WO2014015446A2 - Vorrichtung zur entnahme von elektrischer energie aus wasserkraft - Google Patents

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WO2014015446A2
WO2014015446A2 PCT/CH2013/000134 CH2013000134W WO2014015446A2 WO 2014015446 A2 WO2014015446 A2 WO 2014015446A2 CH 2013000134 W CH2013000134 W CH 2013000134W WO 2014015446 A2 WO2014015446 A2 WO 2014015446A2
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generator
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Felix Widmer
Martin Ruge
Markus Felix
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Wrh Walter Reist Holding Ag
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Definitions

  • the invention relates to a system for removing electrical energy from hydropower.
  • the kinetic energy of the incoming water is used to drive a generator to generate electricity.
  • Anströmorgane such as turbine blades, provided which are flowed through by the water and set in motion.
  • Hydropower plants of the first type can be found in river power plants or storage power plants. Even the mid-submersed water wheel is operated in this way.
  • a second type of plant not primarily the kinetic energy of the inflowing water but rather its potential energy released during the passage of a potential gradient is used.
  • the gravitational force of the water acting on a Anströmorgan drives a drive member.
  • This principle is used, for example, in the overshot waterwheel.
  • the term "extraction of electrical energy" is used.
  • EP-A-1 731 756 describes a hydropower plant which utilizes the potential energy of water to convert electrical energy
  • the system consists of a hydroelectric power unit with a vertical shaft and a power generator connected to the hydro power unit, with shafts attached to a chain which receive a certain volume of water
  • the plant is comparatively inflexible with regard to its possible uses, since it can only be carried out together with a vertical shaft
  • WO 2011/041918 likewise describes a plant for the conversion of electrical energy from hydropower, which contains a circulating drive chain mi t a load and a return.
  • the system includes a generator for converting electrical energy from the revolving drive chain.
  • the water is fed to a higher inlet area in the water channel, the in the vanes dipping the water guide channel retain the inflowing water in the formed Wasserfactab former.
  • the blades are driven by the weight of the water, whereby the water in the receiving compartments is guided along the water duct to a lower outlet.
  • the solution described has the disadvantage that the blade guide in the water guide channel is rather imprecise, so that the receiving compartments are too permeable in the direction of movement for the entrained water and a part of the compassionate water unused the water supply channel flows down to the outlet.
  • the installation of the system is relatively complex and cumbersome.
  • the energy conversion is not optimally implemented.
  • the water guide channel preferably runs parallel to the direction of flow of the water.
  • two adjacent Anströmorgane form in the region of the load section a along the water guide channel entrained water receiving compartment.
  • the moving water storage compartment is viewed laterally from stationary channel walls as viewed in the direction of movement.
  • the Anströmorgan which is flowing in an inlet region of the water, thus serves as a partition, which limits the Wasserabilityabmaschine in the longitudinal direction of the Wasser colirungskanals.
  • each preferably at least one stiffening element, also called reinforcing element, on.
  • the Anströmorgane preferably each have at least two, off-center or laterally arranged stiffening elements.
  • the stiffening elements are preferably arranged in a lateral end region of the Anströmorgane.
  • the stiffening elements may, for. B. be formed as stiffening ribs or stiffening walls or transverse walls.
  • the deflecting elements are formed by arc sections of the guide profile, which connect the guide profiles in the load and return section with each other.
  • the Anströmorgane are forcibly guided in the deflection by the guide profiles.
  • the elbows of the guide profiles can also be part of the deflection, which z. B. as described below may include a rotary body with.
  • the rotary body has e.g. arranged along its circumference drive recesses, in which engage elements of the Anströmorgane and drive in this way the rotary body.
  • These elements may be connecting elements of drive links or roller axes of guide rollers.
  • the drive arrangement forms a return section lying opposite the load section, in which the inflow organs are moved back from the lower gravitational potential back to the higher gravitational potential.
  • both forces act directly on the Anströmorgan namely at the place of their formation, namely in the load section.
  • the drive assembly is thus claimed considerably less mechanically. In particular, much less compressive or tensile stresses occur, since the forces which generate these stresses are already present in the load at the point of origin. be removed by the linear generator. As a result, the life of the drive assembly is substantially increased and reduces the maintenance costs.
  • a plurality of excitation coils arranged serially one behind the other and / or parallel to one another can be provided, which cooperate with corresponding exciter magnets on the inflow organs.
  • the inventive system described above with at least one linear generator is to be understood as an independent invention, which is not necessarily bound to a modular design of the system.
  • the corresponding features with respect to the linear generator are therefore to be regarded as independent.
  • the load section and optionally also the return section preferably run in an inclined plane. That is, the Anströmorgane be moved in these areas linearly and with a constant angle of inclination to a horizontal plane.
  • the angle of inclination in the region of the load section and / or ditchzhouabsclinittes is variable.
  • water is introduced into the inclined water supply duct of the system in a higher inlet area.
  • Anströmorgane be performed by the upper deflecting member in an arcuate, in particular circular trajectory from the return section in the inlet region and immerse in the water supply channel.
  • water flows from the feed channel into the water guide channel and flows to the submerged Anströmorgan.
  • the inflowing water is thus introduced into the simultaneously forming water absorption compartments.
  • the water is kept in the water absorption compartments. That is, the water can not freely go down the water guide channel.
  • the water drawn in the receiving compartments drives the inflow organs through the potential gradient, that is, due to gravity, along the water guide channel in the direction of the lower deflecting element or outlet region.
  • the inflow members are swiveled out of the load section and correspondingly out of the water guide channel via an arcuate or even partially circular path, so that the entrained water in the outlet region is released from the water absorption compartments and can be removed.
  • the inflow members may be provided from case to case between the upper and lower deflecting further deflecting organs.
  • Figure 1 a perspective view of a erfmdungsgefflessen plant
  • FIG. 3 shows a perspective view of a system according to the invention during assembly of the energy extraction module
  • Figure 5 a side view of a particular embodiment of a system according to the invention.
  • FIG. 6 shows a side view of a further particular embodiment of a system according to the invention.
  • FIG. 8b shows an enlarged section from the region of the exciter coil / magnet arrangement according to FIG. 7; 9 is a perspective view of the guided in a guide channel Anströmorgans according to FIG. 7
  • the inventive system 1 shown in Figure 1 for the removal of electrical energy from hydropower is installed in a water-bearing area with gradient.
  • the plant 1 contains an energy extraction module 2.
  • the water supply channel 11 of the energy extraction module 2 is fed by a water inlet region 15 via a water supply channel 17, useful water in the flow direction W.
  • the useful water is guided along the gradient through the water supply channel 1 1 and released in an outlet 16 again from the energy extraction module 2.
  • the power take-off module 2 contains a drive arrangement with a plurality of Anströmorganen 8.
  • the Anströmorgane 8 of the drive assembly are circumferentially guided or driven around a first upper deflecting member 5 and spaced from the first deflecting 5 second lower deflecting members 6 in a circumferential direction R.
  • the Anströmorgane 8 are connected together to form a drive chain.
  • the Anströmorgane 8 are positively guided in pairs and parallel to each other, laterally arranged by the An Strömorganen 8 guide profiles 9a, 9b.
  • the guide profiles 9a, 9b form a circumferentially closed guide for the Anströmorgane 8.
  • the Anströmorgane 8 have laterally mounted guide rollers 32 which are guided in the guide profiles 9a, 9b.
  • the guide rail pair 9a, 9b has between the two deflecting members 5, 6 straight trained and parallel to each other guide rail sections.
  • the straight guide rail sections are inclined in the assembled state of the system 1. The inclination corresponds to the useful gradient.
  • the guide rails 9a, 9b are guided in the region of the deflection in an arc around the deflecting members 5, 6.
  • the drive arrangement forms a load section 3 in the region of the water guide channel 11 and a return section 4 extending over the load section 3 and parallel to it.
  • the forcibly guided Anströmorgane 8 run in the load section 3 in the water supply channel 1 1.
  • the arranged transversely to the water supply channel 1 1 Anströmorgane 8 form together with the water supply duct 11 Wasserability- compartments.
  • the upper and lower deflecting members 5, 6 each contain a rotary body which is rotatably mounted about an axis of rotation.
  • the rotary body is driven by the movement of the partially driven around this drive arrangement.
  • the drive arrangement is in a partially circumferential positive and / or frictional engagement with the rotary body.
  • the energy extraction module 2 further includes a power generator 10, which is coupled to the upper deflecting member 5 and with its rotary body via a transmission.
  • the power generator 10 converts potential Energy of the guided in the water receiving compartments along a potential gradient down to the outlet area indirectly via the driven along an orbit driven drive assembly into electrical energy.
  • the drive assembly with the Anströmorganen 8, the deflection members 5, 6, the power generator 10 and the water supply channel 1 1 are housed in a module frame 24 and connected thereto.
  • the guide profiles 9a, 9b form part of the module frame 24.
  • the two guide profiles 9a, 9b arranged parallel to one another are connected to a cage-like structure via transverse struts 25 for this purpose.
  • the module frame 24 comprises interface means in the form of four module feet 13 each arranged laterally on the frame base.
  • the system 1 further comprises a base frame 7.
  • the base frame 7 is in the form of a lead frame and contains two parallel longitudinal beams 21a, 21b and the longitudinal beams 21a, 21b interconnecting rungs 22.
  • the longitudinal beams 21a, 21b are parallel to the plane, which is formed by the circumferential direction R of the energy extraction module 2 aligned.
  • the base frame 7 includes on its frame base four frame feet 12, via which the base frame 7 is supported on the foundation.
  • the base frame 7 further has interface means 23 for receiving the module feet 13 on its upper side of the frame.
  • the module frame 24 is bolted to the base frame 7 via the module feet 13 (see also FIG. 2).
  • the undercarriage 7 is designed individually for the topography of the substrate 14 or for the position of the foundations.
  • the base 7 is bolted to the frame feet 12 in the foundation.
  • the energy extraction module 2 further includes a coupling unit 26 arranged to the inlet region 15, via which the water supply channel 11 is coupled to a water supply channel 17.
  • the water supply channel 17 carries the useful water from the inlet region 1 to the water supply channel 1 1.
  • the coupling unit 26 is also bolted to the base 7 via corresponding screw connections.
  • the module frame 24 includes in its upper, the water supply channel 1 1 opposite frame section four attachment points in the form of retaining rings 19. On the retaining rings 19, the tether 20 a lifting device, such as crane, attach. The module frame 24 can be positioned in this way by means of the lifting device on the installation site and set with the module feet 13 accurately on the connection interfaces 23 of the already installed undercarriage 7 (see Figure 3).
  • the system 1 also includes a control device 18, via which it is controlled.
  • FIG. 4 shows an enlarged perspective detail of the water supply channel 17, which connects the inlet region 15 with the water supply channel 1 1 of the energy extraction module 2.
  • the opening of the water supply channel 17 pointing towards the inlet region 15 is provided with a passage-limiting device 30.
  • the passage restricting means 30 includes a grille 31 extending across the passage opening which serves to prevent coarse matter from entering the water supply passage 17.
  • FIG. 5 shows the air flow elements 48 forcibly guided along a circulation path around an upper and lower deflection element 44, 47 and via guide rollers 45 in guide profiles 49a, 49b.
  • the Anströmorgane 48 extend in the load section 43, which is disposed between an upper inlet region 40 and lower outlet region 46, in a water supply channel 41st
  • the useful water flows in the direction of flow W to the inlet region 40.
  • the Anströmorgane 48 form with the water supply channel 41 Wasseringabmaschine.
  • the load section 43 includes three linear load subsections 43a, 43b, 43c which, viewed in the direction of rotation R, have an inclination that increases relative to a horizontal.
  • a first load section 43a viewed in the direction of rotation R, has a first angle of inclination oti relative to a horizontal.
  • a second load section 43b adjoining the first load section 43a has an angle ot relative to the first section 57a of the load. increased angle of inclination.
  • a third and last load section 43c adjoining the second load section 43a has, relative to the second load section 43b, an angle of inclination increased by the angle oc 3 .
  • the drive arrangement further forms a load section 43 opposite and arranged above this return section 42.
  • the inflow organs are returned from the outlet region 46 back into the inlet region 40.
  • a linear generator can be arranged in the load subsections 43a, 43b, 43c.
  • FIG. 6 shows the intake elements 58 forcibly guided along a circulation path around an upper and lower deflection member 54, 57 and guide rollers 55 in guide profiles 59a, 59b of a drive arrangement.
  • the Anströmorgane 58 run in the load section 53, which between an upper inlet region 50 and The outlet water 56 is in the flow direction W to the inlet region 50.
  • the Anströmorgane 58 form with the water supply channel 51 Wasserfactabmaschine.
  • the load section 53 includes three linear load section sections 53a, 53b, 53c which, viewed in the direction of revolution R, have a decreasing inclination relative to the horizontal in the embodiment of FIG.
  • a first load section 53a viewed in the direction of rotation R has a first inclination angle ⁇ i with respect to a horizontal.
  • a second load-part section 53b which adjoins the first load-part section 53a, has an angle of inclination, reduced by the angle ⁇ 2, compared to the first load-section section 53a.
  • a third and last load section 53c adjoining the second load section 53a has a tilt angle reduced by the angle ⁇ 3 relative to the second load section 53b.
  • the Antriebsand eleven further forms a the load section 53 opposite and arranged above this return section 52.
  • the inflow organs are led back from the outlet region 56 back into the inlet region 50.
  • a linear generator can be arranged in the load part sections 53a, 53b, 53c.
  • FIGS. 7 to 9 show a particular embodiment of a Anströmorgans 70 cooperating with a linear motor, in a direction of rotation R.
  • the Anströmorgan 70 includes a planar inflow 71, which extends transversely in a water supply channel 90, and which is supplied by the water and this retained in a water receiving compartment 91 formed, inter alia, by the inflow element 71.
  • the Anströmorgan 70 also includes transverse to the Anströmelement 71 extending ie oriented in the direction of rotation R stiffening walls 76. These serve the stiffening of the planar Anströmelements 71.
  • the Anströmorgan 70 further includes an adjoining the Anströmelement 71, transverse to this and the Wasser arrangementskanai 90 oriented support wall 77th The support wall 77 is arranged towards the channel opening.
  • Anströmorgane 70 are connected via laterally arranged connecting members 75 together to form a chain-like drive assembly 78.
  • the connecting links 75 are arranged on the support wall 77.
  • the Anströmorgan 70 further includes each laterally arranged and connected to the connecting members 75 via a roller axis guide rollers 73.
  • the guide rollers 73 are part of a guide means 84 each guided in a guide channel of a guide rail 80, which is also part of the guide means.
  • the two guide rails 80 of the guide device 84 are each arranged laterally from the water guide channel 90 in the region of the channel opening.
  • the connecting member 75 comprises a fork-shaped receiving portion with two forked lugs, which each have an opening for passing through the roller axis. Furthermore, the connecting member 75 comprises a receiving body which is opposite the fork-shaped receiving portion in the direction of rotation R. This also contains a breakthrough for inserting the roller axle.
  • pairings of straightening rollers 74 are arranged on the support wall 77.
  • a roll-off element 83 is fastened to the holding component 81, which protrudes from the holding component 81 in the direction of the inflow member 70 and correspondingly to the pair of straightening rollers 74.
  • the rolling element 83 is guided between the two straightening rollers 74 of the straightening roller pairing. If the Anströmorgane 70 driven in the direction of rotation R, roll the straightening rollers 74 backlash along the Abrollelement 83 from. This ensures an extremely precise lateral guidance with small tolerances. This guidance accuracy allows an arrangement of excitation coils 82 and excitation magnets 72 in a very small lateral distance from each other. The air gap between excitation coils 82 and exciter magnet 72 can be kept correspondingly small, which in turn increases the efficiency of the linear generator.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage (1) zur Entnahme von elektrischer Energie aus Wasserkraft. Die Anlage (1) umfasst ein als Montageeinheit ausgebildetes Energieentnahmemodul (2). Dieses enthält eine Antriebsanordnung mit einer Mehrzahl von Anströmorganen (8), die durch Wasserkraft in eine Umlaufrichtung (R) antreibbar ist, zwei voneinander beabstandete Umlenkorgane (5, 6), um welche die Antriebsanordnung umlaufend geführt ist, einen Stromerzeugungsgenerator (10) zur Entnahme von elektrischer Energie aus der umlaufenden Antriebsanordnung, einen Wasserführungskanal (11) zur Ausbildung von Wasseraufnahmeabteilen im Zusammenwirken mit den Anströmorganen (8) sowie ein Modulgestell (24), mit welchem die Antriebsanordnung, die Umlenkorgane (5, 6), der Stromerzeugungsgenerator (10) und der Wasserführungskanal (11) verbunden sind. Das Modulgestell (24) enthält Schnittstellenmittel (13), über welche das Energieentnahmemodul (2) mit einem Unterbau (7) verbunden ist.

Description

VORRICHTUNG ZUR ENTNAHME VON ELEKTRISCHER ENERGIE AUS WASSERKRAFT
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Entnahme von elektrischer Energie aus Wasserkraft.
Es sind eine Vielzahl von Vorrichtungen bekannt, welche das Potentialgefälle von Wasser oder dessen kinetische Energie nutzen, um daraus elektrische Energie zu wandeln. In diesem Zusammenhang unterscheidet man grundsätzlich zwei Anlagentypen.
Gemäss einem ersten Anlagetyp wird die kinetische Energie des anströmenden Wasser genutzt, um damit einen Generator zur Stromerzeugung anzutreiben. Hierzu sind Anströmorgane, wie Turbinenschaufeln, vorgesehen, welche vom Wasser angeströmt und durch dieses in Bewegung gesetzt werden. Wasserkraftanlagen des ersten Typs finden sich in Flusskraftwerken oder Speicherkraftwerken. Auch das mittel-unterschlächtige Wasserrad wird auf diese Weise betrieben.
Gemäss einem zweiten Anlagentyp wird nicht primär die kinetische Energie des anströmenden Wassers sondern vielmehr dessen frei werdende potentielle Energie während des Durchlaufens eines Potentialgefälles genutzt. Das heisst. gemäss diesem Prinzip treibt die Gravitationskraft des auf ein Anströmorgan wirkenden Wassers ein Antriebsorgan an. Dieses Prinzip wird beispielsweise beim oberschlächtigen Wasserrad genutzt. In vorliegender Erfindung wird der Ausdruck "Entnahme von elektrischer Energie" verwendet. Dieser Ausdruck steht synonym für die oftmals verwendeten Ausdrücke wie "Energiewandlung, "Energiegewinnung" oder "Energieerzeugung". Die EP-A-1 731 756 beschreibt beispielsweise eine Wasserkraftanlage, bei welcher die potentielle Energie von Wasser zur Wandlung von elektrischer Energie genutzt wird. Die Anlage beinhaltet eine Wasserkrafteinheit mit einem vertikalen Schacht und einen mit der Wasserkrafteinheit verbundenen Stromerzeugungsgenerator. Im Schacht sind an einer Kette befestigte Schaufeln angeordnet, welche ein bestimmtes Volumen Wasser aufnehmen. Durch das auf den Schaufeln lastende Gewicht des Wassers wird die Kette und über diese ein Stromerzeugungsgenerator angetrieben. Die Anlage ist vergleichsweise unflexibel bezüglich ihrer Einsatzmöglichkeiten, da diese nur zusammen mit einem vertikalen Schacht ausführbar ist. Die WO 2011/041918 beschreibt ebenfalls eine Anlage zur Wandlung von elektrischer Energie aus Wasserkraft. Diese enthält eine umlaufende Antriebskette mit einem Last- und einem Rücktrum. Die Antriebskette ist in einer Umlaufrichtung um zwei sowohl horizontal als auch vertikal voneinander versetzt angeordnete Umlenkorgane geführt. Die Antriebskette enthält eine Mehrzahl, von in Umlaufrichtung hintereinander angeordneten und voneinander beabstandeten Anströmorgane. Die Anströmorgane bilden jeweils Teil eines Kettengliedes der Antriebskette. Die Anströmorgane greifen auf der Seite des Lasttrums in einen geneigten Wasserführungskanal ein und bilden mit den seitlichen Kanalwänden sowie dem Kanalboden Wasseraufnahmeabteile aus. Die einzelnen Wasseraufnahmeabteile nehmen im Einlaufbereich ein bestimmtes Volumen Wasser auf, welches erst im Auslassbereich wieder aus dem Wasseraufnahmeabteil entlassen wird.
Im Weiteren enthält die Anlage einen Generator zur Wandlung von elektrischer Energie aus der umlaufenden Antriebskette. Das Wasser wird an einem höher gelegenen Einlaufbereich in den Wasserführungskanal eingespiesen, wobei die in den Wasserführungskanal eintauchenden Schaufeln das einfliessende Wasser in den gebildeten Wasseraufnahmeabteilen zurückhalten. Die Schaufeln werden durch die Gewichtskraft des Wassers angetrieben, wodurch das Wasser in den Aufnahmeabteilen entlang des Wasserführungskanals zu einer tiefer gelegenen Auslassöffnung geführt wird. Die beschriebene Lösung weist den Nachteil auf, dass die Schaufelführung im Wasserführungskanal recht unpräzise ist, so dass die Aufnahmeabteile in Bewegungsrichtung für das mitgeführte Wasser zu durchlässig sind und ein Teil des mitgefühlten Wassers ungenützt den Wasserführungskanal zum Auslassbereich hinunter fliesst. Ferner ist auch die Montage der Anlage vergleichsweise komplex und umständlich. Überdies ist auch die Energiewandlung nicht optimal umgesetzt.
Es ist daher Aufgabe vorliegender Erfindung, die Führung der Anströmorgane im Wasserführungskanal sowie die Wasserführung im Allgemeinen zu verbessern sowie die Energiewandlung zu optimieren, um nicht zuletzt den Wirkungsgrad der Anlage zu erhöhen. Ferner soll die Anlage vor Ort schnell und einfach installierbar sein.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen sowie aus der Beschreibung und den Figuren hervor.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Anlage ein als Montageeinheit ausgebildetes Energieentnahmemodul enthält. Das Energieentnahmemodul enthält seinerseits eine Antriebsanordnung mit einer Mehrzahl von Anströmorganen, die durch Wasserkraft in eine Umlaufrichtung antreibbar ist. Ferner enthält das Energie- entnahmemodul mindestens zwei voneinander beabstandete Umlenkorgane, um welche die Antriebsanordnung umlaufend geführt ist.
Das Anströmorgan enthält ein sich quer über den Wasserführungskanal erstreckendes, wand förm iges Anströmelement. Im Weiteren enthält das Energieentnahmemodul mindestens einen Generator zur Entnahme von elektrischer Energie mittels der umlaufenden Antriebsanordnung. Überdies enthält das Energieentnahmemodul auch einen Wasserführungskanal zur Ausbildung von Wasseraufnahmeabteilen im Zusammenwirken mit den Anström- organen.
Das Energieentaahmemodul enthält femer auch ein Modulgestell, mit welchem die Antriebsanordnung mit den Anströmorganen, die Umlenkorgane, der Stromerzeugungsgenerator und der Wasserführungskanal verbunden sind. Das Modul- gesteh kann als käfigartige Struktur ausgelegt sein. Das Modulgestell ist insbesondere eine Struktur mit bzw. aus Profilen und Verbindungselementen.
Das Modulgestell enthält Schnittstellenmittel, über welche das Energieentnahmemodul lösbar oder nicht-lösbar mit einem Unterbau verbunden werden kann. Die Schnittstellennlittel sind bevorzugt an der Gestellbasis angeordnet. Das Modulgestell ist über die Schnittstellenmittel mittels einer Form-, Stoff- und/oder Kraftschlussverbindung mit dem Unterbau verbunden. Die Verbindung kann z. B. eine Schraub-, Niet-, Schweiss- oder Klebverbindung oder eine Kombination mehrerer Verbindungsarten sein.
Die Schnittstellenmittel des Modulgestells beinhalten gemäss einer bevorzugten Ausführungsform Modulfüsse, über welche das Energieentnahmemodul mit dem Unterbau verbunden werden kann. Hierzu ist das Modulgestell und mit diesem das Energieentnahmemodul über die Modulfüsse auf dem Unterbau abgestützt.
Der Unterbau kann direkt ein Fundament im Boden oder eine zwischen Fundament bzw. Boden und dem Energieentnahmemodul angeordnete Stützstruktur sein.
Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält die Anlage eine als Unterbau ausgestaltete Stützstruktur in Form eines Untergestells, auf welcher das Energieentnahmemodul über seine Schnittstellenmittel abgestützt ist. D.h., das Energieentnahmemodul ist über seine Schnittstellenmittel am Untergestell befestigt.
Das Untergestell ist bevorzugt ebenfalls über entsprechende Sclmittstellenmittel auf einem Fundament abgestützt. D.h., das Untergestell ist über seine Schnittstellenmittel auf dem Fundament lösbar oder nicht-lösbar fixiert. Das Untergestell ist über die Schnittstellenmittel bevorzugt mittels Schraub- oder Nietverbindungen mit dem Fundament verbunden.
Die Schnittstellenmittel des Untergestells können Gestellfüsse beinhalten, welche auf dem Fundament abgestützt und mit diesem verbunden sind.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist das Untergestell als Leiterrahmen mit Längsholmen und quer zu diesen verlaufenden Sprossen ausgebildet. Die Längsholme verlaufen bevorzugt parallel zur Umlaufrichtung des Energieeiitiiahmemoduls bzw. parallel zur Nutzwasserführung.
Das Untergestell enthält überdies auch Verbindungsschnittstellen zum Verbinden desselbigen mit den Verbindungsschnittstellen des Modulgestells, insbesondere zur Aufnahme der Modulfüsse des Modulgestells.
Das Untergestell ist bevorzugt individuell auf die Topographie des Untergrundes bzw. auf die Lage der Fundamente ausgelegt. Das Untergestell weist jedoch jeweils zu den Verbindungsschnittstellen, insbesondere den Modulfüssen des Modulgestells passend ausgelegte Befestigungsschnittstellen auf. Dadurch können die Modulgestelle unabhängig von der Topographie der Installationsstelle bzw. der Anordnung der Fundamente immer gleich ausgebildet werden. Das Untergestell übt in diesem Sinne die Funktion eines Adapters zwischen Untergrund bzw. Fundament und Modulgestell aus. Das Untergestell kann z. B. zwecks Anpassung an die in einer Neigung des Bodens horizontal ausgerichteten Fundamente stufenartig ausgelegt sein.
Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung enthält das Modulgestell Befestigungs- elemente, über welche das Energieentnahmemodul zwecks Montage auf den Unterbau mit einer Montageeinrichtung verbunden werden kann. Die Montageeinrichtung kann z. B. eine Hebeeinrichtung sein, an welche das Energieentnahmemodul über die Befestigungselemente befestigt werden kann. Mit der Hebeeinrichtung wird das Energieentnahmemodul über die Installationsstelle geführt und an der richtigen Position abgesetzt.
Die Erfindung betrifft überdies auch ein Energieentnahmemodul für eine erfmdungs- gemässe Anlage. Das Energieentnahmemodul zeichnet sich dadurch aus, dass dieses als Montageeinheit ausgebildet ist. Das Energieentnahmemodul enthält erfmdungs- gemäss die bereits eingangs genannten Merkmale.
Das Energieentnahmemodul kann im Weiteren Führungsmittel umfassen, entlang welchen die Anströmorgane wenigstens im Bereich des Wasserführungskanals, d.h. des Lastabschnittes, zwangsgeführt sind. Die Anströmorgane weisen hierzu bevorzugt Führungselemente auf, welche mit den Führungsmitteln kooperieren. Die Führungsmittel können Teil des Modulgestells sein.
Die Führungsmittel sind bevorzugt parallel zur Umlaufrichtung verlaufende Füh- rungsprofile. Das Energieentnahmemodul weist besonders bevorzugt zwei seitlich aussen parallel zueinander angeordnete Führungsprofile auf. Die Führungsprofile bilden bevorzugt Lauf- bzw. Gleitflächen für die Führungselement aus. Die Führungsprofile bilden bevorzugt einen Teil des Modulgestells aus. Die beiden parallel nebeneinander angeordneten Führungsprofile können über Querstreben zu einer käfigartigen Struktur verbunden sein. Die Führungselemente können als Führungsrollen oder Gleitelemente ausgebildet sein. Die Gleitelemente können Gleitschuhe sein. Der Begriff "Rollen" umfasst sämtliche Körper, welche geeignet sind, über eine Oberfläche abzurollen. Darunter fallen z. B. auch Räder und Kugeln. Zwangsgeführt bedeutet, dass die Führungselemente über die Führungsmittel, bezogen auf ein dreidimensionales orthogonales oder polares Koordinatensystem, wenigstens in zwei Raumrichtungen geführt sind. Diese zwei Raumrichtungen sind einander bevorzugt entgegen gesetzt. Das Energieentnahmemodul enthält ein oberes und unteres Umlenkorgan. Das obere Umlenkorgan ist in einem Einlaufbereich angeordnet, in welchem dass Wasser in den Wasserführungskanal eingelassen wird. Das untere Umlenkorgan ist in einem Auslassbereich angeordnet, in welchem das Wasser aus den Wasseraufnahmeabteilen entlassen wird.
Die beiden Umlenkorgane sind in Montageposition bevorzugt sowohl horizontal als auch vertikal zueinander versetzt angeordnet. Der Wasserführungskanal ist in Montageposition geneigt ausgebildet. Zwischen dem oberen und unteren Umlenkorgan bildet die Antriebsanordnung im Bereich des Wasserführungskanals einen Lastabschnitt aus, in welchem die Anströmorgane vom oberen zum unteren Umlenkorgan bewegt werden. Oberhalb des Lastabschnittes bildet die Antriebsanordnung einen Rückführabschnitt aus, in welchem die Anströmorgane vom unteren Umlenkorgan zum oberen Umlenkorgan zurückgeführt werden. Die Anströmorgane sind im Bereich des Lastabschnittes quer zum Wasserführungskanal orientiert und greifen in diesen ein. Der Lastabschnitt verläuft bevorzugt parallel zur Fliessrichtung des Wassers entlang des Lastabschnittes. Die Anströmorgane bewegen sich entlang des Lastabschnittes bevorzug in Fliessrichtung des Wassers. Der Wasserführungskanal verläuft bevorzugt parallel zur Fliessrichtung des Wassers. Jeweils zwei benachbarte Anströmorgane bilden im Bereich des Lastabschnittes ein entlang des Wasserführungskanals mitbewegtes Wasseraufnahmeabteil aus. Das bewegte Wasseraufnahmeabteil wird in Bewegungsrichtung betrachtet seitlich von stationären Kanalwänden begrenzt. Das Anströmorgan, welches in einem Einlaufbereich vom Wasser angeströmt wird, dient somit als Trennwand, welche die Wasseraufnahmeabteile in Längsrichtung des Wasserfülirungskanals begrenzt.
Die einzelnen Wasseraufnahmeabteile nehmen in Einlaufbereich ein bestimmtes Volumen Wasser auf, welches erst im Auslassbereich wieder aus dem Wasseraufnahmeabteil entlassen wird.
Die Anlage enthält bevorzugt einen Wasserzufuhrkanal, welcher das Nutzwasser vom Einlaufbereich zum Wasserführungskanal des Energieentnahmemoduls führt.
Gemäss einer Weiterentwicklung der Erfindung enthält die Anlage eine Kopplungs- einheit, über welche der Wasserführungskanal des Energieentnahmenioduls mit dem Wasserzuführkanal koppelbar ist. Die Kopplungseinheit ist entsprechend zum Einlaufbereich hin angeordnet. Die Kopplungseinheit kann eine Schiebereinrichtung enthalten, mittels welcher der Zufluss des Wassers vom Wasserzufuhrkanal in den Wasserführungskanal reguliert werden kann. Die Kopplungseinheit weist bevorzugt ebenfalls Verbindungsschnittstellen auf, über welcher diese mit dem Unterbau, z. B. einem Untergestell oder einem Fundament verbindbar ist. Die Kopplungseinheit kann als Teil des Energieentnahmemoduls oder als separate Baugruppe ausgebildet sein.
Der Wasserführungskanal bildet bevorzugt ein U-förmiges Querschnittsprofil mit einem Kanalboden und zwei Kanal Seiten wänden aus. Die Anströmorgane sind zweckmässig berührungsfrei zum Wasserführungskanal geführt. Da die Position der Anströmorgane relativ zum Wasserführungskanal dank der Zwangsführung durch die Führungsmittel sehr genau festgelegt werden kann, weisen die Anströmorgane nur geringe Abstände zu den benachbarten Kanalwänden auf. Der Spaltabstand kann z. B. lediglich 1 bis 5 mm, insbesondere lediglich 2 bis 3 mm, betragen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemässen Anlage liegt darin, dass das Energieentnahmemodul bereits beim Hersteller mit entsprechend geringen Fertigungstoleranzen, insbesondere was das Zusammenspiel von Anströmorgan und Wasserführungskanal anbelangt, vorgefertigt und als komplette Baugruppe ausge- liefert und vor Ort installiert werden kann. Dementsprechend müssen bei der Installation vor Ort am Energieentnahmemodul keine Einstellungen mehr vorgenommen werden. Die Justierung und Ausrichtung von Bauteilen, wie dies bei einem Zusammenbau vor Ort zwangsläufig vorkommt, ist nicht mehr notwendig. Die Anströmorgane sind bevorzugt als Wandelemente, insbesondere als schaufeiförmige Wandelemente ausgebildet. Die Anströmorgane können z. B. beidseitig, entgegen der Bewegungsrichtung der Antriebsanordnung gekrümmte Seitenwand- bereiche aufweisen, welche eine schaufelartige Aufnahme ausbilden. Dank einer solchen Formgebung wird der Einlaufvorgang des Wassers optimiert. Damit die wandförmigen Anströmorgane eine genügend hohe Steifigkeit erhalten, um dem Wasserdruck zu widerstehen, weisen diese jeweils bevorzugt wenigstens ein Versteifungselement, auch Verstärkungselement genannt, auf. Bevorzugt weisen die Anströmorgane jeweils wenigstens zwei, aussermittig bzw. seitlich angeordnete Ver- steifungselemente auf. Die Versteifungselemente sind bevorzugt in einem seitlichen Endbereich der Anströmorgane angeordnet. Die Versteifungselemente können z. B. als Versteifungsrippen oder Versteifungswände bzw. Querwände ausgebildet sein.
Die Ausbildung der Antriebsanordnung kann bezüglich des funktionellen Zusam- menwirkens zwischen den einzelnen Anströmorganen verschieden sein.
Gemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Anströmorgane nicht miteinander verbunden, d.h. verbindungstechnisch unabhängig voneinander ausgebildet. Die Antriebsanordnung wird gemäss dieser Ausführungsform durch die Über- tragung von Druckkräften zwischen den Anströmorganen angetrieben. Die Anströmorgane sind als Druckkörper ausgebildet und enthalten Kraftübertragungsorgane zur Übertragung von Druckkräften von einem in Umlaufrichtung nachlaufenden Anströmorgan auf ein, vorzugsweise unmittelbar, vorlaufendes Anströmorgan. Die Kraftübertragungsorgane können z. B. Druckflächen ausbilden, über welche die Druckkräfte zwischen den Anströmorganen weiter gegeben werden. Auf diese Weise lässt sich die Antriebsanordnung ähnlich einer Antriebskette in Umlaufrichtung um die Umlenkorgane bewegen, ohne dass jedoch die Anströmorgane miteinander verbunden sind.
Gemäss einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebsanordnung als zusammenhängende Antriebsstruktur, ähnlich einer Antriebskette, mit einer Mehrzahl von zusammenhängenden Antriebsgliedern, ähnlich den Kettengliedern, ausgebildet, wobei die Antriebsglieder bevorzugt den Anströmorganen entsprechen. Die Anströmorgane enthalten Verbindungsorgane zum gelenkigen Verbinden benachbarter Anströmorgane zu einer Antriebsstruktur.
Die Antriebsglieder der Antriebsstruktur können entlang ihrer Umlaufbahn durch Übertragung von Zug-, Druck- oder einer Kombination von Zug- und Druckkräften in Umlaufrichtung angetrieben werden. Eine Kombination von Zug- und Druckkräften ist so zu verstehen, dass die Antriebsglieder in den einen Abschnitten der Umlaufbahn über Zug- und in an anderen Abschnitten der Umlaufbahn über Druckkräfte angetrieben werden.
Jedes Antriebsglied kann in Umlaufrichtung betrachtet beidseitig an diesen angebrachte Führungselemente zum zwangsweisen Führen der Antriebsstruktur wenigstens im Bereich des Lastabschnittes entlang des Wasserführungskanals enthalten.
Im Weiteren kann jedes Antriebsglied in Umlaufrichtung betrachtet beidseitig an diesem angebrachte Verbindungsorgane zum gelenkigen Verbinden benachbarter Antriebsglieder zu einer Antriebsstruktur enthalten. Die Antriebsglieder sind insbesondere in einer Ebene parallel zur Bewegungsrichtung bzw. Umlaufbahn der Antriebsstruktur schwenkbar miteinander verbunden.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Führungselemente am Verbindungsorgan angeordnet und über eine Verbindungsachse mit diesem verbunden. Die Verbindungsachse ist bevorzugt gleichzeitig als Ver- bindungselement zwischen den Antriebsgliedern ausgebildet. Die Verbindungsachsen nehmen dabei die Funktion eines Verbindungsbolzens war. Selbstverständlich kann die Verbindung zwischen den Antriebsgliedern auch unabhängig von der Anbindung der Führungselemente ausgebildet sein. Die Führungselemente sind in Umlaufrichtung betrachtet bevorzugt jeweils ausserhalb des seitlichen Endes des Anströmorgans angeordnet.
Das Führungsprofil kann z. B. als Führungsschiene zur führenden Aufnahme der Führungselemente ausgebildet. Die Führungsschiene enthält insbesondere einen Führungskanal. Die Führungsschiene bzw. der Führungskanal weist eine Lauffläche für die Führungselemente, z. B. eine Gleitfläche für die Gleitelemente oder eine Abrollfläche für die Führungsrollen, auch Laufrollen genannt, auf. Der Führungskanal ist bevorzugt so ausgelegt, dass dieser an zwei einander gegenüber liegenden Seiten eine Gleit- bzw. Abrollfläche ausbildet.
Der Führungskanal ist bevorzugt U- oder C-förmig ausgebildet und weist z. B. zwei Profilschenkel und eine Verbindungswand auf. Der Führungskanal ist zu den Führungselementen hin offen. Gemäss einer besonderen Ausführungsform ist der Führungskanal zum Wasserführungskanal hin offen.
Einer der Profilschenkel bildet z. B. die Lauffläche der Führungselemente aus. Die Verbindungswand zwischen den zwei Profilschenkeln bildet z. B. die Führungsfläche für ein Seitenführungselement am Anströmorgan aus. Da die Anströmorgane bevorzugt zu beiden Seiten wenigstens ein Führungselement aufweist, ist entsprechend jeweils beidseitig von den Anströmorganen ein Führungsprofi 1 vorgesehen. Diese verlaufen bevorzugt parallel zueinander. Werden zum Wasserführungskanal hin offene U- oder C-Führungsprofile verwendet, so weisen diese zwei einander gegenüber liegende Führungsflächen für die Führungselemente auf. Dadurch können die Anströmorgane im Bereich des Lastabschnittes nicht durch den Wasserdruck nach oben weggedrückt bzw. angehoben werden. Gemäss einer besonderen Ausführungsvariante der Erfindung werden die Umlenkorgane durch Bogenabschnitte des Führungsprofils ausgebildet, welche die Führungsprofile im Last- und Rückführabschnitt miteinander verbinden. Auf diese Weise sind die Anströmorgane auch im Umlenkbereich durch die Führungsprofile zwangsgeführt. Die Bogenstücke der Führungsprofile können auch Teil des Umlenkorgans sein, welches z. B. noch wie weiter unten beschrieben einen Drehkörper mit umfassen kann.
Gemäss einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält eines der Umlenk- organe, insbesondere das obere, im Einlaufbereich angeordnete Umlenkorgan, einen Drehkörper, insbesondere ein Antriebsrad, welches durch die Bewegung der teilumfänglich um den Drehkörper geführten Antriebsanordnung angetrieben wird. Die Antriebsanordnung steht z. B. in einem teilumfänglichen form- und/oder reibschlüssigen Eingriff mit dem Drehkörper, so dass dieser durch die Antriebsanord- nung z. B. mit der Geschwindigkeit der Antriebsanordnung, angetrieben wird.
Wird das Umlenkorgan durch das Führungsprofil selbst ausgebildet, so ist der oben genannte sowie nachfolgend beschriebene Drehkörper dem Umlenkorgan zugeordnet. Drehkörper und Führungsschiene können auch defmitionsgemäss gemeinsam das Umlenkorgan ausbilden, da beide Einrichtungen an der Umlenkung der Antriebsanordnung beteiligt sind.
Der Drehkörper weist z.B. entlang seines Umfanges angeordnete Antriebsvertiefungen auf, in welche Elemente der Anströmorgane eingreifen und auf diese Weise den Drehkörper antreiben. Diese Elemente können Verbindungselemente von Antriebsgliedern oder Rollenachsen von Führungsrollen sein.
Das besagte Umlenkorgan ist beispielsweise mit dem Stromerzeugungsgenerator gekoppelt. Der Stromerzeugungsgenerator kann direkt an die Drehachse des Drehkörpers gekoppelt sein. Femer kann die Drehbewegung auch über ein Getriebe vom Drehkörper an den Stromerzeugungsgenerator übertragen werden. Der mit dem oberen Umlenkorgan gekoppelte Stromerzeugungsgenerator wird dabei durch die Druck- und/oder Zugkraft der Anströmorgane angetrieben. Der Stromerzeugungsgenerator kann auch Teil eines Schleppantriebes sein, bei welchem die Antriebsanordnung bzw. die bewegten Anströmorgane im Lastabschnitt ein umlaufendes, flexibles Kraftübertragungsorgan antreiben, welches wiederum den Stromerzeugungsgenerator antreibt. Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist jenes Umlenkorgan, welchem kein Stromerzeugungsgenerator zugeordnet ist oder beide Umlenkorgane beidseitig von den Anströmorganen angeordnete kurvenförmig verlaufende Führungsschienen auf, in welchen die Anströmorgane über ihre Führungselemente zwangsgeführt und aus dem Lastabschnitt in den Rückführabschnitt oder umgekehrt umgelenkt werden.
Gemäss einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind die Anströmorgane über ihre Führungselemente entlang der gesamten Umlaufbahn in Führungsschienen zwangsgeführt. Das heisst, die Anlage weist entlang der Umlaufbahn der Antriebsanordnung eine geschlossene Zwangsführung für die Anströmorgane auf. Die geschlossene Zwangsführung kommt insbesondere bei Antriebsanordnungen zur Anwendung, bei denen die Anströmorgane nicht miteinander verbunden, d.h. nicht miteinander verkettet sind. Eine weitere unabhängige Erfindung betrifft ebenfalls eine Anlage zur Entnahme von elektrischer Energie aus Wasserkraft. Die Anlage enthält:
- eine Antriebsanordnung mit einer Mehrzahl von Anströmorganen, die durch Wasserkraft in einer Umlaufrichtung antreibbar ist;
- mindestens zwei voneinander beabstandete Umlenkorgane, mittels welchen die Antri ebsanordnung umlaufend geführt ist; - mindestens einen mittels der umlaufenden Antriebsanordnung angetriebenen Stromerzeugungsgenerator zur Entnahme von elektrischer Energie; sowie
- einen Wasserführungskanal, insbesondere zur Ausbildung von Wasseraufnahmeabteilen im Zusammenwirken mit den Anströmorganen.
Die Antriebsanordnung, die Umlenkorgane, der Stromerzeugungsgenerator und gegebenenfalls auch der Wasserführungskanal können in einem Gestell angeordnet sein. Die Antriebsanordnung bildet im Bereich des Wasserführungskanals einen Lastabschnitt aus. Der Lastabschnitt zeichnet sich durch jenen Abschnitt der Antriebsanordnung aus, in welchem das Wasser mit seiner Gewichtskraft auf die Anströmorgane der Antriebsanordnung einwirkt und diese dadurch in Bewegung versetzt. D.h., im Lastabschnitt werden die Anströmorgane von einem höheren Gravitationspotential, auf welchem das Wasser in den Wasserführungskanal fiiesst, auf ein tieferes Gravitationspotential geführt, auf welchem das Wasser den Wasserführungskanal verlässt. Die Anströmorgane sind im Bereich des Lastabschnittes quer zum Wasserführungskanal orientiert und greifen in diesen ein. Die Anströmorgane enthalten hierzu jeweils ein sich quer im Wasserführungskanal erstreckendes, wandförmiges Anströmelement. Zwei benachbarte Anströmorgane bilden jeweils im Bereich des Lastabschnittes ein entlang des Wasserführungskanals mitbewegtes Wasseraufnahmeabteil aus. Das bewegte Wasseraufnahmeabteil wird in Bewegungsrichtung betrachtet seitlich von stationären Kanalwänden begrenzt. Das Anströmorgan, welches in einem auf dem höheren Gravitationspotential angeordneten Einlaufbereich vom Wasser angeströmt wird, dient somit als Trennwand, welche die Wasseraufnahmeabteile in Längsrichtung des Wasserführungskanals begrenzt.
Die einzelnen Wasseraufnahmeabteile nehmen in Einlaufbereich ein bestimmtes Volumen Wasser auf, welches erst im Auslassbereich, welcher auf dem tieferen Gravitationspotential angeordnet ist, wieder aus dem Wasseraufnahmeabteil entlassen wird.
Die Anströmorgane sind im Wasserführungskanal über entsprechende Führungs- mittel zwangsgeführt. Die Führungsmittel können den weiter oben beschriebenen Führungsmitteln entsprechen.
Die Anströmorgane können wie oben beschrieben als Druckkörper ausgebildet sein oder über Verbindungsmittel zu einer kettenartigen Antriebsanordnung miteinander verbunden sein.
Die Antriebsanordnung bildet einen dem Lastabschnitt gegenüber liegenden Rückführabschnitt aus, in welchem die Anströmorgane vom tieferen Gravitationspotential wieder auf das höhere Gravitationspotential zurück bewegt werden.
Der Lastabschnitt ist bevorzugt unterhalb des Rückführabschnittes angeordnet. Der Lastabschnitt kann jedoch auch oberhalb oder seitlich des Rückführabschnittes angeordnet sein. Die Anlage gemäss dieser weiteren Erfindung kann insbesondere einer weiter oben beschriebenen Anlage mit Modulgestell entsprechen.
Gemäss vorliegender Erfindung ist der Stromerzeugungsgenerator ein Lineargenerator. Der Lineargenerator zeichnet sich dadurch aus, dass dieser eine in einer mechanischen Längsbewegung anfallende Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Der Lineargenerator bildet hierzu eine nachfolgend beschriebene Energieentnahmestrecke aus, welche wenigstens teilweise im Lastabschnitt liegt.
Ein Lineargenerator umfasst einen Erregermagnet, welcher ein Magnetfeld ausbildet, sowie eine mit dem Magnetfeld zusammenwirkende Erregerspule. Durch die Bewegung der Erregerspule relativ zum Magnetfeld des Erregermagneten wird eine magnetische Flußänderung erzeugt. Die durch die magnetische Flußänderung in der Erregerspule induzierte Spannung wird über entsprechende Mittel abgegriffen. Gemäss vorliegender Erfindung werden die Anströmorgane bzw. wird die Antriebsanordnung durch das Potentialgefälle, d.h. durch die Gewichtskraft des in den Wasserführungsabteilen mitgeführten Wassers angetrieben. Die sich bewegenden Anströmorgane bzw. die sich bewegende Antriebsanordnung bewirken eine Relativbewegung zwischen einer Erregerspule und einem Erregermagneten des Linear- motors, was wiederum eine elektrische Spannung induziert. Die elektrische Spannung wird über entsprechende Mittel abgegriffen.
Die Bewegungsenergie, aus welcher im Lineargenerator elektrische Energie gewandelt wird, wird durch einen entlang einer nicht in sich geschlossenen Strecke bewegten Körper, im vorliegenden Fall ein Anströmorgan, erzeugt.
Der Streckenabschnitt, entlang welchem durch eine entsprechende Anordnung von Erregerspulen und Erregermagneten elektrische Energie gewandelt wird, wird nachfolgend Energieentnahmestrecke genannt.
Die Bewegungsenergie fällt im Gegensatz zu einem Drehgenerator also nicht durch einen um eine Drehachse rotierenden Köiper an. Die nicht in sich geschlossene Energieentnahmestrecke eines Lineargenerators ist also im Vergleich zu einem herkömmlichen Generator im weitesten Sinne abgewickelt. Die besagte Energie- entnahmestrecke, entlang welcher Bewegungsenergie in elektrische Energie gewandelt wird, ist bevorzugt geradlinig bzw. im Wesentlichen geradlinig. Sie kann jedoch auch dem Verlauf einer Krümmung folgen.
Der Lineargenerator entspricht in gewisser Weise der funktionellen Umkehr des Linearmotors, der umgekehrt elektrische Energie in eine translatorische Bewegungsenergie umwandelt.
Beim Lineargenerator werden die Erregermagnete und die Erregerspule in einer mechanischen Längsbewegung, insbesondere in einer linearen Bewegung, relativ zueinander verschoben, was zu einem sich zeitlich ändernden magnetischen Fluss und entsprechend zu einer Spannungsinduktion führt. Die Erregerspule ist entlang einer nicht in sich geschlossenen Energieentnahmetrecke der oben beschriebenen Art angeordnet. Beim Lineargenerator sind entweder der Erregermagnet oder die Erregerspule ortsfest angeordnet, während sich das andere bzw. die anderen Bauteile längs, insbesondere linear bewegen.
Die Energieentnahmestrecke verläuft wenigstens teilweise, vorzugsweise vollständig im Lastabschnitt. Die Energieentnahmestrecke kann sich aber auch in den Bereich der Umlenkorgane bzw. in den Rückführabschnitt erstrecken. Ferner können entlang der Umlaufbahn der Antriebsanordnung mehrere Energieentnahmestrecken mit mehreren Lineargeneratoren vorgesehen sein.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform werden die Erregermagnete bewegt. Hierzu wirken die bewegten Erregermagnete mit den Anströmorganen zusammen. Zusammenwirken heisst, dass die Erregermagnete von den Anströmorganen zumindest abschnittsweise mitgenommen werden. Dies kann geschehen, indem die Erregermagnete an den Anströmorganen befestigt sind.
Die Erregermagnete können jedoch auch über eine separate Umlaufeinrichtung unabhängig von den Anströmorganen geführt sein. In einem Bereich des Lastab- schnittes wirken die Erregermagnete mit den Anströmorganen zusammen und werden von diesen mitgenommen. Hierzu stehen die Erregermagnete im genannten Bereich im Eingriff bzw. in mechanischer Wirkverbindung mit den Anströmorganen. Dieser Eingriff kann zum Beispiel durch eine Verzahnung oder einen Reibschluss gebildet werden.
Die Erregermagnetanordnungen sind bevorzugt jeweils an den bewegten Anströmorganen angebracht während die Erregerspulen bzw. die Erregerwicklungen Teil von ortsfesten Generatoreinrichtungen sind. Dies vereinfacht das Abgreifen der erzeugten elektrischen Spamiung. Die Erregermagnetanordnung entspricht in diesem Sinn dem Läufer bzw. dem Rotor. Die Erregerspulenanordnung entspricht in diesem Sinne dem Ständer oder Stator.
Die Erregermagnete als magnetische Induktionsquellen sind z. B. Permanentmagnete oder Elektromagnete.
Die Generatoreinrichtungen, welche die unbewegten Teile des Stromerzeugungsgenerators enthalten, sind vorzugsweise im Bereich eines linear verlaufenden Lastabschnittes angeordnet. Die Generatoreinrichtungen sind bevorzugt oberhalb der Öffnung des Wasserführungskanals im Bereich der Zwangsführung der Anströmorgane angeordnet. Die Generatoreinrichtungen sind insbesondere gegenüber den Anströmorganen angeordnet.
Die Generatoreinrichtungen sind bevorzugt an einem Gestell der Anlage, insbeson- dere einem Modulgestell angebracht. Die Generatoreinrichtungen sind bevorzugt innerhalb des Gestells zwischen dem Last- und Rückführabschnitt sowie zwischen dem wenigstens oberen und unteren Umlenkorgan angeordnet. Die Generatoreinrichtungen umfassen bevorzugt oberhalb der Kanalöffnung angeordnete Halterungsbauteile, an welchen die Erregerspulen angeordnet sind. Da die Anströmorgane über Führungsprofile zwangsgeführt sind, kann der Lineargenerator für geringe Toleranzen ausgelegt werden. So kann zwischen den Magneten und der Erregerspule ein Luftspalt von lediglich 1/2 bis 1/20 mm vorgesehen sein. Dies wirkt sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der Energieentnahme aus.
Die Verwendung eines Lineargenerators weist den grossen Vorteil auf, dass die durch die Wasserlast auf die Anströmorgane wirkende Kraft dort abgenommen wird, wo sie erzeugt wird, nämlich im Lastabschnitt. So lastet die Gewichtskraft des Wassers auf den sich quer über den Wasserführungskanal ersteckenden wand- förmigen Anströmelemente der Anströmorgane. Die Anströmorgane werden durch die lastende Gewichtskraft des Wassers angetrieben. Die Bewegung der Anströmorgane bewirkt jedoch gleichzeitig eine Relativbewegung zwischen einer Erregerspule und einem Magnetfeld eines Erregermagneten. Die dadurch erzeugte Spannungsinduktion führt wiederum zu einer Kraft, welcher der Gewichtskraft des Wassers entgegenwirkt.
Da die Erregerspule oder der Erregermagnet des Linearmotors jeweils am Anström- organ angebracht sind und die Lastabnahme zur Erzeugung von elektrischer Energie insbesondere am, dem Kanalboden gegenüber liegenden Bereich des Anströmorgans erfolgt, wirken beide Kräfte direkt auf das Anströmorgan und zwar am Ort ihrer Entstehung, nämlich im Lastabschnitt.
Dies führt zu einer erheblich geringeren mechanischen Belastung der Verbindungselemente der Anströmorgane, wenn diese zu einer Kette verbunden sind, oder der Druckflächen, wenn diese als Druckkörper ausgebildet sind.
Die Antriebsanordnung wird also insgesamt erheblich weniger mechanisch beansprucht. Es treten insbesondere viel weniger Druck- bzw. Zugspannungen auf, da die Kräfte, welche diese Spannungen erzeugen, bereits am Entstehungsort im Lastab- schnitt durch den Lineargenerator abgenommen werden. Dadurch wird die Lebensdauer der Antriebsanordnung wesentlich erhöht und der Unterhaltsaufwand reduziert.
Im Weiteren gibt es dank der erfmdungsgemässen Anordnung eines Lineargenerators im Lastabschnitt keine Einschränkung bezüglich der Länge des Lastabschnittes. Die Länge der Antriebsanordnung wird nämlich bei herkömmlichen Anlagen durch die mit deren Länge zunehmende Belastung der Antriebsanordnung durch Zug- und Druckkräfte beschränkt. Diese Limitation fällt aus oben genannten Gründen weg. Ferner kann der Lastabschnitt dank der erfmdungsgemässen Anordnung eines Lineargenerators im Lastabschnitt auch mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Neigungen bzw. Krümmungen enthalten. Dadurch kann mit dem Lastabschnitt dem Gelände gefolgt werden. Gemäss einer Weiterentwicklung der Erfindung können entlang des Lastabschnittes mehrere in Serie hintereinander angeordnete Lineargeneratoren vorgesehen sein. Ferner können entlang des Lastabschnittes auch mehrere parallel nebeneinander angeordnete Lineargeneratoren vorgesehen sein. Eine Kombination von serieller und paralleler Anordnung ist ebenfalls denkbar.
Es können insbesondere mehrere seriell hintereinander und/oder parallel nebeneinander angeordnete Erregerspulen vorgesehen sein, welche mit entsprechenden Erregermagneten an den Anströmorganen kooperieren. Die oben beschriebene erfindungsgemässe Anlage mit mindestens einem Lineargenerator ist als unabhängige Erfindung zu verstehen, welche nicht zwingend an einen modularen Aufbau der Anlage gebunden ist. Die entsprechenden Merkmale bezüglich des Lineargenerators sind daher als unabhängig zu betrachten. Der Lastabschnitt und ggf. auch der Rückführabschnitt verlaufen bevorzugt in einer schiefen Ebene. Das heisst, die Anströmorgane werden in diesen Bereichen linear und mit konstantem Neigungswinkel zu einer horizontalen Ebene fortbewegt. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Neigungswinkel im Bereich des Lastabschnittes und/oder Rückführabsclinittes variabel ist. Der Wasserführungskanal und entsprechend auch der Lastabschnitt können auch in mehrere z. B. lineare Kanalabschnitte bzw. Lastteilabschnitte gegliedert sein, welche verglichen mit den benachbarten Abschnitten jeweils unterschiedliche Neigungswinkel aufweisen. Der Wasserführungskanal verläuft zwischen dem oberen und unteren Umlenkorgan bevorzugt parallel zu der oder den Führungsprofilen. Der Wasserführungskanal liegt daher bevorzugt ebenfalls in einer schiefen Ebene. Der Neigungswinkel α der schiefen Ebene ist grösser 0°. Ferner ist der Neigungswinkel α kleiner oder gleich 90° (Winkelgrade). Bevorzugt ist der Neigungswinkel grösser 10° und insbesondere grösser 20°. Ferner ist der Neigungswinkel bevorzugt kleiner 80° und insbesondere kleiner 70°. Besonders bevorzugt liegt der Neigungswinkel in einem Bereich von 30° bis 60°.
Zum Betrieb der erfmdungsgemässen Anlage wird in einem höher gelegenen Ein- laufbereich Wasser in den geneigten Wasserführungskanal der Anlage eingelassen. Anströmorgane werden durch das obere Umlenkorgan in einer bogenförmigen, insbesondere kreisförmigen Bewegungsbahn aus dem Rückführabschnitt in den Einlaufbereich geführt und tauchen in den Wasserführungskanal ein. Während des Eintauchvorganges fliesst Wasser vom Zuführkanal in den Wasserführungskanal ein und strömt das eintauchende Anströmorgan an. Das anströmende Wasser wird so in die sich gleichzeitig ausbildenden Wasseraufnahmeabteile eingeleitet. Das Wasser wird hierbei in den Wasseraufnahmeabteilen gehalten. D. h., das Wasser kann nicht frei den Wasserführungskanal hinunter 0i essen. Das in den Aufnahmeabteilen gefasste Wasser treibt die Anströmorgane durch dessen Potentialgefälle, also Schwerkraft bedingt, entlang des Wasserführungskanals in Richtung des unteren Umlenkorgans bzw. Auslassbereichs an. Am unteren Umlenkorgan werden die Anströmorgane über eine bogenförmige oder sogar teilkreis- förmige Bewegungsbahn wieder aus dem Lastabschnitt und entsprechend aus dem Wasserführungskanal ausgeschwenkt, so dass das mitgeführte Wasser im Auslassbereich aus den Wasseraufnahmeabteilen freigegeben wird und abgeführt werden kann. Selbstverständlich können fallweise zwischen dem oberen und unteren Umlenkorgan noch weitere Umlenkorgane vorgesehen sein.
Das Funktionsprinzip dieser Anlage unterscheidet sich von anderen Anlagen dadurch, dass die Anströmorgane und dementsprechend die Antriebsanordnung durch die Gewichtskraft des Wassers in den Wasseraufnahmeabteilen, also durch deren Gravitationsdruck, angetrieben wird.
Die erfindungsgemässe Wasserkraftanlage findet überall dort Anwendung, wo Wasser einen Höhenunterschied durchströmen muss. Dies können z. B. Fliess- gewässer oder Auslässe von Stauanlagen sein. Da die behördlichen Auflagen für Bauten in Fliessgewässern sehr streng sein können, eignet sich der Einsatz der erfiiidungsgemässen Anlage insbesondere bei bereits bestehenden hydrotechnischen Bauwerken oder anderen industriellen Anlagen. So findet die Anlage beispielsweise Einsatz bei Kläranlagen, z. B. bevor das gereinigte Wasser in ein Gewässer entlassen wird, oder in Industrieanlagen, in welchen grössere Mengen Brauchwasser für Prozesse umgesetzt werden. Die erfindungsgemässe Anlage eignet sich bereits für Fallhöhen von 2 bis 20 m. Es sind jedoch durchaus auch grössere Fallhöhen nutzbar. Die Zwangsführung der Anströmorgane im Lastabschnitt erlaubt eine exakte Ausrichtung derselbigen im Wasserführungskanal. Daher können die vorzugsweise berührungsfrei zum Wasserführungskanal geführten Anströmorgane mit vergleichsweise geringen Toleranzen gegenüber dem Wasserführungskanal ausgelegt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besondere Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung, welche keinesfalls als abschliessend zu betrachten sind. Es zeigen:
Figur 1 : eine perspektivische Ansicht einer erfmdungsgemässen Anlage;
Figur 2: eine perspektivische Ansicht einer erfmdungsgemässen Anlage ohne
Energieentnahmemodul ;
Figur 3: eine perspektivische Ansicht einer erfmdungsgemässen Anlage während der Montage des Energieentnahmemoduls;
Figur 4: eine perspektivische Ansicht des Zuführkanals einer erfmdungsgemässen
Anlage;
Figur 5: eine Seitenansicht einer besonderen Ausführungsform einer erfmdungsgemässen Anlage;
Figur 6: eine Seitenansicht einer weiteren besonderen Ausführungsform einer erfmdungsgemässen Anlage;
Figur 7: einen Querschnitt durch ein in einem Führungskanal geführten Anströmorgan;
Figur 8a: einen vergrösserten Ausschnitt aus dem Bereich der Erregerspule/Magnet- Anordnung gemäss Figur 7;
Figur 8b: einen vergrösserten Ausschnitt aus dem Bereich der Erregerspule/Magnet- Anordnung gemäss Figur 7; Figur 9 eine perspektivische Ansicht des in einem Führungskanal geführten Anströmorgans gemäss Figur 7.
Die in Figur 1 gezeigte erfindungsgemässe Anlage 1 zur Entnahme von elektrischer Energie aus Wasserkraft ist in einem wasserführenden Bereich mit Gefälle installiert. Die Anlage 1 enthält ein Energieentnahmemodul 2. Dem Wasserführungskanal 11 des Energieentnahmemoduls 2 wird von einem Wassereinlaufbereich 15 über einen Wasserzuführkanal 17 Nutzwasser in Fliessrichtung W zugeführt. Das Nutzwasser wird entlang des Gefälles durch den Wasserführungskanal 1 1 geführt und in einem Auslassbereich 16 wieder aus dem Energieentnahmemodul 2 entlassen.
Das Energieentnahmemodul 2 enthält eine Antriebsanordnung mit einer Mehrzahl von Anströmorganen 8. Die Anströmorgane 8 der Antriebsanordnung sind um ein erstes oberes Umlenkorgan 5 und um ein vom ersten Umlenkorgan 5 beabstandetes zweites unteres Umlenkorgane 6 in einer Umlaufrichtung R umlaufend geführt bzw. angetrieben.
Die Anströmorgane 8 sind miteinander zu einer Antriebskette verbunden. Die Anströmorgane 8 sind über paarweise und parallel zueinander, seitlich von den An- Strömorganen 8 angeordnete Führungsprofile 9a, 9b zwangsgeführt. Die Führungsprofile 9a, 9b bilden eine umlaufend geschlossene Führung für die Anströmorgane 8 aus. Die Anströmorgane 8 weisen seitlich angebrachte Führungsrollen 32 auf, welche in den Führungsprofilen 9a, 9b geführt sind. Das Führungsschienenpaar 9a, 9b weist zwischen den beiden Umlenkorganen 5, 6 gerade ausgebildete und parallel zueinander verlaufende Führungsschienenabschnitte auf. Die geraden Führungsschienenabschnitte sind im montierten Zustand der Anlage 1 geneigt. Die Neigung entspricht dem Nutzgefälle. Die Führungsschienen 9a, 9b sind im Bereich der Umlenkung in einem Bogen um die Umlenkorgane 5, 6 geführt. Das Führungspro filpaar 9a, 9b bildet eine durchgängige seitliche Führung für die Anströmorgane 8 aus. Die Führungsprofile 9a, 9b sind als U-Profile ausgebildet, welche jeweils zum Anströmorgan 8 hin offen sind. Im Bereich des Lastabschnittes 3 sind die Führungsprofile 9a, 9b seitlich und oberhalb vom Wasserführungskanal 1 1 angeordnet.
Das Energieentnahmemodul 2 enthält ferner einen sich im unteren Bereich vom oberen Umlenkorgan 5 zum unteren Umlenkorgan 6 erstreckenden Wasserführungskanal 1 1. Der Wasserführungskanal 1 1 bildet eine U-förmige Rinne aus und weist in montiertem Zustand der Anlage 1 eine Neigung auf, welche dem Nutzgefälle entspricht.
Die Antriebsanordnung bildet im Bereich des Wasserführungskanals 1 1 einen Last- abschnitt 3 sowie einen über dem Lastabschnitt 3 und parallel zu diesem verlaufen- den Rückführabschnitt 4 aus.
Die zwangsgeführten Anströmorgane 8 verlaufen im Lastabschnitt 3 im Wasserführungskanal 1 1. Die quer zum Wasserführungskanal 1 1 angeordneten Anströmorgane 8 bilden zusammen mit dem Wasserführungskanal 11 Wasseraufnahme- abteile aus.
Das obere und untere Umlenkorgan 5, 6 enthält jeweils einen Drehkörper, welcher um eine Drehachse drehbar gelagert ist. Der Drehkörper wird durch die Bewegung der teilumfänglich um diesen geführten Antriebsanordnung angetrieben. Die Antriebsanordnung steht in einem teilumfänglichen form- und/oder reibschlüssigen Eingriff mit dem Drehkörper.
Das Energieentnahmemodul 2 enthält im Weiteren einen Stromerzeugungsgenerator 10, welcher mit dem oberen Umlenkorgan 5 bzw. mit dessen Drehkörper über ein Getriebe gekoppelt ist. Der Stromerzeugungsgenerator 10 wandelt potentielle Energie des in den Wasseraufnahmeabteilen entlang eines Potentialgefälles nach unten zum Auslassbereich geführten Wassers indirekt über die entlang einer Umlaufbahn angetriebene Antriebsanordnung in elektrische Energie um. Die Antriebsanordnung mit den Anströmorganen 8, die Umlenkorgane 5, 6, der Stromerzeugungsgenerator 10 und der Wasserführungskanal 1 1 sind in einem Modulgestell 24 untergebracht und mit diesem verbunden. Die Führungsprofile 9a, 9b bilden einen Teil des Modulgestells 24 aus. Die beiden parallel nebeneinander angeordneten Führungsprofile 9a, 9b sind hierzu über Querstreben 25 zu einer käfigartigen Struktur verbunden.
Das Modulgestell 24 umfasst Schnittstellenmittel in Form von vier jeweils seitlich an der Gestellbasis angeordneten Modulfüssen 13. Die Anlage 1 umfasst ferner ein Untergestell 7. Das Untergestell 7 liegt in Form eines Leiterrahmens vor und enthält zwei parallel verlaufende Längsholme 21a, 21b sowie die Längsholme 21a, 21b miteinander verbindenden Sprossen 22. Die Längsholme 21a, 21 b sind parallel zur Ebene, die durch Umlaufrichtung R des Energieentnahmemoduls 2 ausgebildet wird, ausgerichtet.
Das Untergestell 7 enthält an seiner Gestellbasis vier Gestellfüsse 12, über welche das Untergestell 7 auf dem Fundament abgestützt ist.
Das Untergestell 7 weist ferner an seiner Gestelloberseite Schnittstellenmittel 23 zur Aufnahme der Modulfüsse 13 auf. Das Modulgestell 24 ist über die Modulfüsse 13 mit dem Untergestell 7 verschraubt (siehe auch Figur 2).
Das Untergestell 7 ist individuell auf die Topographie des Untergrundes 14 bzw. auf die Lage der Fundamente ausgelegt. Das Untergestell 7 ist über die Gestellfüsse 12 im Fundament verschraubt. Das Energieentnahmemodul 2 enthält im Weiteren eine zum Einlaufbereich 15 hin angeordnete Kopplungseinheit 26, über welche der Wasserführungskanal 1 1 mit einem Wasserzuführkanal 17 gekoppelt wird. Der Wasserzuführkanal 17 führt das Nutzwasser vom Einlaufbereich 1 zum Wasserführungskanal 1 1.
Die Kopplungseinheit 26 ist ebenfalls über entsprechende Schraubverbindungen mit dem Untergestell 7 verschraubt. Das Modulgestell 24 enthält in seinem oberen, dem Wasserführungskanal 1 1 gegenüber liegenden Gestellabschnitt vier Befestigungspunkte in Form von Halteringen 19. An den Halteringen 19 lässt sich das Halteseil 20 einer Hebeeinrichtung, wie Kran, befestigen. Das Modulgestell 24 lässt sich auf diese Weise Mittels der Hebeeinrichtung über der Installationsstelle positionieren und mit den Modulfüssen 13 zielgenau auf den Verbindungsschnittstellen 23 des bereits installierten Untergestells 7 absetzen (siehe Figur 3). Die Anlage 1 umfasst auch eine Steuerungseinrichtung 18, über welche diese gesteuert wird.
Die Figur 4 zeigt einen vergrösserten perspektivischen Ausschnitt des Wasserzuführ- kanals 17, welcher den Einlaufbereich 15 mit dem Wasserführungskanal 1 1 des Energieentnahmemoduls 2 verbindet. Die zum Einlaufbereich 15 hin weisende Öffnung des Wasserzuführkanals 17 ist mit einer Durchlassbegrenzungseinrichtung 30 versehen. Die Durchlassbegrenzungseinrichtung 30 enthält ein sich quer über die Kanalöffnung erstreckendes Gitter 31. welches dazu dient, Grobstoffe vom Eintritt in den Wasserzuführkanal 17 abzuhalten. Die Figur 5 zeigt die entlang einer Umlaufbahn um ein oberes und unteres Umlenkorgan 44, 47 und über Führungsrollen 45 in Führungsprofilen 49a, 49b zwangsgeführten Anströmorgane 48 einer Antriebsanordnung. Die Anströmorgane 48 verlaufen im Lastabschnitt 43, welcher zwischen einem oberen Einlaufbereich 40 und unteren Auslassbereich 46 angeordnet ist, in einem Wasserführungskanal 41 . Das Nutzwasser fliesst in Fliessrichtung W dem Einlaufbereich 40 zu. Die Anströmorgane 48 bilden mit dem Wasserführungskanal 41 Wasseraufnahmeabteile aus.
Der Lastabschnitt 43 enthält drei lineare Lastteilabschnitte 43a, 43b, 43c, welche in Umlaufrichtung R betrachtet eine gegenüber einer Horizontalen zunehmende Neigung aufweisen. Ein in Umlaufrichtung R betrachtet erster Lastteilabschnitt 43a weist gegenüber einer Horizontalen einen ersten Neigungswinkel oti auf. Ein an den ersten Lastteilabschnitt 43a anschliessender, zweiter Lastteilabschnitt 43b weist gegenüber dem ersten Lastteilabschnitt 43a einen um den Winkel ot? erhöhten Neigungswinkel auf. Ein an den zweiten Lastteilabschnitt 43a anschliessender, dritter und letzter Lastteilabschnitt 43c weist gegenüber dem zweiten Lastteilabschnitt 43b einen um den Winkel oc3 erhöhten Neigungswinkel auf.
Die Antriebsandordnung bildet ferner einen dem Lastabschnitt 43 gegenüberliegend und oberhalb von diesem angeordneten Rückführabschnitt 42 aus. Im Rückführabschnitt 42 werden die Anströmorgane vom Auslassbereich 46 wieder in den Einlaufbereich 40 zurückgeführt.
In den Lastteilabschnitten 43a, 43b, 43c kann jeweils ein Lineargenerator angeordnet sein.
Die Figur 6 zeigt die entlang einer Umlaufbahn um ein oberes und unteres Umlenkorgan 54, 57 und über Führungsrollen 55 in Führungsprofilen 59a, 59b zwangsgeführten Anströmorgane 58 einer Antriebsanordnung. Die Anströmorgane 58 ver- laufen im Lastabschnitt 53, welcher zwischen einem oberen Einlaufbereich 50 und unteren Auslassbereich 56 angeordnet ist, in einem Wasserführungskanal 51. Das N utzwasser iiiesst in Fliessrichtung W dem Einlaufbereich 50 zu. Die Anströmorgane 58 bilden mit dem Wasserführungskanal 51 Wasseraufnahmeabteile aus. Der Lastabschnitt 53 enthält drei lineare Lastteilabschnitte 53a, 53b, 53c, welche im Gegensatz zur Ausführungsform nach Figur 5 in UmlaLifrichtung R betrachtet eine gegenüber einer Horizontalen abnehmende Neigung aufweisen. Ein in Umlaufrichtung R betrachtet erster Lastteilabschnitt 53a weist gegenüber einer Horizontalen einen ersten Neigungswinkel ßi auf. Ein an den ersten Lastteilabschnitt 53a an- schliessender, zweiter Lastteilabschnitt 53b weist gegenüber dem ersten Lastteilabschnitt 53a einen um den Winkel ß2 reduzierten Neigungswinkel auf. Ein an den zweiten Lastteilabschnitt 53a anschliessender, dritter und letzter Lastteilabschnitt 53c weist gegenüber dem zweiten Lastteilabschnitt 53b einen um den Winkel ß3 reduzierten Neigungswinkel auf.
Die Antriebsandordnung bildet femer einen dem Lastabschnitt 53 gegenüberliegend und oberhalb von diesem angeordneten Rückführabschnitt 52 aus. Im Rückführabschnitt 52 werden die Anströmorgane vom Auslassbereich 56 wieder in den Einlaufbereich 50 zurück geführt.
In den Lastteilabschnitten 53a, 53b, 53c kann jeweils ein Lineargenerator angeordnet sein.
Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine besondere Ausführungsform eines mit einem Linear- motor kooperierenden, in einer Umlaufrichtung R bewegten Anströmorgans 70. Das Anströmorgan 70 enthält ein flächiges Anströmelement 71 , welches quer in einem Wasserführungskanal 90 verläuft, und welches vom Wasser angeströmt wird und dieses in einem unter anderem durch das Anströmelement 71 ausgebildeten Wasseraufnahmeabteil 91 zurückhält. Das Anströmorgan 70 enthält ferner quer zum Anströmelement 71 verlaufende d.h. in Umlaufrichtung R orientierte Versteifungswände 76. Diese dienen der Versteifung des flächigen Anströmelements 71. Das Anströmorgan 70 enthält ferner eine an das Anströmelement 71 anschliessende, quer zu diesem sowie zum Wasserführungskanai 90 orientierte Supportwand 77. Die Supportwand 77 ist zur Kanalöffnung hin angeordnet.
Mehrere Anströmorgane 70 sind über seitlich angeordnete Verbindungsglieder 75 miteinander zu einer kettenartigen Antriebsanordnung 78 verbunden. Die Verbindungsglieder 75 sind auf der Supportwand 77 angeordnet.
Das Anströmorgan 70 enthält ferner jeweils seitlich angeordnete und mit den Verbindungsgliedern 75 über eine Rollenachse verbundene Führungsrollen 73. Die Führungsrollen 73 sind Teil einer Führungseinrichtung 84 jeweils in einem Führungskanal einer Führungsschiene 80 geführt, welcher ebenfalls Teil der Führungseinrichtung ist. Die beiden Führungsschienen 80 der Führungseinrichtung 84 sind jeweils seitlich vom Wasserführungskanal 90 im Bereich der Kanalöffnung angeordnet. Die Führungseinrichtung 84, enthalten Führungsschienen 80 und Führungsrollen 73, bildet eine Zwangsführung aus.
Das Verbindungsglied 75 umfasst einen gabelförmigen Aufnahmeabschnitt mit zwei Gabellaschen, welche jeweils einen Durchbruch zum Durchführen der Rollenachse aufweisen. Ferner umfasst das Verbindungsglied 75 einen dem gabelförmigen Aufnahmeabschnitt in Umlaufrichtung R gegenüber liegenden Aufnahmekörper. Dieser enthält ebenfalls einen Durchbruch zum Durchstecken der Rollenachse.
Zur Herstellung der Verbindung zwischen zwei Anströmorganen 70 wird auf beiden Seiten der Anströmorgane 70 der Aufnahmekörper des Verbindungsgliedes 75 eines ersten Anströmorgans 70 zwischen die Gabellaschen des gleichartig ausgebildeten Verbindungsgliedes 75 eines benachbarten, zweiten Anströmorgans 70 geschoben. Anschliessend wird die Rollenachse der Führungsrolle 73 durch die Durchbrüche in den Gabellaschen und dem Aufnahmekörper geschoben. Im Weiteren sind auf der Supportwand 77 Magnetanordnungen 72 eines Lineargenerators angebracht.
Überdies sind auf der Supportwand 77 auch Paarungen von Richtrollen 74 angeordnet.
Die Erregermagnetanordnungen 72, die Richtrollen 74 sowie die Verbindungsglieder 75 sind auf der dem Wasserführungskanal 90 gegenüber liegenden Seite auf der Supportwand 77 angeordnet. Über dem Wasserführungskanal 90, d.h. oberhalb der Kanalöffnung ist ein Halterungsbauteil 81 ortsfest angebracht. Das Halterungsbauteil 81 liegt der Supportwand 77 gegenüber.
Am Halterungsbauteil 81 sind ortsfeste Erregerspulenanordnungen 82 angebracht, welche Teil des Lineargenerators sind und mit den Erregermagnetanordnungen 72 auf der Supportwand 77 kooperieren. Die Erregerspulenanordnungen 82 sind zum Anströmorgan 70 und entsprechend zu den Erregermagnetanordnungen 72 hin gerichtet. Die Erregermagnete 72 sind im installierten Zustand der Anströmorgane 70 zwischen den Erregerspulen 82 angeordnet.
Im Weiteren ist am Halterungsbauteil 81 ein Abrollelement 83 befestigt, welches vom Halterungsbauteil 81 in Richtung Anströmorgan 70 und entsprechend zum Richtrollenpaar 74 hin abragt. Das Abrollelement 83 ist zwischen den zwei Richtrollen 74 der Richtrollenpaarung geführt. Werden die Anströmorgane 70 in Umlaufrichtung R angetrieben, so rollen die Richtrollen 74 spielfrei entlang dem Abrollelement 83 ab. Dadurch ist eine äusserst präzise seitliche Führung mit kleinen Toleranzen gewährleistet. Diese Führungsgenauigkeit erlaubt eine Anordnung von Erregerspulen 82 und Erregermagneten 72 in sehr kleinem seitlichem Abstand zueinander. Der Luftspalt zwischen Erregerspulen 82 und Erregermagneten 72 kann entsprechend klein gehalten werden, was wiederum den Wirkungsgrad des Lineargenerators erhöht.
Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiels sind drei jeweils seitlich, d.h. quer zum Wasserführungskanal (nicht gezeigt) voneinander beabstandet angeordnete Paarungen von Erregerspulen 82 und Erregermagneten 72 vorgesehen. Zwischen zwei solcher Paarungen ist jeweils eine Paarung von Richtrollen 74 und Abrollelement 83, also insgesamt zwei Paarungen, vorgesehen.

Claims

PATENT ANSPRÜCHE
1 . Anlage (1 ) zur Entnahme von elektrischer Energie aus Wasserkraft, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) ein als Montageeinheit ausgebildetes Energieentnahmemodul (2) umfasst, welches:
- eine Antriebsanordnung (27) mit einer Mehrzahl von Anströmorganen (8), die durch Wasserkraft in eine Umlaufrichtung (R) antreibbar ist;
- mindestens zwei voneinander beabstandete Umlenkorgane (5, 6), mittels welchen die Antriebsanordnung (27) umlaufend geführt ist;
- mindestens einen mittels der umlaufenden Antriebsanordnung (27) angetriebenen Stromerzeugungsgenerator (10) zur Entnahme von elektrischer Energie;
- einen Wasserführungskanal (1 1) zur Ausbildung von Wasseraufnahmeabteilen im Zusammenwirken mit den Anströmorganen (8); sowie
- ein Modulgestell (24) enthält, mit welchem die Antriebsanordnung (27), die Umlenkorgane (5, 6), der mindestens eine Stromerzeugungsgenerator (10) und der Wasserführungskanal (11) verbunden sind,
wobei das Modulgestell (24) Schnittstellenmittel (13) enthält, über welche das Energieentnahmemodul (2) mit einem Unterbau (7) verbunden ist.
2. Anlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenmittel (13) Modulfüsse beinlialten, über welche das Energieentnahmemodul (2) mit dem Unterbau (7) verbunden ist.
3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) eine als Unterbau ausgestaltete Stützstruktur (7), insbesondere ein Untergestell enthält, auf welcher das Energieentnahmemodul (2) über die Schnittstellenmittel (13) abgestützt ist.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (7) über Schnittstellenmittel (12) auf einem Fundament (14) abgestützt ist.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstellenmittel (12) der Stützstruktur (7) Stützfüsse, insbesondere Gestellfüsse, beinhalten, über welche die Stützstruktur (7) auf dem Fundament (14) abgestützt ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (7) als Untergestell in Form eines Leiterrahmen mit Längsholmen (21a, 21b) und quer zu diesen verlaufenden Sprossen (22) ausgebildet ist.
Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützstruktur (7) Verbindungsschnittstellen (23) zur Aufnahme der Verbindungsschnittstellen (13) des Modulgestells (24), insbesondere der Modulfüsse, enthält.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgestell (24) Befestigungsmittel (19) enthält, über welche das Energieentnahmemodul (2) zur Montage auf dem Unterbau (7) mit einer Montageeinrichtung (20) verbunden werden kann.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Führungseinrichtung (33) zur Zwangsführung der Anströmorgane (8) im Bereich des Lastabschnitts enthält.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (33) an den Anströmorgane (8) angeordnete Führungselemente (33) um- fasst, und die Führungseinrichtung (33) entlang des Lastabschnitts Führungsmittel (9a, 9b) enthält, in welchen die Führungselemente (33) der Anströmorgane (8) verschiebbar angeordnet sind, derart dass die Anströmorgane (8) wenigstens im Bereich des Lastabschnitts (3) zwangsgeführt sind.
Energieentnahmemodul (2) für eine Anlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieentnahmemodul (2) als Montageeinheit ausgebildet ist, und:
- eine Antriebsanordnung (27) mit einer Mehrzahl von Anströmorganen (8), die durch Wasserkraft in eine Umlaufrichtung (R) antreibbar ist;
- mindestens zwei voneinander beabstandete Umlenkorgane (5, 6), um welche die Antriebsanordnung (27) umlaufend geführt ist;
- mindestens einen mittels der umlaufenden Antriebsanordnung (27) angetriebenen Stromerzeugungsgenerator (10) zur Entnahme von elektrischer Energie;
- einen Wasserführungskanal (1 1); sowie
- ein Modulgestell (24) enthält, mit welchem die Antriebsanordnung (27), die Umlenkorgane (5, 6), der mindestens eine Stromerzeugungsgenerator (10) und der Wasserführungskanal (1 1) verbunden sind,
wobei das Modul gesteil (24) Schnittstellenmittel (13) zum Verbinden des Energieentnahmemoduls (2) mit einem Unterbau (7) umfasst.
Anlage zur Entnahme von elektrischer Energie aus Wasserkraft, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, enthaltend: - eine Antriebsanordnung die durch Wasserkraft in einer Umlaufrichtung (R) antreibbar ist, mit einer Mehrzahl von in Umlaufrichtung (R) hintereinander angeordneten und voneinander beabstandeten Anströmorganen;
- mindestens zwei voneinander beabstandete Umlenkorgane, mittels welchen die Antriebsanordnung umlaufend geführt ist;
- mindestens einen mittels der umlaufenden Antriebsanordnung (27) angetriebenen Stromerzeugungsgenerator zur Entnahme von elektrischer Energie; sowie
- einen Wasserführungskanal, wobei die Antriebsanordnung im Bereich des Wasserführungskanals einen Lastabschnitt ausbildet. dadurch gekennzeichnet, dass der Stromerzeugungsgenerator ein Lineargenerator ist, welcher eine Energieentnahmestrecke ausbildet, die wenigstens teilweise im Lastabschnitt liegt.
Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lineargenerator im Bereich des Lastabschnitts angeordnete, ortsfeste Generatoreinrichtungen enthält, und die Generatoreinrichtungen unbewegte Teile des Lineargenerators umfassen.
Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoreinrichtungen wenigstens eine Erregerspule (82) umfassen.
15. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Lineargenerator mindestens einen bewegten Erregermagneten enthält.
16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anströmorgane (70) zumindest abschnittsweise mit mitbewegten Erregermagneten (72) zusammenwirken.
1 7. Anlage nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Erreger- magnete Permanentmagnete (72) sind.
18. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregermagnete (72) an den Anströmorganen (70) befestigt sind.
19. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoreineinrichtungen zwischen dem Lastabschnitt und Rückführabschnitt sowie zwischen einem oberen und unteren Umlenkorgan angeordnet sind.
20. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoreineinrichtungen seitlich vom Lastabschnitt, insbesondere zu beiden Seiten symmetrisch angeordnet sind.
21. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Führungseinrichtung (84) zur Zwangsführung der Erregermagnete relativ zur mindestens einen Erregerspule im Bereich des Lastabschnitts enthält.
22. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Anströmorgan (70) ein Anströmelement (71) sowie eine am, vom Kanalboden fernen Bereich an das Anströmelement (71) anschliessende und quer zu diesem sowie zum Wasserführungskanal (90) orientierte Supportwand (77) enthält, an welcher Generatoreinrichtungen angeordnet sind.
23. Anlage nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung (78) einen gegenüber dem Lastabschnitt angeordneten Rückführabschnitt ausbildet, wobei der Rückführabschnitt oberhalb oder unterhalb vom Lastabschnitt angeordnet ist.
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