DE4340603A1 - Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung elek­ trischer Energie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, bei der heißes Wasser zur Erzeugung elektrischer Energie verwendet wird.

Bekannte Verfahren und Vorrichtungen, die zur Erzeugung elektrischer Energie thermische Energie verwenden, weisen verschiedene Probleme und Nachteile auf. Das größte Problem bei der Verwendung von Boilern zum Verbrennen von Holz oder Kohle für die Erzeugung elektrischer Energie ist die Um­ weltverschmutzung. Zudem treten technische Probleme bezüg­ lich der Qualität, beim Abschneiden und Transport von Holz oder Kohle auf.

Bei der Verwendung stationärer interner Verbrennungsmaschi­ nen zur Erzeugung elektrischer Energie treten ebenfalls verschiedene Probleme und Nachteile, insbesondere bei ihrer Verwendung während extrem kalter Winter auf, wenn die Ma­ schinen nicht bestmöglich arbeiten. Zusätzlich erfordern ungünstige Wetterbedingungen spezielle Instandhaltungs- und Wartungsmaßnahmen. Weiterhin müssen speziell ausgestaltete Tanker zum Transport des Kraftstoffes verwendet werden.

Die Verwendung von Atomenergie zur Erzeugung elektrischer Energie ist zur Zeit zu kostenaufwendig und ist zudem mit Problemen hinsichtlich eines möglichen Lecks oder ähnlichem verbunden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die diese Nachteile vermeidet und die Erzeugung von Energie auf möglichst einfache, kostengünstige und um­ weltfreundliche Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist derart aufgebaut, daß sie einen Druck auf ein Set von Federn ausübt, die mit ei­ nem ausgewuchteten Schwungrad verbunden sind, um die elek­ trische Energie zu erzeugen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung und ihres Heißwasserreser­ voirs,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1,

Fig. 3 eine Detaildarstellung der Trommel,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Befestigung der Trommel,

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Verbindung der verschiedenen Vorrichtungs­ teile,

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Flüssigkeits­ strömungssystems und

Fig. 7 eine Darstellung der mit einer Reihe von Genera­ toren verbundenen Vorrichtung.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die erfindungsge­ mäße Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie ein Schwungrad 5 auf, das derart befestigt ist, daß es frei um eine zentrale Welle 8 drehbar ist, und das aus einem ge­ eigneten Stahl hergestellt ist. Die Welle 8 ist quer zu ei­ nem Stahlbalken 7 angeordnet, der sich längs eines Durchmessers des Schwungrads 5 erstreckt und über den äuße­ ren Umfang des Rades vorsteht.

An jedem vorstehenden Ende des Balkens 7 ist eine Aufnahme­ pfanne 6, 9 von geeigneter Form und mit geeignetem Volumen befestigt.

Die Aufnahmepfannen 6, 9 sind derart ausgebildet, daß sie ein Wasservolumen aufnehmen und temporär anhäufen, das von einem Paar Wasserreservoirs 3, 4 fällt, die oberhalb der Aufnahmepfannen angeordnet sind. Die Aufnahmepfannen 6, 9 gießen dieses Wasservolumen in zusätzliche Reservoirs 10, 16, die darunter angeordnet sind.

Die konstruktive Anordnung des Schwungrads 5, der Welle 8, des Balkens 7, der Aufnahmepfannen 6, 9 und der Wasserre­ servoirs 3, 4, 10, 16 ermöglicht ein Drehen des Schwungrads 5 sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeiger­ sinn um die Welle 8 herum.

An jedem der oberen Reservoirs 3, 4 sind (nicht darge­ stellte) alternierende Einzelventile vorgesehen, die sich alternativ öffnen und schließen, um den Wasserfluß von den Reservoirs zu den Aufnahmepfannen zu starten und zu unter­ brechen. Diese Anordnung wird verwendet, um die Umdrehung des Schwungrads im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzei­ gersinn zu steuern.

Weiterhin ist das Schwungrad 5 mit inneren bzw. äußeren Zahnradzähnen 17 bzw. 18 versehen. Ein Paar Zahnräder 19, 25 mit einer kleineren Abmessung ist mit den Zahnradzähnen gekoppelt, um die Umdrehung des Schwungrads 5 auf ihre Wel­ len 20, 24 zu übertragen.

Die Zahnräder 19, 25 sind mittels der gemeinsamen Wellen 20, 24 mit einem weiteren Paar Zahnräder 21, 23 gekoppelt, die eine größere Abmessung aufweisen. Jedes Zahnrad 21, 23 weist ein Zahngesperre 61 auf, um eine Umdrehung in Gegen­ richtung zu verhindern.

Ein drittes Zahnrad 22 mit kleinerer Abmessung ist mit ei­ ner Welle 26 zwischen den Zahnrädern 21, 23 gekoppelt. Die Welle 26 weist ein an ihrem gegenüberliegenden Ende befe­ stigtes größeres Zahnrad 27 auf, wodurch ein Getriebe be­ stimmt wird, das mit verschiedenen getriebenen Vorrichtun­ gen 28-36 verbunden ist.

Ein Riemen 37 ist mit einer Riemenscheibe gekoppelt, die am gegenüberliegenden Ende des Getriebes befestigt ist. Hier­ durch wird eine Trommel 40 angetrieben, in der eine Viel­ zahl von Federn 42 befestigt sind.

Eine Stahlwelle 39 erstreckt sich längs der gesamten Länge der Trommel 40 und weist an einem ihrer Enden ein ausge­ wuchtetes Schwungrad 41 auf. Am entgegengesetzten Ende der Welle 39 ist ein Geschwindigkeitsregulator 38 vorgesehen, um die Geschwindigkeit des ausgewuchteten Schwungrads 41 zu steuern.

Im Anschluß an das Schwungrad 41 weist die Welle 39 eine Vielzahl von Riemen 43 auf, die mit einem Energiegenerator 46 verbunden sind. Ein Riemenspanner 44 wird zur Steuerung der Spannung der Riemen verwendet.

Fig. 1 zeigt weiterhin eine horizontale Welle 59, die in der Nähe des unteren Punktes des Schwungrads 5 angeordnet ist. Am inneren Ende der Welle 59 ist ein Zahnrad 60 befe­ stigt, das mit den Zahnradzähnen 17 des Schwungrads 5 in Verbindung steht.

Am gegenüberliegenden Ende der Welle 59 ist ein Kegelrad 58 befestigt, das mit einem weiteren Kegelrad 57 gekoppelt ist, das am unteren Ende einer vertikal angeordneten Gewin­ dewelle 55 befestigt ist. Die Gewindewelle weist einen mit ihr gekoppelten Gewindering 56 auf, der entlang der verti­ kalen Gewindewelle 55 in Verbindung mit der im Uhrzeiger­ sinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgenden Bewegung des Schwungrads 5 auf und ab gleitet.

Mit dem Ring 56 sind zwei Stahlstangen 53, 54 verbunden, um vier Hydraulikkolbenpumpen 47, 48, 49, 50 anzutreiben. Diese Kolbenpumpen pumpen das in einem zentralen Reservoir 12 gesammelte Wasser von den unteren Reservoirs 10, 16 zu einem oberen zentralen Reservoir 1, wo das Wasser von elek­ trischen Widerständen 111 aufgeheizt wird. Dies ist in der schematischen Darstellung des Flüssigkeitsströmungssystems von Fig. 6 dargestellt.

Der Energiegenerator 46 ist mittels einer Leitung 110 mit vier leistungsfähigen elektrischen Maschinen 73, 85, 97 und 109 verbunden, wie in Fig. 7 dargestellt.

Diese Elektromotoren können mit einer Vorrichtung versehen sein, die ähnlich zu der oben beschriebenen ist. Sie weisen Riemenscheiben 71, 83, 95, 107 und Riemen 65, 77, 89, 101 auf, die Trommeln 64, 76, 88, 100 antreiben. Diese Trommeln weisen Wellen 63, 75, 87, 99 auf, die zusätzliche ausge­ wuchtete Schwungräder 66, 78, 90, 102 antreiben, die Wellen mit einer Vielzahl von Riemen 67, 79, 91, 103 und Riemen­ spannern 68, 80, 92, 104 aufweisen. Diese Riemen sind mit Energiegeneratoren 70, 82, 94, 106, 46 verbunden, um mehr Energie zu erzeugen.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist der Riemen 37 mit der Trommelwelle 39 gekoppelt, wodurch diese Trommel die Drehung des ausgewuchteten Schwungrades be­ wirkt.

Gemäß dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung können zwei Getriebesets an den beiden Seiten des Schwungrads 5 befestigt werden, wobei die Mittel zum Antreiben der Was­ serpumpen auf der rechten Seite des Schwungrades angeordnet sind.

Mit Ausnahme der Wasserreservoirs und Tanks, der Wellenla­ ger und Abstützungen, der Stahlwellen und einiger weniger anderer Teile können die meisten Teile aus einem geeigneten Kunststoffmaterial hergestellt werden. Hierdurch wird nicht nur das Gewicht verringert, sondern auch die Gestaltung und der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht. Es handelt sich dann um einen elektrischen Energiegenerator, der aus Kunst­ stoff hergestellt ist. Die Funktionsweise der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung kann als Kombination aus den folgenden vier Basissystemen definiert werden:

Das im zentralen oberen Reservoir 1 gespeicherte, aufge­ heizte Wasser strömt durch eine Hauptleitung 2 in zwei un­ terschiedliche Richtungen in die zweiten Wasserreservoirs 3, 4. An jedem der Reservoirs 3, 4 sind individuelle, com­ putergesteuerte, alternierende (nicht dargestellte) Ventile vorgesehen, die sich alternativ öffnen und schließen, um Wasser von diesen Reservoirs auszugießen.

Das vom Reservoir 3 ausgegossene Wasser wird in der Aufnah­ mepfanne 6 gesammelt, wo es eine bestimmte Zeit angesammelt wird, bis das Volumen und das Gewicht des Wassers eine Dre­ hung des Schwungrades 5 im Gegenuhrzeigersinn bewirken. Das Volumen des Wassers wird in dem unteren Reservoir 16 gesam­ melt und fließt durch eine Leitung 15 zum unteren zentralen Reservoir 12.

Das aus dem Reservoir 4 ausgegossene Wasser wird in der Aufnahmepfanne 9 gesammelt, wo es eine gewisse Zeit ange­ sammelt wird, bis das Volumen und das Gewicht des Wassers eine Drehung des Schwungrades 5 im Uhrzeigersinn bewirken. Das Wasservolumen wird im unteren Reservoir 10 gesammelt, von dem es zum unteren zentralen Reservoir 12 durch eine Leitung 11 fließt.

Die Pumpen 47, 48, 49, 50 empfangen des Wasser vom zentra­ len Reservoir 12 über eine Leitung 13 und pumpen es über eine Leitung 14 zum oberen Reservoir 1 zurück.

Eine derartige Ausbildung ermöglicht es, daß das obere zen­ trale Reservoir 1 ein normales Betriebsniveau von heißem Wasser aufrechterhält, wobei dann, wenn die Aufnahmepfannen 6 oder 9 Wasser in das untere Reservoir 10, 16 gießen, das zentrale Reservoir genügend heißes Wasser aufweist, das in die gegenüberliegende Aufnahmepfanne alternativ und auf­ einanderfolgend gegossen wird, usw. Hierbei werden die Ausgieß- und Füllperioden des heißen Wassers mittels eines computergesteuerten Mechanismus gesteuert, der irgendwelche Probleme hinsichtlich Unterbrechungen vermeidet. Um das kontinuierliche Ausgießen von heißem Wasser sicherzustel­ len, weist das Reservoir 1 einen Wasserhahn auf, mit dein überschüssiges Wasser zum Reservoir 12 zurückgeführt werden kann.

Wie vorstehend beschrieben, dreht sich das Schwungrad 5 al­ ternativ im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn wobei der Drehwinkel von der Positionierung der Aufnahme­ pfannen 6, 9 bezüglich der zentralen Achse 8 des Schwungra­ des abhängt.

Das Schwungrad 5 ist mit den inneren und äußeren Zahnrad­ zähnen 17 bzw. 18 versehen, die mit einem Paar Zahnräder 19, 25 gekoppelt sind. Diese bewirken ein Drehen der Zahn­ räder 21, 22, 23 mittels der Wellen 20, 24. Jedes Zahnrad 21, 23 weist das angekoppelte Zahngesperre 61 auf, wie aus Fig. 2 ersichtlich.

Die Zahngesperre 61 vermeiden eine Gegendrehung der Zahnrä­ der 21, 23 und stellen sicher, daß das Zahnrad 22 sich im­ mer in der gleichen Richtung dreht, wodurch die Welle 26 eine glatte, kontinuierliche Drehbewegung ausführt. Mittels eines Zahnradsets wird bewirkt, daß die Drehbewegung an der Welle 35 größer ist als die anfängliche Drehbewegung.

Mit der Welle 35 ist eine Riemenscheibe 36 gekoppelt, um die Trommel 40 über den Riemen 37 in eine Drehbewegung zu versetzen. Diese Trommel weist eine Vielzahl von Federn 42 auf, die innerhalb der Trommel und auf der Welle 39 befe­ stigt sind. Die Welle 39 weist am einen Ende das ausgewuch­ tete Schwungrad 41 und am gegenüberliegenden Ende den Ge­ schwindigkeitsregulator 38 sowie eine Vielzahl von Riemen 43 auf, die durch den Riemenspanner 44 gespannt werden und die Welle 45 des Energiegenerators 46 antreiben.

Das Zahnrad 60 am einen Ende der horizontalen Welle 59, die mit den inneren Zahnradzähnen 17 gekoppelt ist, verursacht die Drehbewegung der Welle 59. Das Kegelrad 58 am gegen­ überliegenden Ende der Welle 59, das mit einem weiteren, am unteren Ende der vertikal angeordneten Gewindewelle 55 be­ festigten Kegelrad 57 gekoppelt ist, bewirkt ein Auf- und Abgleiten des Gewinderings 56 entlang der Welle 55. Die mit dem Ring 56 verbundenen Stahlstangen 53, 54 treiben die hydraulischen Kolbenpumpen 47, 48, 49, 50 an, um das Wasser vom Reservoir 12 zum oberen zentralen Reservoir 1 zu pum­ pen.

Um im oberen Zentralreservoir 1 heißes Wasser zu erhalten, sind leistungsfähige elektrische Widerstände 111 vorgese­ hen, die von der durch das System erzeugten elektrischen Energie aktiviert werden.

Das Reservoir 1 behält immer ein normales Heißwasserniveau bei, während das Reservoir 12 immer ein Niveau aufrechter­ hält, das ausreichend ist, um eine Fehlfunktion der Wasser­ pumpen 47-50 zu vermeiden. Fällt das Wasserniveau im Re­ servoir 12 aufgrund einer anormalen, durch die kontinuier­ liche Bewegung des heißen Wassers verursachten Verdampfung unterhalb eines akzeptierbaren Niveaus, erfaßt eine Niveau­ anzeige diese Bedingung und aktiviert unmittelbar eine ex­ terne Pumpe, um das Reservoir 12 bis zu seinem normalen Ni­ veau wieder aufzufüllen.

Der Energiegenerator 46 wirkt als Hauptgenerator oder als ähnliche Vorrichtung und ist mit den vier leistungsfähigen elektrischen Maschinen 73, 85, 97 und 109 verdrahtet, wie aus Fig. 7 ersichtlich.

Diese elektrischen Maschinen weisen die Riemenscheiben 71, 83, 95, 107 und die Riemen 65, 77, 89, 101 auf, welche die Trommeln 64, 76, 88, 100 antreiben. Diese Trommeln weisen die Wellen 63, 75, 87, 99 auf, die die zusätzlichen ausge­ wuchteten Schwungräder 66, 78, 90, 102 antreiben. Diese Schwungräder weisen Wellen mit einer Vielzahl von Riemen 67, 79, 91, 103 und die Riemenspanner 68, 80, 92, 104 auf. Diese Riemen sind mit den Energiegeneratoren 70, 82, 94, 106, 46 verbunden, um mehr Energie zu erzeugen.

Um den bestmöglichen Betrieb der Vorrichtung sicherzustel­ len, sollte sie in kalten Regionen zuerst während des Som­ mers aktiviert werden.

In Regionen oder Ländern, wo die Wetterbedingungen während des Winters besonders streng sein können, kann die Vorrich­ tung innerhalb einer geeigneten Scheune oder in besonders gestalteten Plätzen mit Luftgebläsen oder Luftheizungssy­ stemen installiert werden.

Unter den verschiedenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die folgenden herausgestellt werden:

• a) Aufgrund ihrer Konstruktion und Funktionsweise werden die Probleme beseitigt, die bei Verwendung von Boilern, Verbrennungskraftmaschinen, durch den Einsatz von hoch­ qualifiziertem Personal und ähnlichen Dingen auftreten.
• b) Die meisten Teile können aus einem geeigneten Plastik­ material hergestellt werden, so daß die Vorrichtung in we­ nigen Wochen aufgestellt werden kann.
• c) Die Vorrichtung kann Energie an Städte, Industrien und ländliche Bereiche liefern.
• d) Die ausgewuchteten Schwungräder wirken als Turbinenma­ schine.
• e) Die konstruktive Anordnung der Federn und ausgewuchte­ ten Schwungräder können ein auf einfache Weise computerge­ steuertes Energieerzeugungssystem schaffen, dessen Output entsprechend den Verbraucheranforderungen angehoben oder verringert werden kann.
• f) Die Herstellkosten der Vorrichtung sind im Vergleich mit anderen zur Zeit erhältlichen Systemen sehr gering, wo­ bei ihr Betriebsstoff lediglich von einer externen Wasser­ quelle abhängt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie mit:
einem drehbaren Schwungrad (5), das eine zentrale Welle (8) aufweist, die quer zu einem Balken (7) angeordnet ist, der sich entlang seines Durchmessers erstreckt und über den äußeren Umfang des Rades vorsteht,
Aufnahmepfannen (6, 9), die an jedem vorstehenden Ende des Balkens (7) zur Aufnahme und Anhäufung eines Wasservolumens befestigt sind, das von Wasserreservoirs (3, 4) herabfällt, die oberhalb der Aufnahmepfannen angeordnet sind und das Wasservolumen auf Reservoirs (10, 16) gießen, die unterhalb der Pfannen angeordnet sind, wobei das Schwungrad sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn drehbar ist,
inneren und äußeren Zahnradzähnen (17, 18) am Schwungrad (5) zur Übertragung der Drehbewegung mittels einer Reihe von Zahnrädern auf eine Trommel (40), die eine Vielzahl von darin befestigten Federn (42) und ein ausgewuchtetes Schwungrad (41) an einem ihrer Enden aufweist,
wobei das ausgewuchtete Schwungrad mit einem Energiegenera­ tor (46) mittels einer Vielzahl von Riemen (43) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Reservoirs (3, 4) Ventile aufweisen, die sich alternativ öffnen und schließen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Welle (39) einen Geschwindigkeitsregula­ tor (38) an ihrem zum ausgewuchteten Schwungrad (41) gegen­ überliegenden Ende aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine horizontale Welle (59) vorgesehen ist, die ein Zahnrad (60) aufweist, das mit den inneren Zahnradzähnen (17) an einem ihrer Enden gekoppelt ist, sowie ein Kegelrad (58) an ihrem gegenüberliegenden Ende, das mit einem Kegelrad (57) gekoppelt ist, das am un­ teren Ende einer vertikal angeordneten Gewindewelle (55) befestigt ist, wobei die horizontale Welle (59) zur Über­ tragung einer Drehbewegung auf die Gewindewelle verwendet wird und wobei ein Gewindering (56) in Verbindung mit der Rotation des Schwungrads (5) an der vertikalen Welle (55) auf und ab gleitet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewindering (56) ein Paar Stangen (53, 54) auf­ weist, die mit diesen zum Antreiben von vier Hydraulikpum­ pen (47, 48, 49, 50) verbunden sind, um in einem zentralen Reservoir (12) gesammeltes Wasser zu einem oberen zentralen Reservoir (1) zu pumpen, das mittels elektrischer Wider­ stände (111) beheizt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (46) mittels einer Verdrahtung (110) mit vier elektrischen Maschinen (73, 85, 97, 109) verbunden ist, die Riemenscheiben (71, 83, 95, 107) und Riemen (65, 77, 89, 101) aufweisen, um Trommeln (64, 76, 88, 100) anzu­ treiben, die Wellen (63, 75, 87, 99) aufweisen, die zusätz­ liche ausgewuchtete Schwungräder (66, 78, 90, 102) antrei­ ben, die Wellen mit einer Vielzahl von mit Generatoren (70, 82, 94, 106) verbundene Riemen (67, 79, 91, 103) und Rie­ menspanner (68, 80, 92, 104) aufweisen.