. If the flotsam has passed the small hydropower plant, the waterwheel or the rotor is moved back into the flowing water by adjusting the height. The timing of the return of the waterwheel or rotor is determined by the electronic unit by calculating, based on the flow velocity of the flowing water, what time a detected and size-determined flotsam to pass the small power plant requires. The invention is further based on the idea that only the collision of a floating material, which exceeds a predetermined minimum size, with the water wheel or rotor leads to damage of the water wheel or floating material.

Für ein im Wasser treibendes Objekt kann mit guter Näherung eine Dichte von 1 g/cm³ angenommen werden. Ausgehend von einer vorzubestimmenden Energie eines Kraftstoßes, den das Wasserrad oder der Rotor ohne Beeinträchtigung erfahren kann, kann mit der Strömungsgeschwindigkeit des Gewässers die vorbestimmte Mindestgröße eines Treibgutes errechnet werden, für die die elektronische Einheit ein Signal zum Herrausnehmen des Wasserrades oder Rotors aus dem fließenden Wasser durch Höhenverstellung generiert.For a floating object, a density of 1 g / cm ^{3 can be} assumed with good approximation. Based on a predeterminable energy of a surge, the water wheel or the rotor can experience without impairment, the predetermined minimum size of a floating material can be calculated with the flow velocity of the water, for which the electronic unit, a signal for removing the water wheel or rotor from the flowing water generated by height adjustment.

Es ist weiterhin von Bedeutung, dass die Sensoren in einem hinreichenden Abstand entgegen der Strömungsrichtung des Gewässers vor dem Wasserrad oder Rotor angeordnet sind. Hinreichend ist dabei ein solcher Abstand, für den nach der Erfassung eines die vorgegebene Mindestgröße überschreitenden Treibgutes bei einer bekannten Strömungsgeschwindigkeit des fließenden Gewässers, die in guter Näherung der Bewegungsgeschwindigkeit des Treibgutes gleichgesetzt wird, ausreichend Zeit verbleibt, um das Wasserrad oder den Rotor durch Höhenverstellung aus dem Wasser zu nehmen, bis das Treibgut den Ort erreicht hat, an dem sich das Wasserrad oder der Rotor in abgesenkter Position im Wasser befinden.It is also important that the sensors are arranged at a sufficient distance against the direction of flow of the water in front of the waterwheel or rotor. Sufficient is such a distance for which, after the detection of a predetermined minimum size exceeding propellant at a known flow velocity of the flowing water, which is equated to a good approximation of the speed of movement of the floating material, sufficient time remains to the water wheel or the rotor by height adjustment take the water until the flotsam has reached the place where the waterwheel or the rotor are in the lowered position in the water.

Es gehört mit zur Erfindung, dass an dem oder den Schwimmkörper/n mehr als ein Wasserrad oder Rotor gegenüber dem/n Schwimmkörper/n höhenverstellbar angeordnet sind.It is part of the invention that on the float (s) more than one waterwheel or rotor are arranged height-adjustable relative to the float (s).

Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung werden als Sensoren Ultraschallsensoren verwendet. Folglich umfasst ein Sensor im vorgenannten Sinn einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger. Ultraschallsender und -empfänger können in einer Baugruppe – einem Sensor – angeordnet sein, sie können aber auch als räumlich getrennter Ultraschallsender und Ultraschallempfänger verwendet werden. Dem einschlägigen Fachmann sind beide Varianten geläufig, und er wird fachgemäß je nach den vorhandenen Gegebenheiten und der gestellten Aufgabe Baugruppen einsetzen, die Ultraschallsender und -empfänger umfassen, oder Ultraschallsender und Ultraschallempfänger so anordnen, dass sich die Ultraschallempfänger im Sendebereich der Ultraschallsender befinden. Die Erkennung von Treibgut kann dementsprechend auch nach zwei unterschiedlichen Messprinzipien erfolgen. Bei Baugruppen, die einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger umfassen, wird zur Treibguterkennung vom Ultraschallempfänger vom Treibgut reflektierter Ultraschall empfangen und nachfolgend ausgewertet. Bei getrennten Ultraschallsender und Ultraschallempfänger, also bei sich gegenüberstehenden Ultraschallsendern und Ultraschallempfängern, wird der vom Ultraschallempfänger empfangene Ultraschall durch ein zwischen den Ultraschallsender und den Ultraschallempfänger gelangendes Treibgut ausgeblendet und diese Ausblendung nachfolgend ausgewertet und zur Treibguterkennung genutzt. Es soll an dieser Stelle nicht weiter auf diese Messprinzipien eingegangen werden, da sie dem Fachmann ebenso bekannt sind, wie die genannten Baugruppen von Ultraschallsender und -empfänger.In a preferred embodiment of the invention, ultrasonic sensors are used as sensors. Consequently, a sensor in the aforementioned sense comprises an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver. Ultrasonic transmitters and receivers can be arranged in an assembly - a sensor - but they can also be used as spatially separated ultrasonic transmitters and ultrasonic receivers. The relevant person skilled in both variants are familiar, and he will expertly depending on the existing circumstances and the task subassemblies include the ultrasonic transmitter and receiver, or ultrasonic transmitter and ultrasonic receiver so arrange that the ultrasonic receiver are in the transmission range of the ultrasonic transmitter. Accordingly, the detection of flotsam can also be carried out according to two different measuring principles. In assemblies that include an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver, the flotation is received by the ultrasonic receiver from the flotsam ultrasonic reflected and evaluated. In the case of separate ultrasound transmitters and ultrasound receivers, ie, ultrasound transmitters and ultrasound receivers facing one another, the ultrasound received by the ultrasound receiver is masked out by a flotilla passing between the ultrasound transmitter and the ultrasound receiver and subsequently evaluated and used for flotation. It should not be further discussed here on these measuring principles, since they are known to the skilled person as well as the aforementioned assemblies of ultrasonic transmitter and receiver.

Für mobile Kleinwasserkraftanlagen ist es sinnvoll, entgegen der Strömungsrichtung vor der mobile Kleinwasserkraftanlagen Schwimmbalken anzuordnen. Die Schwimmbalken dienen dazu, auf dem fließenden Gewässer aufschwimmende Gegenstände an der mobilen Kleinwasserkraftanlage vorbeizuleiten. Sie dienen in dieser Funktion auch dem Personenschutz, indem Sie verhindern, dass Boote oder schwimmende Personen in den Wirkbereich des Wasserrades oder Rotors gelangen. Für einige Gewässer sind derartige Schutzvorrichtungen vom zuständigen Wasser- und Schifffahrtsamt vorgeschrieben.For mobile small hydropower plants, it makes sense to arrange floating bars against the flow direction in front of the mobile small hydropower plants. The floating bars are used to pass floating objects on the mobile small hydropower plant on the flowing water. In this function, they also serve to protect people by preventing boats or floating persons from reaching the working area of the water wheel or rotor. For some waters such protections are required by the responsible water and shipping office.

Zweckmäßig werden diese Schwimmbalken v-förmig vor der Kleinwasserkraftanlage angeordnet. Sie sind üblicherweise an dem oder den Auftriebkörpern befestigt. An der entgegen der Strömungsrichtung des fließenden Gewässers von der Kleinwasserkraftanlage weggerichteten Spitze der v-förmig angeordneten Spitze der Schwimmbalken ist meist ein Schwimmkörper angeordnet, mit dem die v-förmig angeordneten Schwimmbalken verbunden sind. Bei einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung sind die vertikal ausgerichteten Sensoren, d. h. die Sensoren mit einem vertikal ausgerichteten Erfassungsbereich, an den Schwimmbalken angeordnet. Appropriately, these floating beam V-shaped are placed in front of the small hydropower plant. They are usually attached to the or the buoyancy bodies. At the opposite of the flow direction of the flowing body of water from the small hydropower plant directed away tip of the v-shaped tip of the floating beam usually a float is arranged, with which the v-shaped floating bar are connected. In a preferred embodiment of the invention, the vertically oriented sensors, ie the sensors with a vertically oriented detection area, are arranged on the floating beam.

Bevorzugt an den Schwimmkörpern sind in das Wasser ragende Sensorträger angeordnet, an denen die horizontal ausgerichteten Sensoren, d. h. die Sensoren mit einem horizontal ausgerichteten Erfassungsbereich, angebracht sind. Horizontal ausgerichtete Sensoren, d. h. die Sensoren mit einem horizontal ausgerichteten Erfassungsbereich, können aber auch an einem Schwimmkörper, wie z. B. dem Schwimmkörper, mit dem v-förmig angeordneten Schwimmbalken v-förmig miteinander verbunden sind, angeordnet sein.Preferably arranged on the floats sensor carriers are arranged in the water, where the horizontally aligned sensors, d. H. the sensors are mounted with a horizontally oriented detection area. Horizontally aligned sensors, d. H. the sensors with a horizontally oriented detection area, but can also be attached to a float, such. As the float, with the v-shaped arranged floating beam are V-shaped connected to each other, be arranged.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles weiter erläutert. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen inThe invention will be further explained with reference to an embodiment. The accompanying drawings show in

1: schematisch eine Draufsicht einer mobilen Kleinwasserkraftanlage, in 1 : schematically a plan view of a mobile small hydropower plant, in

2: schematisch die Seitenansicht einer mobilen Kleinwasserkraftanlage in einem fließenden Gewässer mit in das Wasser eingetauchten Wasserrädern und in 2 schematically the side view of a mobile small hydropower plant in a flowing water with water wheels immersed in the water and in

3: schematisch die Seitenansicht einer mobilen Kleinwasserkraftanlage in einem fließenden Gewässer mit aus dem Wasser genommen Wasserrädern. 3 : Schematically, the side view of a mobile small hydropower plant in a flowing water with water wheels taken out of the water.

1 zeigt schematisch die wesentlichen Baugruppen einer Kleinwasserkraftanlage 1 und ihre Anordnung zueinander. Die in 1 gezeigte Kleinwasserkraftanlage 1 umfasst zwei Schwimmkörper 2, 3. Ein Schwimmkörper 2 bildet die Steuerbordseite der Kleinwasserkraftanlage 1, der zweite Schwimmkörper 3 bildet die Steuerbordseite. Zwischen den Schwimmkörpern 2, 3 sind zwei Wasserräder 4 bezüglich der Schwimmkörper 2, 3 und damit der Wasseroberfläche 5, dargestellt in den 2 und 3, höhenverstellbar angeordnet. Die Wasserräder 4 sind mit einem elektrischen Generator (nicht dargestellt) wirkverbunden. Entgegen der Strömungsrichtung 6 vor den Schwimmkörpern 2, 3 sind v-förmig zwei Schwimmbalken 7, 8 angeordnet, die entgegen der Strömungsrichtung 6 des fließenden Gewässers von der Kleinwasserkraftanlage 1 weggerichtet v-förmig spitz aufeinanderzulaufen. Die v-förmige Spitze der vorstehend beschriebenen Anordnung wird von einem Sensorschwimmer 9 gebildet. An diesem Sensorschwimmer 9 sind die beiden Schwimmbalken 7, 8 jeweils mit einem Ende befestigt. Das jeweils andere Ende der Schwimmbalken 7, 8 ist jeweils an einem Schwimmkörper 2, 3 befestigt. Die Schwimmbalken dienen insbesondere dem Abweisen größerer, auf dem fließenden Gewässer aufschwimmender Gegenstände sowie von Booten und ggf. schwimmenden Personen. Diese werden durch die v-förmige Anordnung der Schwimmbalken an diesen entlang und an der Kleinwasserkraftanlage 1 vorbeigeführt. 1 schematically shows the main components of a small hydropower plant 1 and their arrangement to each other. In the 1 shown small hydropower plant 1 includes two floats 2 . 3 , A float 2 forms the starboard side of the small hydropower plant 1 , the second floating body 3 forms the starboard side. Between the floats 2 . 3 are two water wheels 4 concerning the floats 2 . 3 and thus the water surface 5 , presented in the 2 and 3 , height adjustable arranged. The water wheels 4 are operatively connected to an electric generator (not shown). Contrary to the direction of flow 6 in front of the floats 2 . 3 are V-shaped two floating bars 7 . 8th arranged in the opposite direction of flow 6 of the flowing waters of the small hydropower plant 1 straightened v-shaped pointed towards each other. The V-shaped tip of the arrangement described above is a sensor float 9 educated. At this sensor float 9 are the two floating bars 7 . 8th each attached with one end. The other end of the swimming beam 7 . 8th is each on a float 2 . 3 attached. The floating bars are used in particular for repelling larger objects floating on the flowing water as well as boats and possibly floating persons. These are due to the V-shaped arrangement of the Schwimmbalken along these and the small hydropower plant 1 past.

An den Schwimmbalken 7, 8 sind mit ihrem Sende- und Empfangsbereich vertikal in das fließende Gewässer gerichtet Ultraschallsender- und -empfängerbaugruppen 10 angeordnet. Eine weitere Ultraschallsender- und -empfängerbaugruppe 10 ist mit ihrem Sende- und Empfangsbereich vertikal in das fließende Gewässer gerichtet am Sensorschwimmer 9 angeordnet. Jede Ultraschallsender- und -empfängerbaugruppe 10 verfügt jeweils über einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger. An dem entgegen der Strömungsrichtung 6 des fließenden Gewässers vorderen Ende der beiden Schwimmkörper 2, 3 sind vertikal in das Gewässer ragende Sensorträger 11 ausgebildet, an denen mit ihrem Empfangsbereich horizontal ausgerichtet Ultraschallempfänger 12 angeordnet sind, dargestellt in den 2 und 3. Am Sensorschwimmer 9 sind zwei mit ihrem Sendebereich horizontal ausgerichtete Ultraschallsender 13 so angeordnet, dass der Sendebereich je eines Ultraschallsenders 13 in Richtung je eines an den Schwimmkörper 2, 3 ausgebildeten Sensorträgers 11 bzw. der an den Sensorträgern 11 angeordneten Ultraschallempfänger 12 weist. Die Sendebereiche der Ultraschallsender 10, 13 sind in den Fig. durch Strich-Punktlinien dargestellt. Im steuerbordseitigen Schwimmkörper 2 ist eine Auswerte- und Steuereinheit 14 untergebracht. Die Ultraschallsender- und -empfängerbaugruppe 10, die Ultraschallempfänger 12, die Ultraschallsender 13 sind ebenso wie eine nicht dargestellte Höhenverstelleinrichtung zur vertikalen Höhenverstellung der Wasserräder 4 elektrisch mit der Auswerte- und Ansteuereinheit 14 verbunden. Die Auswerte- und Steuereinheit 14 umfasst eine Einheit zur Ermittlung der Strömungsgeschwindigkeit des fließenden Gewässers sowie eine Recheneinheit zur Messwertverarbeitung.At the swimming beam 7 . 8th are with their transmitting and receiving area vertically in the flowing water directed ultrasonic transmitter and receiver assemblies 10 arranged. Another ultrasonic transmitter and receiver assembly 10 with its transmission and reception area is directed vertically into the flowing water at the sensor float 9 arranged. Each ultrasound transmitter and receiver assembly 10 Each has an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver. At the opposite to the flow direction 6 the flowing water front end of the two floats 2 . 3 are sensor supports projecting vertically into the water 11 formed at which with its reception area horizontally aligned ultrasonic receiver 12 are arranged, shown in the 2 and 3 , At the sensor float 9 are two with their transmit range horizontally aligned ultrasonic transmitter 13 arranged so that the transmission range of each ultrasonic transmitter 13 towards each one to the float 2 . 3 trained sensor carrier 11 or at the sensor carriers 11 arranged ultrasonic receiver 12 has. The transmission ranges of the ultrasonic transmitters 10 . 13 are shown in the figures by dashed dotted lines. In the starboard side float 2 is an evaluation and control unit 14 accommodated. The ultrasound transmitter and receiver assembly 10 , the ultrasound receiver 12 , the ultrasonic transmitter 13 are as well as a not shown height adjustment for vertical height adjustment of the water wheels 4 electrically with the evaluation and control unit 14 connected. The evaluation and control unit 14 comprises a unit for determining the flow velocity of the flowing water as well as a computing unit for measured value processing.

2 zeigt schematisch die Seitenansicht einer auf einem fließenden Gewässer schwimmenden Kleinwasserkraftanlage 1. Die Kleinwasserkraftanlage 1 ist am Gewässergrund ortsfest verankert (nicht dargestellt). Die Wasserräder 4 sind in das fließende Gewässer eingetaucht und werden durch das fließende Gewässer in Drehung versetzt. Mit dem fließenden Gewässer mitgeführtes Treibgut 15 ist in den Sendebereich eines mit seinem Sendebereich horizontal ausgerichteten Ultraschallsenders 13 sowie zweier mit ihrem Sende- und Empfangsbereich vertikal in das Gewässer gerichteter Ultraschallsender- und -empfängerbaugruppen 10 gelangt. Durch Auswertung der Signale der zugehörigen mit ihrem Empfangsbereich horizontal gerichteten Ultraschallempfänger 12 sowie der mit ihrem Empfangsbereich vertikal in das Gewässer gerichteten Ultraschallempfänger der Ultraschallsender- und -empfängerbaugruppen 10 werden die Größe und der Ort des Treibgutes 15 ermittelt. Überschreitet die ermittelte Größe des Treibgutes 15 eine vorbestimmte Mindestgröße, wird ein Signal für die Höhenverstelleinrichtung zur vertikalen Höhenverstellung der Wasserräder 4 generiert und die Wasserräder 4 werden aus dem Wasser gefahren. 3 zeigt die Kleinwasserkraftanlage 1 mit aus dem Wasser genommenen Wasserrädern 4. Das Treibgut 15 passiert die Kleinwasserkraftanlage 1 ohne Kollision mit den Wasserrädern 4. In Abhängigkeit von der Strömungeschwindigkeit des fließenden Gewässers sowie der räumlichen Ausdehnung der Kleinwasserkraftanlage 1 in Richtung der Strömungsgeschwindigkeit wird mittels der Auswerte- und Steuereinheit 14 die Zeit errechnet, die das Treibgut 15 benötigt, um die Kleinwasserkraftanlage 1 zu passieren. Danach wird ein weiteres Signal für die Höhenverstelleinrichtung zur vertikalen Höhenverstellung der Wasserräder 4 generiert und die Wasserräder 4 in das Wasser zurückgefahren. Da die Strömungsgeschwindigkeit fließender Gewässer im Normalzustand nur innerhalb geringer Grenzen variiert, ist es nicht erforderlich, diese laufend zu messen. Sie kann auch als Festgröße in der Auswerte- und Steuereinheit 14 gespeichert sein. 2 shows schematically the side view of a floating on a flowing water small hydropower plant 1 , The small hydropower plant 1 is anchored at the bottom of the water (not shown). The water wheels 4 are immersed in the flowing waters and are rotated by the flowing waters in rotation. With the floating debris carrying flotsam 15 is in the transmission range of a horizontally oriented with its transmission range ultrasonic transmitter 13 and two with their transmitting and receiving area vertically directed into the water ultraviolet transmitter and receiver assemblies 10 arrives. By evaluating the signals of the associated with its receiving area horizontally directed ultrasonic receiver 12 and the ultrasound receiver of the ultrasound transmitter and receiver assemblies directed vertically into the water with its reception area 10 be the size and location of the floating material 15 determined. Exceeds the determined size of the floating material 15 a predetermined minimum size, is a signal for the height adjustment device for vertical height adjustment of the water wheels 4 generated and the water wheels 4 are driven out of the water. 3 shows the small hydropower plant 1 with water wheels taken out of the water 4 , The flotsam 15 happens the small hydropower plant 1 without collision with the water wheels 4 , Depending on the flow velocity of the flowing water and the spatial extent of the small hydropower plant 1 in the direction of the flow velocity is by means of the evaluation and control unit 14 Calculates the time that the flotsam 15 needed to the small hydropower plant 1 to happen. Thereafter, another signal for the height adjustment device for vertical height adjustment of the water wheels 4 generated and the water wheels 4 moved back into the water. Since the flow velocity of flowing waters in the normal state varies only within narrow limits, it is not necessary to measure them continuously. It can also be used as a fixed quantity in the evaluation and control unit 14 be saved.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: KleinwasserkraftanlageSmall hydro power plant
22: Schwimmkörper (Steuerbordseite)Float (starboard side)
33: Schwimmkörper (Backbordseite)Float (port side)
44: Wasserradwater wheel
55: Wasseroberflächewater surface
66: Strömungsrichtungflow direction
7, 87, 8: Schwimmbalkenfloating bar
99: Sensorschwimmersensor float
1010: Ultraschallsender- und -empfängerbaugruppeUltrasonic transmitter and receiver assembly
1111: Sensorträgersensor support
1212: Ultraschallempfängerultrasonic receiver
1313: Ultraschallsenderultrasonic transmitter
1414: Auswerte- und SteuereinheitEvaluation and control unit
1515: Treibgutflotsam

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4026638 A1 [0002] DE 4026638 A1 [0002]
DE 2009011950 U1 [0002] DE 2009011950 U1 [0002]
DE 202010010649 U1 [0002] DE 202010010649 U1 [0002]
DE 202013100870 U1 [0002, 0004] DE 202013100870 U1 [0002, 0004]

Claims

Mobile Kleinwasserkraftanlage (1) für fließende Gewässer mit einem an einem oder mehreren Schwimmkörper/n (2, 3) angeordneten gegenüber dem/n Schwimmkörper/n (2, 3) höhenverstellbaren Wasserrad (4) oder Rotor zum Antrieb eines elektrischen Generators, mit mindestens zwei entgegen der Strömungsrichtung (6) des Gewässers vor dem Wasserrad (4) oder Rotor angeordneten Sensoren (10, 12, 13) zur Erfassung von im Wasser treibendem Treibgut (15) sowie einer elektronischen Einheit (14) zur Verarbeitung der Sensorsignale und zur Generierung von Signalen für die Höhenverstellung des Wasserrades (4) oder Rotors, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensor (12, 13) horizontal ausgerichtet und mindestens ein Sensor (10) vertikal ausgerichtet im fließenden Gewässer vor dem Wasserrad (4) oder Rotor angeordnet sind und sich die Erfassungsbereiche mindestens eines horizontal und mindestens eines vertikal ausgerichteten Sensors (10, 12, 13) mindestens teilweise überschneiden, und dass die elektronische Einheit (14) zur Verarbeitung der Sensorsignale für eine Berechnung der Größe eines von den Sensoren erfassten Treibgutes (15) und in Abhängigkeit der Größe des erfassten Treibgutes für die Generierung eines Signales zur Höhenverstellung des Wasserrads (4) oder Rotors ausgebildet ist, derart, dass bei Erfassung eines Treibgutes (15) einer vorbestimmten Mindestgröße das Wasserrad (4) oder der Rotor durch Höhenverstellung aus dem Wasser genommen wird.Mobile small hydropower plant ( 1 ) for flowing waters with one or more floats (s) ( 2 . 3 ) arranged opposite the floating body (s) ( 2 . 3 ) height adjustable waterwheel ( 4 ) or rotor for driving an electric generator, with at least two counter to the flow direction ( 6 ) of the water in front of the waterwheel ( 4 ) or rotor arranged sensors ( 10 . 12 . 13 ) for detecting floating debris in the water ( 15 ) and an electronic unit ( 14 ) for processing the sensor signals and for generating signals for the height adjustment of the water wheel ( 4 ) or rotor, characterized in that at least one sensor ( 12 . 13 ) and at least one sensor ( 10 ) vertically aligned in the flowing waters in front of the waterwheel ( 4 ) or rotor are arranged and the detection areas of at least one horizontally and at least one vertically oriented sensor ( 10 . 12 . 13 ) at least partially overlap, and that the electronic unit ( 14 ) for processing the sensor signals for calculating the size of a floating material detected by the sensors ( 15 ) and depending on the size of the detected floating material for the generation of a signal for height adjustment of the water wheel ( 4 ) or rotor is formed such that upon detection of a floating material ( 15 ) of a predetermined minimum size the waterwheel ( 4 ) or the rotor is removed from the water by height adjustment.

Mobile Kleinwasserkraftanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere vertikal ausgerichtete und mehrere horizontal ausgerichtete Sensoren (10, 12, 13) im fließenden Gewässer vor dem Wasserrad (4) oder Rotor angeordnet sind.Mobile small hydropower plant ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a plurality of vertically aligned and a plurality of horizontally oriented sensors ( 10 . 12 . 13 ) in the flowing waters in front of the waterwheel ( 4 ) or rotor are arranged.

Mobile Kleinwasserkraftanlage (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikal ausgerichteten Sensoren (10) an vor der mobilen Kleinwasserkraftanlage (1) angeordneten Schwimmbalken (7, 8) und die horizontal ausgerichteten Sensoren (12, 13) an vertikal in das Gewässer ragenden Sensorträgern (9, 11) angeordnet sind.Mobile small hydropower plant ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the vertically oriented sensors ( 10 ) in front of the mobile small hydropower plant ( 1 ) arranged swimming beam ( 7 . 8th ) and the horizontally oriented sensors ( 12 . 13 ) to vertically projecting into the water body ( 9 . 11 ) are arranged.

Mobile Kleinwasserkraftanlage (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (10, 12, 13) Ultraschallsensoren sind.Mobile small hydropower plant ( 1 ) according to claim 1 to 3, characterized in that the sensors ( 10 . 12 . 13 ) Are ultrasonic sensors.

Mobile Kleinwasserkraftanlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ultraschallsensor (10) in baulicher Einheit einen Ultraschallsender und einen Ultraschallempfänger umfasst.Mobile small hydropower plant ( 1 ) according to claim 4, characterized in that an ultrasonic sensor ( 10 ) comprises in structural unit an ultrasonic transmitter and an ultrasonic receiver.

Mobile Kleinwasserkraftanlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ultraschallsensor aus einem baulich getrennten Ultraschallsender (13) und einen Ultraschallempfänger (12) besteht.Mobile small hydropower plant ( 1 ) according to claim 4, characterized in that an ultrasonic sensor from a structurally separate ultrasonic transmitter ( 13 ) and an ultrasonic receiver ( 12 ) consists.

Mobile Kleinwasserkraftanlage (1) nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Einheit (14) für die Generierung eines Signales zur Höhenverstellung des Wasserrads (4) oder Rotors ausgebildet ist, derart, dass nach einer Höhenverstellung zur Herausnahme des Wasserrades (4) oder des Rotors aus dem Wasser in Abhängigkeit der Strömungsgeschwindigkeit des fließenden Gewässers das Wasserrad (4) oder der Rotor durch Höhenverstellung in das Wasser zurückbewegt wird.Mobile small hydropower plant ( 1 ) according to claims 1 to 6, characterized in that the electronic unit ( 14 ) for the generation of a signal for height adjustment of the water wheel ( 4 ) or rotor is formed, such that after a height adjustment to remove the water wheel ( 4 ) or the rotor out of the water, depending on the flow velocity of the flowing water, the water wheel ( 4 ) or the rotor is moved back into the water by height adjustment.

Mobile Kleinwasserkraftanlage (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem oder mehreren Schwimmkörper/n (2, 3) mehrere Wasserräder (4) oder Rotoren höhenverstellbar gegenüber dem/n Schwimmkörper/n (2, 3) angeordnet sind.Mobile small hydropower plant ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that on one or more floats / n ( 2 . 3 ) several water wheels ( 4 ) or rotors adjustable in height relative to the floating body (s) ( 2 . 3 ) are arranged.