Titel: Anordnung mit einer vom strömenden Wasser rotierend antreibbaren Einrichtung
Beschreibung
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.
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.
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.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer derartigen Anordnung die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.
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.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Förderelementes ergeben sich aus den Merkmalen des Anspruchs 2 bzw. 3.
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.
In vorteilhafter Weise sind die Merkmale nach Anspruch 3 vorgesehen, wobei der Abstand der Walzen und deren Längen nahezu beliebig sein können.
Sind die Merkmale nach Anspruch 8 und/oder 9 vorgesehen, ist die Anordnung bzw. deren Einrichtung für alle vorgenannten Anwendungen einsetzbar.
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.
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.
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.
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.
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 .
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.
Es zeigen:
Figuren 1A und 1B in Draufsicht bzw. Seitenansicht eine rotierend antreibbare Einrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figuren 2A, 2B und 2C eine Draufsicht, eine Seitenansicht bzw. einen Querschnitt einer rotierend antreibbaren Einrichtung der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 in schematischer Darstellung mehrere in einem Fluss vorgesehene Anordnungen unter Verwendung einer Variante zur in Figur 1 dargestellten Einrichtung zur Energieumwandlung.
Figur 4 eine zur Beseitigung von Gewässerverschmutzungen in einem Fluss vorgesehene Anordnung unter Verwendung einer Einrichtung nach Figur 2,
Figur 5 eine der Figur 4 entsprechende Darstellung, jedoch zur Beseitigung von Verschmutzungen auf dem Meer und unter Verwendung von zwei gegengerichteten Anordnungen, und
Figur 6 in schematischer Darstellung eine Vielzahl von in einer Küstenregion vorgesehenen Anordnungen zur Umlenkung von Meeresströmungen unter Verwendung einer Einrichtung nach Figur 2.
Die in den Figuren 1 und 2 konstruktiv dargestellten Anordnungen 10 bzw. 110 dienen, wie sich aus den Figuren 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.
Die Einrichtung 11 der Anordnung 10 nach den Figuren 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 Figur 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.
Wird die Einrichtung 111 in der in Figur 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.
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.
Ein Beispiel einer Umwandlung von Strömungsenergie im Gewässer in elektrische Energie ist in Figur 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 B1 ' ist. Auf diese Weise können in einem
Binnengewässer ohne Behinderung der Schifffahrt eine oder mehrerer solcher Anordnungen 110' uferseitig plaziert werden.
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.
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.
Die Figuren 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.
Bei der Anordnung 110 gemäß Figur 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.
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.
Figur 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. B1 umlaufen und das verschmutzte Oberflächenwasser Trichterartig zur Absauganlage 136' bzw. deren Trichter 137' führen, aus welchem der Absaugschlauch 138' führt.
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.
Figur 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.
Gemäß Figur 6 sind mehrere Anordnungen 110 in Reihe hintereinander und mehrere Reihen solcher Anordnungen 110 im Abstand parallel zueinander angeordnet.
Wenn auch bei den Anwendungsbeispielen der Figuren 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.