Die vorliegende Erfindung betrifft System zur Umwandlung potentieller Energie eines Fluids in mechanische und/oder elektrische Energie.The present invention relates to a system for converting potential energy of a fluid into mechanical and / or electrical energy.
Die Nutzung von Wasserkraft in Wasserkraftwerken zur Gewinnung von elektrischer Energie ist in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. In Wasserkraftwerken wird die kinetische Energie fließenden Wassers, z. B. eines Flusses, oder in einem Fallrohr im Fall eines Stauwasserkraftwerks, auf eine Turbine oder ein Wasserrad übertragen und dieses in eine Drehbewegung versetzt. Diese Art der Nutzung der Wasserkraft hat den Nachteil, dass sie nicht an beliebigen Orten stattfinden kann. Flusskraftwerke, die mit einem Laufrad oder einer Turbine arbeiten, können nur dort eingesetzt werden, wo ein Fluss fließt. Andere Wasserkraftwerke werden üblicherweise ebenfalls nur dort errichtet, wo die Natur die notwendigen Voraussetzungen bietet, etwa zum Errichten einer Talsperre für einen Stausee. Zwar ist es auch möglich, etwa Speicherkraftwerke an anderen Orten zu errichten, jedoch ist dies oft mit erheblichem Aufwand verbunden.The use of hydropower in hydroelectric power plants for the production of electrical energy is known in various embodiments. In hydropower plants, the kinetic energy of flowing water, z. As a river, or in a downpipe in the case of a backwater power plant, transferred to a turbine or a water wheel and this is set in a rotary motion. This type of use of hydropower has the disadvantage that it can not take place anywhere. River power plants that use an impeller or a turbine can only be used where a river flows. Other hydropower plants are usually also built only where nature provides the necessary conditions, such as the construction of a dam for a reservoir. Although it is also possible to build storage power plants in other places, but this is often associated with considerable effort.
Ebenfalls waren im Stand der Technik verschiedene Vorrichtungen und Systeme bekannt, welche auf dem Archimedischen Prinzip beruhen und in denen die Auftriebskraft auf einen Hohlkörper in Wasser verwendet wird, um mechanische Energie zu erzeugen. Derartige Vorrichtungen und Systeme versprechen den Vorteil, dass sie vergleichsweise leicht zu errichten sind, nicht auf besondere natürliche Gegebenheiten angewiesen sind und eine wirtschaftliche Nutzung der Wasserkraft auch bei kleineren Fallhöhen erlauben.Also known in the prior art are various devices and systems based on the Archimedean principle and in which the buoyancy force on a hollow body in water is used to generate mechanical energy. Such devices and systems promise the advantage that they are relatively easy to build, are not dependent on special natural conditions and allow economic use of water power even at smaller heights.
Ein System, das auf dem Archimedischen Prinzip beruht, ist aus den Druckschriften DE 85 10 493 U und DE 35 44 043 A1 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Einrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, in der in einem Gehäusekörper eine endlose Kette dicht verschlossener Hohlkörper verläuft, die über Kammräder geführt ist, so dass ein Trum der Hohlkörperkette nach Durchtritt durch die Gehäuseöffnung innerhalb des Gehäusekörpers im Innenraum und der andere Trum nach Umlenkung oberhalb der Oberkante des Gehäusekörpers außerhalb des Gehäusekörpers verläuft, wobei im Innenraum des Gehäusekörpers im Bereich der Gehäuseöffnung eine Schleuseneinrichtung angeordnet ist, die eine die Hohlkörperkette umlenkende Kettenumlenkeinrichtung und eine den Schleuseneinrichtungsinnenraum und den Gehäuseinnenraum bei Durchtritt der Hohlkörper der Hohlkörperkette dichtend voneinander trennend ausgebildete Wassereintrittseinrichtung aufweist, und mit einem Generator, der von einem der Kammräder direkt über eine Welle oder über ein Untersetzungsgetriebe angetrieben wird.A system based on the Archimedean principle is from the pamphlets DE 85 10 493 U and DE 35 44 043 A1 known. This document describes a device for generating electrical energy, in which runs in a housing body an endless chain tightly closed hollow body, which is guided via comb wheels, so that a strand of the hollow body chain after passing through the housing opening within the housing body in the interior and the other strand after Deflection above the upper edge of the housing body extends outside of the housing body, wherein in the interior of the housing body in the region of the housing opening a lock device is arranged, which has a hollow body chain deflecting Kettenumlenkeinrichtung and the Schleuseneinrichtungsinnenraum and the housing interior sealingly separated from each other when passing through the hollow body of the hollow body chain formed water inlet device , and with a generator that is driven by one of the comb wheels directly via a shaft or a reduction gear.
Ähnliche Vorrichtungen sind auch aus den Druckschriften DE 26 06 160 A1 sowie DE 38 02 023 A1 , JP03121274A , US 1,708,807 A und EP 1 739 304 A1 bekannt.Similar devices are also from the documents DE 26 06 160 A1 such as DE 38 02 023 A1 . JP03121274A . US 1,708,807 A and EP 1 739 304 A1 known.
Diese Vorrichtungen erfordern, dass Dichtungssysteme wie die Wassereintrittseinrichtung der DE 85 10 493 U vorgesehen sind, bei denen Hohlkörper der Hohlkörperkette durch das Dichtungssystem in den Innenraum des Gehäusekörpers eintreten, während gleichzeitig der Gehäusekörper dichtend abgetrennt werden soll.These devices require that sealing systems such as the water inlet device of DE 85 10 493 U are provided, in which hollow body of the hollow body chain to enter through the sealing system into the interior of the housing body, while at the same time the housing body is to be sealed off.
Nachteilig an derartigen Lösungen ist es, dass auf solchen Dichtungssystemen der gesamte Druck der Wassersäule in dem Gehäusekörper lastet. Bekanntlich nimmt der Druck einer Wassersäule mit jedem Meter Höhe etwa 10 kPa zu. Für eine Wassersäule von z. B. 10 m lastet daher ein Druck von etwa 100 kPa oder 1 bar auf derartigen Dichtungssystemen, für höhere Wassersäulen entsprechend mehr. Dies stellt eine hohe Belastung für ein derartiges Dichtungssystem dar. Es ist daher zu erwarten, dass sich mit derartigen Dichtungssystemen eine vollständige Dichtungswirkung nicht oder nur unzureichend erzielen lässt, so dass ein ständiger Verlust an Wasser aus dem Gehäusekörper zu erwarten ist. Darüber hinaus ist ein erhöhter Verschleiß und Wartungsaufwand, bedingt auch durch das fortwährende Reiben zwischen Dichtungssystem und Hohlkörpern, zu erwarten. Dies lässt einen Einsatz derartiger Vorrichtungen insbesondere für größere und größte Systeme ungeeignet erscheinen, bei denen relativ große Hohlkörper, z. B. mit Volumen von 1 m3 oder mehr, und/oder relativ hohe Wassersäulen, z. B. 10 m, 20 m oder mehr, verwendet werden. Diese Vorrichtungen erscheinen daher für einen kommerziell interessanten Einsatz mit Leistungen im Bereich auch von größer 5 kW ungeeignet. Die Reibung zwischen Dichtungssystem und hindurchtretendem Hohlkörper führt ebenfalls dazu, dass Reibungsenergie verloren geht und der Wirkungsgrad sinkt.A disadvantage of such solutions is that on such sealing systems, the entire pressure of the water column in the housing body loads. As is known, the pressure of a water column increases with each meter of height about 10 kPa. For a water column of z. B. 10 m therefore loads a pressure of about 100 kPa or 1 bar on such sealing systems, for higher water columns accordingly more. This represents a high load for such a sealing system. It is therefore to be expected that with such sealing systems a complete sealing effect can not or only insufficiently be achieved, so that a constant loss of water from the housing body is to be expected. In addition, an increased wear and maintenance, due to the constant rubbing between sealing system and hollow bodies, is to be expected. This makes the use of such devices particularly unsuitable for larger and largest systems in which relatively large hollow body, z. B. with volume of 1 m 3 or more, and / or relatively high water columns, z. 10 m, 20 m or more. These devices therefore appear unsuitable for a commercially interesting use with powers in the range of more than 5 kW. The friction between the sealing system and the passing hollow body also leads to the fact that friction energy is lost and the efficiency decreases.
Darüber hinaus erscheinen diese Systeme nur schlecht steuerbar. Eine Steuerung der erzeugten mechanischen oder elektrischen Leistung scheint nur durch eine Änderung der Höhe der Wassersäule in dem Gehäusekörper möglich. Ein Stillsetzten der Vorrichtung, z. B. in Zeiten, in denen keine mechanische oder elektrische Energie benötigt wird, scheint das mechanische Blockieren der Hohlkörperkette zu erfordern.In addition, these systems appear difficult to control. Control of the generated mechanical or electrical power seems possible only by changing the height of the water column in the housing body. Stopping the device, z. As in times when no mechanical or electrical energy is needed, the mechanical blocking of the hollow body chain seems to require.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes System zur Umwandlung potentieller Energie eines Fluids in mechanische und/oder elektrische Energie bereit zu stellen.It is therefore the object of the present invention to provide an improved system for converting potential energy of a fluid into mechanical and / or electrical energy.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Umwandlung potentieller Energie eines Fluids in mechanische und/oder elektrische Energie bereit zu stellen, das auch für höhere und höchste Leistungen geeignet ist. It is another object of the present invention to provide a system for converting potential energy of a fluid into mechanical and / or electrical energy, which is also suitable for higher and highest performances.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zur Umwandlung potentieller Energie eines Fluids in mechanische und/oder elektrische Energie bereit zu stellen, bei dem sich die Leistung relativ einfach steuern lässt.It is a further object of the present invention to provide a system for converting potential energy of a fluid into mechanical and / or electrical energy that is relatively easy to control in performance.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum betreiben eines System zur Umwandlung potentieller Energie eines Fluids in mechanische und/oder elektrische Energie bereit zu stellen.Another object of the present invention is to provide an improved method of operating a system for converting potential energy of a fluid into mechanical and / or electrical energy.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein System zur Umwandlung von potentieller Energie eines Fluids in mechanische und/oder elektrische Energie, wobei das System eine Hauptkammer zum Enthalten des Fluids, eine Druckkammer, eine Rücklaufkammer und eine Kraftaufnahmeeinrichtung aufweist; wobei die Kraftaufnahmeeinrichtung eingerichtet ist, die auf einen Auftriebskörper in dem Fluid der Hauptkammer ausgeübte Auftriebskraft aufzunehmen und in mechanische Energie umzusetzen; wobei die Druckkammer an ihrem oberen Ende einen ersten Durchlassbereich aufweist, der eingerichtet ist, einen Auftriebskörper passieren zu lassen, mit einem ersten Schieber, der eingerichtet ist, in geöffnetem Zustand den Durchlassbereich freizugeben und das Passieren eine Auftriebskörpers aus der Druckkammer in die Hauptkammer zu erlauben, und in geschlossenem Zustand die Druckkammer von der Hauptkammer zu trennen, wobei die Druckkammer weiter einen zweiten Durchlassbereich aufweist, der eingerichtet ist, einen Auftriebskörper aus der Rücklaufkammer in die Druckkammer passieren zu lassen, mit einem zweiten Schieber, der eingerichtet ist, in geöffnetem Zustand das Passieren eines Auftriebskörpers aus der Rücklaufkammer in die Druckkammer zu erlauben und in geschlossenem Zustand die Druckkammer von der Rücklaufkammer zu trennen, wobei die Druckkammer ferner einen mit einem Ablaufventil verbundenen Ablauf aufweist, wobei bei geöffnetem Ablaufventil sich in der Druckkammer befindliches Fluid abgelassen werden kann, und wobei die Druckkammer ferner einen mit einem Zulaufventil verbundenen Zulauf aufweist, wobei bei geöffnetem Zulaufventil Fluid in die Druckkammer zugeführt werden kann.In a first aspect, the present invention relates to a system for converting potential energy of a fluid into mechanical and / or electrical energy, the system having a main chamber for containing the fluid, a pressure chamber, a return chamber, and a force receiving device; wherein the force receiving means is adapted to receive the buoyancy force exerted on a buoyant body in the fluid of the main chamber and to convert it into mechanical energy; wherein the pressure chamber has at its upper end a first passage area adapted to allow a buoyant body to pass, with a first slider arranged to release the passage area when opened and to allow passage of a buoyant body from the pressure chamber into the main chamber and, in the closed state, separating the pressure chamber from the main chamber, the pressure chamber further having a second passage portion adapted to allow a buoyant body to pass from the return chamber into the pressure chamber with a second slider arranged in the open state allowing passage of a buoyant body from the return chamber into the pressure chamber and, in the closed state, separating the pressure chamber from the return chamber, the pressure chamber further having an outlet connected to a drain valve, with the drain valve open in the pressure chamber Fluid can be discharged, and wherein the pressure chamber further comprises an inlet connected to an inlet valve, wherein when the inlet valve is open, fluid can be supplied into the pressure chamber.
Bevorzugt weist das System ferner Steuermittel auf, die eingerichtet sind, den ersten Schieber, den zweiten Schieber, das Ablaufventil und das Zulaufventil zu steuern, derart, dass bei geschlossenem ersten und zweiten Schieber das Zulaufventil geöffnet wird, bis die Druckkammer mit Fluid gefüllt ist, bei geschlossenem zweiten Schieber und mit Fluid gefüllter Druckkammer der erste Schieber geöffnet wird, um einen in der Druckkammer befindlichen Auftriebskörper in die Hauptkammer passieren zu lassen, nach dem Passieren des Auftriebskörpers aus der Druckkammer in die Hauptkammer der erste Schieber geschlossen wird und danach das Ablaufventil geöffnet wird, um das sich in der Druckkammer befindliche Fluid abzulassen, nach dem Ablassen des Fluids der zweite Schieber geöffnet wird, um das Passieren eines Auftriebskörpers aus der Rücklaufkammer in die Druckkammer zu erlauben, nach dem Passieren des Auftriebskörpers aus der Rücklaufkammer in die Druckkammer der zweite Schieber geschlossen wird und danach das Zulaufventil geöffnet wird, bis die Druckkammer mit Fluid gefüllt ist.Preferably, the system further comprises control means arranged to control the first slide, the second slide, the drain valve and the inlet valve, such that when the first and second slides are closed the inlet valve is opened until the pressure chamber is filled with fluid, when the second slide is closed and fluid-filled pressure chamber, the first slider is opened to let pass a buoyancy body located in the pressure chamber in the main chamber, after passing the buoyant body from the pressure chamber into the main chamber of the first slide is closed and then opened the drain valve For example, in order to discharge the fluid in the pressure chamber, after discharging the fluid, the second slider is opened to allow a buoyant body to pass from the return chamber to the pressure chamber after passing the buoyant body from the return chamber to the pressure chamber Slider gesc is closed and then the inlet valve is opened until the pressure chamber is filled with fluid.
Das System kann auch eine Energieumwandlungseinrichtung zum Umwandeln der mechanischen in elektrische Energie aufweisen.The system may also include an energy conversion device for converting the mechanical energy into electrical energy.
In dem System kann die Druckkammer unterhalb oder innerhalb der Hauptkammer angeordnet sein.In the system, the pressure chamber may be located below or within the main chamber.
Bevorzugt steht der Zulauf der Druckkammer mit der Hauptkammer in Verbindung. Das Zulaufventil kann als Druckausgleichsventil ausgebildet sein.Preferably, the inlet of the pressure chamber communicates with the main chamber. The inlet valve may be formed as a pressure compensation valve.
Das System kann ferner einen ersten Drucksensor, der eingerichtet ist, einen Druck des Fluids in der Hauptkammer im Bereich des ersten Schiebers zu messen, und einen zweiten Drucksensor aufweisen, der eingerichtet ist, einen Druck des Fluids in der Druckkammer zu messen, wobei bevorzugt die Öffnung des ersten Schiebers erfolgt, nachdem bestimmt wurde, dass der von dem zweiten Drucksensor gemessene Druck im Wesentlichen dem von dem ersten Drucksensor gemessenen Druck entspricht.The system may further include a first pressure sensor configured to measure a pressure of the fluid in the main chamber in the region of the first spool and a second pressure sensor configured to measure a pressure of the fluid in the pressure chamber, preferably Opening of the first slider is made after it has been determined that the pressure measured by the second pressure sensor substantially corresponds to the pressure measured by the first pressure sensor.
Die Kraftaufnahmeeinrichtung des Systems umfasst bevorzugt eine Vielzahl von Mitnehmerblättern, die an einer Kette oder einem Zahnriemen befestigt sind, welche um zwei Umlaufachsen oder Umlaufrädern umläuft.The system's power take-up device preferably includes a plurality of driver blades secured to a chain or toothed belt that revolves about two orbital or planetary pulleys.
In der Rücklaufkammer des Systems kann ein Sensor angeordnet sein, bevorzugt einen Radarsensor oder Ultraschallsensor, der eingerichtet ist, das Vorhandensein eines Auftriebskörpers festzustellen.In the return chamber of the system, a sensor may be arranged, preferably a radar sensor or an ultrasonic sensor, which is arranged to detect the presence of a buoyant body.
In dem System kann die Druckkammer eingerichtet sein, einen Auftriebskörper oder eine Mehrzahl von Auftriebskörpern aufzunehmen.In the system, the pressure chamber may be configured to receive a buoyancy body or a plurality of buoyancy bodies.
Der oder die Auftriebskörper können eine Dichte aufweisen, die wesentlich kleiner als die Dichte des Fluids ist, bevorzugt kleiner als 50%, 33%, 25%, 15%, 10% oder 5% der Dichte des Fluids.The buoyant body (s) may have a density substantially less than the density of the fluid, preferably less than 50%, 33%, 25%, 15%, 10% or 5% of the density of the fluid.
Weiter bevorzugt kann das System eine Mehrzahl an Druckkammern und Rücklaufkammern aufweisen, wobei jede Druckkammer zusätzlich einen mit einem Überlaufventil verbundenen Überlauf aufweist, der mit zumindest einer anderen Druckkammer verbunden ist, wobei die Steuermittel ferner eingerichtet sind, das Überlaufventil zu öffnen und Fluid aus der Druckkammer abzulassen zur Befüllung der verbundenen Druckkammer, wobei das System besonders bevorzugt eine Mehrzahl an Hauptkammern entsprechend der Anzahl an Druckkammern aufweist. More preferably, the system may include a plurality of pressure chambers and return chambers, each pressure chamber additionally having an overflow connected to an overflow valve connected to at least one other pressure chamber, the control means further configured to open the spill valve and fluid from the pressure chamber for discharging the connected pressure chamber, wherein the system particularly preferably has a plurality of main chambers corresponding to the number of pressure chambers.
In einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines System zur Umwandlung von potentieller Energie eines Fluids in mechanische und/oder elektrische Energie, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Schließen des ersten Schiebers; Entleeren des Fluides aus der Druckkammer; Öffnen des zweiten Schiebers, um ein Passieren zumindest eines Auftriebskörpers aus der Rücklaufkammer in die Druckkammer zu ermöglichen; nachdem der zumindest eine Auftriebskörper aus der Rücklaufkammer in die Druckkammer passiert ist, Schließen des zweiten Schiebers; Füllen der Druckkammer mit Fluid unter Druck, bis die Druckkammer gefüllt ist; Öffnen des ersten Schiebers, um das Passieren des zumindest einen Auftriebskörpers aus der Druckkammer in die Hauptkammer zu erlauben; und Aufnehmen der auf den Auftriebskörper in dem Fluid der Hauptkammer ausgeübten Auftriebskraft zur Gewinnung mechanischer Energie und bevorzugt weiter Umwandeln der mechanischen in elektrische Energie.In a second aspect, the present invention relates to a method of operating a system for converting potential energy of a fluid into mechanical and / or electrical energy, the method comprising the steps of: closing the first slider; Emptying the fluid from the pressure chamber; Opening the second slider to allow passage of at least one buoyant body from the return chamber into the pressure chamber; after the at least one buoyant body has passed from the return chamber into the pressure chamber, closing the second slide; Filling the pressure chamber with fluid under pressure until the pressure chamber is filled; Opening the first slider to allow passage of the at least one buoyant body from the pressure chamber into the main chamber; and receiving the buoyant force exerted on the buoyant body in the fluid of the main chamber to obtain mechanical energy, and preferably further converting the mechanical energy into electrical energy.
Bevorzugt weist das Verfahren ferner die Schritte auf: Messen eines ersten Fluiddrucks in der Hauptkammer in einem Bereich in der Nähe des ersten Schiebers; Messen eines zweiten Fluiddrucks in der Druckkammer; und Freigeben der Öffnung des ersten Schiebers, wenn der erste Fluiddruck im Wesentlichen dem zweiten Fluiddruck entspricht.Preferably, the method further comprises the steps of: measuring a first fluid pressure in the main chamber in an area near the first gate; Measuring a second fluid pressure in the pressure chamber; and releasing the opening of the first spool when the first fluid pressure substantially equals the second fluid pressure.
Diese und andere Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden ersichtlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, mit Bezug auf die Zeichnungen, die zeigen:These and other advantages, features and characteristics of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the invention with reference to the drawings, in which:
1 zeigt eine Ausführungsform eines Systems zur Umwandlung potentieller Energie eines Fluids in mechanische und/oder elektrische Energie gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 shows an embodiment of a system for converting potential energy of a fluid into mechanical and / or electrical energy according to the present invention.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Kraftaufnahmeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 shows a preferred embodiment of a force receiving device according to the present invention.
3 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer Kraftaufnahmeeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. 3 shows a further preferred embodiment of a force receiving device according to the present invention.
4 zeigt eine weitere bevorzugte eines Systems zur Umwandlung potentieller Energie eines Fluids in mechanische und/oder elektrische Energie gemäß der vorliegenden Erfindung. 4 shows another preferred of a system for converting potential energy of a fluid into mechanical and / or electrical energy according to the present invention.
5 zeigt verschiedene Ausführungsformen von Auftriebskörpern gemäß der vorliegenden Erfindung. 5 shows various embodiments of buoyancy bodies according to the present invention.
Die 1 zeigt eine Ausführungsform eines Systems 10 zur Umwandlung potentieller Energie eines Fluids in mechanische Energie. Wie in der 1 dargestellt, weist das System 10 eine Hauptkammer 20, eine Druckkammer 30, eine Rücklaufkammer 40 und eine Kraftaufnahmeeinrichtung 50 auf. Auftriebskörper 60 zirkulieren im Umlauf durch die Hauptkammer 20, die Rücklaufkammer 40, die Druckkammer 30 und zurück in die Hauptkammer 20.The 1 shows an embodiment of a system 10 for converting potential energy of a fluid into mechanical energy. Like in the 1 shown, the system instructs 10 a main chamber 20 , a pressure chamber 30 , a return chamber 40 and a force receiving device 50 on. buoyancy 60 circulate through the main chamber 20 , the return chamber 40 , the pressure chamber 30 and back to the main chamber 20 ,
In der Hauptkammer 20 befindet sich ein Fluid. Das Fluid kann Wasser, salzhaltiges Wasser, Öl oder ein anderes geeignetes Fluid sein. Die Hauptkammer 20 kann röhrenförmig ausgebildet sein. Alternativ kann die Hauptkammer 20 als ein Turm, wie ein Wasserturm, oder als ein natürliches oder künstliches Becken, etwa eines Stausees, ausgebildet sein. Die Hauptkammer 20 kann nach oben offen oder geschlossen ausgebildet sein. Bevorzugt ist ein Zulauf (nicht dargestellt) zum Füllen und/oder Wiederauffüllen des Fluids in der Hauptkammer 20 vorgesehen.In the main chamber 20 there is a fluid. The fluid may be water, saline water, oil or other suitable fluid. The main chamber 20 may be tubular. Alternatively, the main chamber 20 be designed as a tower, such as a water tower, or as a natural or artificial pool, such as a reservoir. The main chamber 20 can be designed open or closed upwards. Preferred is an inlet (not shown) for filling and / or refilling the fluid in the main chamber 20 intended.
Befindet sich ein Auftriebskörper 60 in der Hauptkammer 20, erfährt der Auftriebskörper 60 eine Auftriebskraft, die den Auftriebskörper 60 zu einer Bewegung nach oben treibt. Um den gewünschten Effekt des Auftriebs auf einen Auftriebskörper 60 in dem Fluid zu erzielen, muss die Dichte als die Masse des Auftriebskörpers 60 geteilt durch dessen Volumen geringer als die Dichte des Fluids sein. Besonders bevorzugt ist es dabei, dass die Dichte eines Auftriebskörpers 60 möglichst gering ist, um eine möglichst große Auftriebskraft auf den Auftriebskörper 60 in dem Fluid zu erzielen. In bevorzugten Ausführungsformen weisen die Auftriebskörper 60 eine Dichte von weniger als 50%, 33%, 25%, 15%, 10% oder 5% der Dichte des Fluids auf.Is there a buoyancy body 60 in the main chamber 20 , learns the buoyancy body 60 a buoyancy force that drives the buoyant body 60 to a move upwards. To the desired effect of buoyancy on a buoyancy body 60 In the fluid, density must be measured as the mass of the buoyant body 60 divided by its volume to be less than the density of the fluid. It is particularly preferred that the density of a buoyant body 60 is as small as possible to a maximum buoyancy on the buoyancy body 60 to achieve in the fluid. In preferred embodiments, the buoyancy bodies 60 a density of less than 50%, 33%, 25%, 15%, 10% or 5% of the density of the fluid.
Wie in 1 gezeigt, ist die Kraftaufnahmeeinrichtung 50 als ein Zahnriemen oder als eine Kette 51 ausgebildet, die um zwei auf Umlaufachsen angeordneten Zahnrädern 52, 53 umläuft und diese antreibt. An dem Zahnriemen oder der Kette 51 ist eine Mehrzahl von Mitnehmermitteln 54 befestigt. Die Mitnehmermittel 54 können als Schaufeln, als ein oder mehrere Stäbe oder als Gitter ausgebildet sein. Die Mitnehmermittel 54 können an dem Zahnriemen oder an der Kette 51 fest befestigt sein und sich gegen diese abstützen. Bevorzugt sind die Mitnehmermittel 54 gelenkig an der Kette oder dem Zahnriemen 51 gelenkig befestigt, derart, dass sie sich gegen die Kette abstützen, wenn ein Auftriebskörper 60 beim Aufsteigen in der Hauptkammer 20 gegen ein Mitnehmermittel 54 drückt, und dass sie sich in der gegensätzlichen Richtung zur Kette oder zum Zahnriemen hin einklappen lassen, wie in der 2 dargestellt.As in 1 shown is the force receiving device 50 as a timing belt or as a chain 51 formed, the two arranged on revolving axles gears 52 . 53 revolves and drives them. On the timing belt or chain 51 is a plurality of entrainment means 54 attached. The takeaway means 54 may be formed as blades, as one or more rods or as a grid. The takeaway means 54 can be on the timing belt or on the chain 51 be firmly attached and supported against them. The driving means are preferred 54 hinged to the chain or timing belt 51 hinged, such that they support themselves against the chain when a buoyant body 60 when ascending in the main chamber 20 against a takeaway agent 54 press, and that they can fold in the opposite direction to the chain or the timing belt, as in the 2 shown.
Ein Auftriebskörper 60 in der Hauptkammer erfährt, wie oben beschrieben, eine Auftriebskraft, die diesen nach oben treibt. Dabei kommt er in Anschlag gegen ein Mitnehmermittel 54, wie in 1 gezeigt. Die auf den Auftriebskörper 60 wirkende Auftriebskraft wird so über das Mitnehmermittel 54 auf den Zahnriemen oder die Kette 51 übertragen, welche die Zahnräder 52, 53 antreibt. An einem oder beiden der Zahnräder 52, 53 sind Mittel (nicht dargestellt) angekoppelt, um die mechanische Bewegungsenergie des bzw. der Zahnräder 52, 53 aufzunehmen und weiter zu leiten. Bevorzugt ist weiter ein Generator (nicht dargestellt) vorgesehen, der die mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.A buoyancy body 60 in the main chamber experiences, as described above, a buoyancy force that drives it upwards. He comes in attack against a Mitnehmermittel 54 , as in 1 shown. The on the buoyancy body 60 acting buoyancy force is so on the Mitnehmermittel 54 on the timing belt or the chain 51 transferring the gears 52 . 53 drives. On one or both of the gears 52 . 53 are means (not shown) coupled to the mechanical kinetic energy of the one or more gears 52 . 53 to record and forward. Preferably, a generator (not shown) is further provided, which converts the mechanical energy into electrical energy.
Wenn der Auftriebskörper 60 die Oberfläche des Fluids erreicht hat, wandert der Auftriebskörper in die Rücklaufkammer 40. Dies kann bei einer geeigneten Formgebung des Auftriebskörpers 60 selbsttätig erfolgen. Alternativ ist es auch möglich, dass ein an der Oberfläche des Fluids schwimmender Auftriebskörper 60 durch einen nachfolgenden Auftriebskörper 60 und/oder ein nachfolgendes Mitnehmermittel 54 über die Oberfläche des Fluids angehoben wird, bis er in die Rücklaufkammer 40 fällt. Alternativ ist es ebenfalls möglich, Fördermittel (nicht dargestellt) wie einen hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch betätigten Stößel vorzusehen, welche einen an der Oberfläche des Fluids treibenden Auftriebskörper in die Rücklaufkammer befördern.When the buoyant body 60 has reached the surface of the fluid, the buoyant body moves into the return chamber 40 , This can be done with a suitable shaping of the buoyant body 60 done automatically. Alternatively, it is also possible that a floating on the surface of the fluid buoyant body 60 by a subsequent buoyant body 60 and / or a subsequent entrainment means 54 is raised above the surface of the fluid until it enters the return chamber 40 falls. Alternatively, it is also possible to provide conveying means (not shown), such as a hydraulically, pneumatically or electromechanically actuated tappet, which convey a buoyant body floating on the surface of the fluid into the return chamber.
In der Rücklaufkammer 40 fällt der Auftriebskörper unter seinem eigenen Gewicht nach unten. Im weiteren Verlauf zirkuliert der Auftriebskörper 60 weiter durch die Druckkammer 30 und zurück in die Hauptkammer 20.In the return chamber 40 the buoyant falls down under its own weight. In the further course of the buoyancy body circulates 60 continue through the pressure chamber 30 and back to the main chamber 20 ,
Die Druckkammer 20 verbindet die Rücklaufkammer 40 mit der Hauptkammer 20 und schließt so den Kreis, in dem ein Auftriebskörper zirkuliert. In 1 ist die Druckkammer 30 getrennt von und unterhalb der Hauptkammer 20 dargestellt. Es ist ebenfalls möglich, die Druckkammer 30 teilweise oder gänzlich in der Hauptkammer 20 anzuordnen. Letzteres ist insbesondere vorteilhaft, wenn als Hauptkammer 20 ein natürliches Wasserbecken verwendet wird, so dass keine zusätzlichen Arbeiten erforderlich sind, um die Druckkammer 30 unterhalb das natürliche Becken einzubringen.The pressure chamber 20 connects the return chamber 40 with the main chamber 20 and thus closes the circle in which a buoyant body circulates. In 1 is the pressure chamber 30 separated from and below the main chamber 20 shown. It is also possible the pressure chamber 30 partly or wholly in the main chamber 20 to arrange. The latter is particularly advantageous when used as the main chamber 20 A natural water basin is used so no additional work is required to the pressure chamber 30 below the natural pool to bring.
Die Druckkammer 30 weist an ihrem oberen Ende einen ersten Durchlassbereich 31 auf, der so bemessen ist, dass ein Auftriebskörper 60 durch den ersten Durchlassbereich 31 in Richtung zur Hauptkammer 20 passieren kann. Das System 10 weist weiter einen ersten Schieber 32 auf, der eingerichtet ist, in geöffnetem Zustand den ersten Durchlassbereich 31 freizugeben und das Passieren eine Auftriebskörpers aus der Druckkammer 30 in die Hauptkammer 20 zu erlauben, und in geschlossenem Zustand die Druckkammer 30 von der Hauptkammer zu trennen. Der Schieber 32 kann als motorbetriebener Zugschieber ausgeführt sein. Alternativ kann der Schieber 32 auch hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden. Wird daher der erste Schieber 32 geöffnet, treibt der Auftriebskörper 60 durch den Durchlassbereich 31 nach oben, um in der Hauptkammer 20 die Kraftaufnahmeeinrichtung 50 anzutreiben, wie oben beschrieben, und Fluid aus der Hauptkammer 20 strömt in die Druckkammer 30, um das zuvor von dem Auftriebskörper 60 eingenommene Volumen zu füllen.The pressure chamber 30 has at its upper end a first passage area 31 on, which is such that a buoyant body 60 through the first passband 31 towards the main chamber 20 can happen. The system 10 also has a first slider 32 , which is set up, in the open state, the first passband 31 release and passing a buoyant body from the pressure chamber 30 in the main chamber 20 to allow, and in the closed state, the pressure chamber 30 separate from the main chamber. The slider 32 can be designed as a motor-operated pull slide. Alternatively, the slider 32 also be operated hydraulically or pneumatically. Will therefore be the first slider 32 open, the buoyant body drives 60 through the passband 31 up to the main chamber 20 the force receiving device 50 to drive, as described above, and fluid from the main chamber 20 flows into the pressure chamber 30 to the previously from the buoyancy body 60 to fill the occupied volumes.
Nach dem Passieren des Auftriebskörpers durch die Durchlassöffnung 31 wird der erste Schieber 32 wieder geschlossen. Die Druckkammer 30 ist nun von der Hauptkammer 20 getrennt und es kann kein weiteres Fluid in die Druckkammer 30 nachströmen. Der erste Schieber 32 dichtet auf diese Weise die Druckkammer 30 gegenüber der Hauptkammer 20 ab.After passing the buoyant body through the passage opening 31 becomes the first slider 32 closed again. The pressure chamber 30 is now from the main chamber 20 disconnected and there can be no more fluid in the pressure chamber 30 flow in. The first slider 32 seals in this way the pressure chamber 30 opposite the main chamber 20 from.
In diesem Zustand ist die Druckkammer 30 mit Fluid gefüllt, das unter in wesentlichem gleichen Druck steht, wie das Fluid, das in der Hauptkammer 20 an dem ersten Schieber 32 ansteht. Auf den ersten Schieber 32 wirken daher von beiden Seiten, Druckkammer 20 und Hauptkammer 30, im Wesentlichen dieselben Kräfte. Dies erlaubt es, auch für einen Durchlassbereich 31 mit großem Querschnitt, beispielsweise 0,5 m2, 1 m2, 2 m2, 5 m2 oder mehr, den ersten Schieber 32 und zugehörigen Einrichtungen, Mittel wie Lager, Dichtungen, etc., so zu realisieren, dass sie einerseits eine gute Abdichtung erlauben, ohne durch einseitige Belastungen erhöhtem Verschleiß ausgesetzt zu sein.In this condition is the pressure chamber 30 filled with fluid that is at substantially the same pressure as the fluid in the main chamber 20 on the first slider 32 pending. On the first slide 32 therefore act from both sides, pressure chamber 20 and main chamber 30 , essentially the same forces. This allows it, even for a passband 31 with a large cross-section, for example 0.5 m 2 , 1 m 2 , 2 m 2 , 5 m 2 or more, the first slider 32 and associated facilities, means such as bearings, gaskets, etc., to realize so that they on the one hand allow a good seal, without being exposed by one-sided loads increased wear.
Die Druckkammer 30 weist weiter einen zweiten Durchlassbereich 33 auf, der eingerichtet ist, einen Auftriebskörper 60 aus der Rücklaufkammer 40 in die Druckkammer 30 passieren zu lassen. Das System weist ferner einen zweiten Schieber 34 auf, der eingerichtet ist, in geöffnetem Zustand das Passieren eines Auftriebskörpers 60 aus der Rücklaufkammer 40 in die Druckkammer zu erlauben und in geschlossenem Zustand die Druckkammer 30 von der Rücklaufkammer 40 zu trennen. Der Schieber 34 kann als motorbetriebener Zugschieber ausgeführt sein. Alternativ kann der Schieber 34 auch hydraulisch oder pneumatisch betätigt werden. So kann bei geschlossenem zweiten Schieber 34 kein sich in der Druckkammer 30 befindliches Fluid in die Rücklaufkammer 40 strömen.The pressure chamber 30 further has a second passband 33 on, which is set up, a buoyancy body 60 from the return chamber 40 in the pressure chamber 30 to let happen. The system further includes a second slider 34 on, which is arranged, in the open state, passing a buoyant body 60 from the return chamber 40 to allow in the pressure chamber and in the closed state, the pressure chamber 30 from the return chamber 40 to separate. The slider 34 can be designed as a motor-operated pull slide. Alternatively, the slider 34 also be operated hydraulically or pneumatically. So can at closed second slide 34 no getting in the pressure chamber 30 located fluid in the return chamber 40 stream.
Um einen Auftriebskörper 60 aus der Rücklaufkammer 40 in die Druckkammer 30 wandern zu lassen, wird zunächst Fluid aus der Druckkammer 30 abgelassen. Zu diesem Zweck weist die Druckkammer 30 ein mit einem Ablaufventil 72 verbundenen Ablauf 71 auf. Das Ablaufventil 72 kann elektromotorisch oder pneumatisch betätigt werden. Um das Ablassen des Fluids zu unterstützen, kann zusätzlich eine Belüftung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die vorzugsweise mit dem Ablaufventil 72 geöffnet und geschlossen wird. Der Ablauf kann in ein natürliches Gewässer, wie in einen Fluss, münden. Alternativ ist es ebenfalls möglich, eine Auffangkammer (nicht dargestellt) vorzusehen, um ablaufendes Fluid für eine spätere Verwendung zu sammeln.To a buoyancy body 60 from the return chamber 40 in the pressure chamber 30 First, fluid is released from the pressure chamber 30 drained. For this purpose, the pressure chamber 30 one with a drain valve 72 connected process 71 on. The drain valve 72 can be operated by electric motor or pneumatically. In order to assist the discharge of the fluid, in addition a ventilation (not shown) may be provided, preferably with the drain valve 72 opened and closed. The process can flow into a natural body of water, such as a river. Alternatively, it is also possible to provide a catchment chamber (not shown) to collect drainage fluid for later use.
Nachdem das Fluid in der Druckkammer 30 abgelassen wurde, wird der zweite Schieber 34 geöffnet. Es kann nun ein Auftriebskörper 60 aus der Rücklaufkammer 40 durch den Durchlassbereich 31 in die Druckkammer 30 passieren. Dabei ist es ebenfalls möglich, zusätzlich Fördermittel (nicht dargestellt) wie einen hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch betätigten Stößel vorzusehen, welche einen Auftriebskörper 60 in die Druckkammer 30 befördern.After the fluid in the pressure chamber 30 is drained, becomes the second slider 34 open. It can now be a buoyant body 60 from the return chamber 40 through the passband 31 in the pressure chamber 30 happen. It is also possible, in addition to provide conveying means (not shown) such as a hydraulic, pneumatic or electromechanically actuated plunger, which a buoyancy body 60 in the pressure chamber 30 transport.
Nachdem sich in der Druckkammer 30 wieder ein Auftriebskörper 60 befindet, wird der zweite Schieber 34 wieder geschlossen. Es wird nun ein Zulaufventil 74 geöffnet, um über einen damit verbundenen Zulauf 73 die Druckkammer wieder mit Fluid zu füllen. Das Fluid steht dabei bevorzugt unter Druck, wobei besonders bevorzugt das Fluid unter im Wesentlichen dem Druck steht, mit dem Fluid in der Hauptkammer 20 am ersten Schieber 32 ansteht. Dies kann vorteilhaft erreicht werden, wenn das Zulaufventil 74 und der Zulauf 73 als Teil eines Überlaufes ausgebildet sind, der mit einem Bereich der Hauptkammer 20 im Wesentlichen in der Nähe oder auf Höhe des ersten Schiebers 32, oder auf einer tiefer gelegenen Höhe, verbunden ist. Bevorzugt ist dabei das Zulaufventil 74 als Druckausgleichsventil ausgebildet. Das Zulaufventil 74 kann elektromotorisch oder pneumatisch betätigt werden. Um das Füllen der Druckkammer 30 mit Fluids zu unterstützen, kann zusätzlich eine Entlüftung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die vorzugsweise entsprechend dem Öffnen und Schließen des Zulaufventils 74 geöffnet und geschlossen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform können, wie in 1 dargestellt, zusätzlich ein erster Drucksensor 81 zur Messung des Fluiddrucks in der Hauptkammer, bevorzugt in der Nähe oder auf Höhe des ersten Schiebers 32, und ein zweiter Drucksensor 82 zur Messung des Fluiddrucks in der Druckkammer 30 vorgesehen sein. Auf diese Weise ist es vorteilhaft möglich, das Zulaufventil 72 so zu steuern, dass der gewünschte Druck in der Druckkammer 30 erreicht wird. Ebenfalls ist es möglich, das Öffnen des ersten Schiebers 32 nur zu erlauben, wenn der in der Druckkammer 30 gemessene Druck einem vorgegebenem Druck und/oder dem von dem ersten Drucksensor 81 in der Hauptkammer 20 gemessenem Druck entspricht.After getting in the pressure chamber 30 again a buoyant body 60 is the second slider 34 closed again. It will now be an inlet valve 74 opened to an associated inlet 73 to fill the pressure chamber with fluid again. The fluid is preferably under pressure, wherein the fluid is particularly preferably under substantially the pressure, with the fluid in the main chamber 20 on the first slide 32 pending. This can be advantageously achieved if the inlet valve 74 and the feed 73 are formed as part of an overflow, which is connected to a region of the main chamber 20 essentially near or at the level of the first slider 32 , or at a lower altitude, is connected. Preference is given to the inlet valve 74 designed as a pressure equalization valve. The inlet valve 74 can be operated by electric motor or pneumatically. To fill the pressure chamber 30 To assist with fluids, in addition, a vent (not shown) may be provided, which preferably according to the opening and closing of the inlet valve 74 opened and closed. In a preferred embodiment, as in 1 shown, additionally a first pressure sensor 81 for measuring the fluid pressure in the main chamber, preferably in the vicinity or at the level of the first slider 32 , and a second pressure sensor 82 for measuring the fluid pressure in the pressure chamber 30 be provided. In this way it is advantageously possible, the inlet valve 72 to control that the desired pressure in the pressure chamber 30 is reached. It is also possible to open the first slider 32 only to allow if in the pressure chamber 30 measured pressure a predetermined pressure and / or that of the first pressure sensor 81 in the main chamber 20 corresponds to measured pressure.
Es befindet sich nun in der Druckkammer 30 ein Aufstiegskörper 60, wobei der verbleibende Innenraum der Druckkammer 30 mit Fluid unter Druck gefüllt ist. Die an dem ersten Schieber 32 anstehend Drücke von Fluid in der Hauptkammer 20 und Fluid in der Druckkammer 30 heben sich so im Wesentlichen auf. Es ist daher möglich, den ersten Schieber 32 zu öffnen, ohne dass die Dichtungen, Führungen und/oder Lager des bzw. für den ersten Schieber 32 eine Bewegung unter großer einseitiger Belastung unterliegen, was zu erhöhtem Verschleiß führen würde. Wird der erste Schieber 32 geöffnet, passiert der Auftriebskörper 60 in die Hauptkammer 20, wie oben beschrieben, und das Zirkulieren des Auftriebskörpers 60 durch das System 10, wie oben beschrieben, beginnt erneut.It is now in the pressure chamber 30 an ascension body 60 , wherein the remaining interior of the pressure chamber 30 filled with fluid under pressure. The on the first slider 32 pending pressures of fluid in the main chamber 20 and fluid in the pressure chamber 30 essentially lift oneself up. It is therefore possible to use the first slider 32 to open without the seals, guides and / or bearings of or for the first slide 32 subject to movement under large one-sided load, which would lead to increased wear. Will be the first slider 32 opened, the buoyant body happens 60 in the main chamber 20 as described above, and circulating the buoyant body 60 through the system 10 , as described above, starts again.
Die Auftriebskörper 60 können Hohlkörper sein, die aus Eisen, Kunststoffen, Glasfasermaterialien, Kohlefasermaterialien oder aus anderen geeigneten Werkstoffen, oder Kombinationen davon, gebildet sind. Alternativ können die Auftriebskörper 60 auch aus einem leichten Vollmaterial, wie etwa Kunststoffen oder Schaumstoffen gebildet sein. Die Auftriebskörper können würfelförmig, rechteckig, kugelförmig, kreisförmig, zylinderförmig, rhombisch oder elipsoid ausgebildet sind, wie in der 5 dargestellt.The buoyancy bodies 60 may be hollow bodies formed of iron, plastics, glass fiber materials, carbon fiber materials or other suitable materials, or combinations thereof. Alternatively, the buoyancy bodies 60 also be formed from a light solid material, such as plastics or foams. The buoyancy bodies may be cube-shaped, rectangular, spherical, circular, cylindrical, rhombic or ellipsoidal, as in US Pat 5 shown.
Mit Bezug wieder auf die 1, wie oben beschrieben, kann die Druckkammer 30 einen Auftriebskörper 60 aufnehmen. Es ist ebenfalls möglich, dass die Druckkammer 30 und/oder die Auftriebskörper 60 so bemessen sind, dass die Druckkammer 30 gleichzeitig mehrere Auftriebskörper 60, beispielsweise 2, 3, 5, 10, 25, 50 oder mehr, aufnehmen kann. Beispielsweise können als Auftriebskörper 60 Tischtennisbälle verwendet werden. Mit jedem Zyklus des Befüllens und Entleeren der Druckkammer 30 wird dabei die in der Druckkammer 30 enthaltene Anzahl an Auftriebskörpern 60 in die Hauptkammer 20 passieren gelassen und eine entsprechende Anzahl an Auftriebskörpern 60 wieder aus der Rücklaufkammer 40 in die Druckkammer 30 passieren gelassen. Dazu kann das System 10 bevorzugt einen Sensor 84, wie einen Radarsensor, Ultraschallsensor oder eine Lichtschranke aufweisen, der in der Rücklaufkammer 40 angeordnet ist und der eingerichtet ist, das Vorhandensein eines Auftriebskörpers 60 zu erkennen. Mit diesem Sensor 84 ist es möglich, den zweiten Schieber 34 nur zu öffnen, wenn ein Auftriebskörper 60 erkannt wurde. Mit diesem Sensor 84 ist es ebenfalls möglich, zu erfassen, ob ein Auftriebskörper 60 den Sensor 84 passiert hat, um zum Beispiel eine Anzahl von Auftriebskörpern 60 zu zählen. Um die Druckkammer 30 mit einer vorgegebenen Anzahl an Auftriebskörpern 60 zu befüllen, wird die Anzahl von Auftriebskörpern 60, die den Sensor 84 passieren, gezählt. Ist die vorgegebene Anzahl erreicht, wird der zweite Schieber 34 wieder geschlossen.Referring again to the 1 As described above, the pressure chamber 30 a buoyancy body 60 take up. It is also possible that the pressure chamber 30 and / or the buoyancy bodies 60 are sized so that the pressure chamber 30 at the same time several buoyancy bodies 60 , For example, 2, 3, 5, 10, 25, 50 or more record. For example, as a buoyant body 60 Table tennis balls are used. With each cycle of filling and emptying the pressure chamber 30 is doing in the pressure chamber 30 included number of buoyancy bodies 60 in the main chamber 20 let pass and a corresponding number of buoyancy bodies 60 again from the return chamber 40 in the pressure chamber 30 let pass. This can be done by the system 10 prefers a sensor 84 , such as a radar sensor, ultrasonic sensor or a light barrier, in the return chamber 40 is arranged and which is established, the presence of a buoyant body 60 to recognize. With this sensor 84 is it possible to use the second slider 34 only open when a buoyant body 60 was detected. With this sensor 84 is it also possible to detect if a buoyant body 60 the sensor 84 happened to, for example, a number of buoyant bodies 60 to count. To the pressure chamber 30 with a given number of buoyancy bodies 60 to fill, is the number of buoyant bodies 60 that the sensor 84 happen, counted. When the predetermined number is reached, the second slider becomes 34 closed again.
Zur Einlasskontrolle und/oder zur Vereinzelung von Auftriebskörpern 60 in der Rücklaufkammer kann ferner eine automatische Haltebarriere 86 vorgesehen sein, in der 1 durch einen motorbetätigten Stößel versinnbildlicht.For admission control and / or for separation of buoyancy bodies 60 in the return chamber can also be an automatic holding barrier 86 be provided in the 1 symbolized by a motor-driven plunger.
Wie vorstehend beschrieben, steigt ein Auftriebskörper 60 in der Hauptkammer 20 auf und treibt dabei die Kraftaufnahmeeinrichtung an. Die so verrichtetet mechanische Arbeit entspricht dem Produkt aus der Auftriebskraft des Auftriebskörpers 60, mit der dieser gegen die Mitnehmermittel drückt, und der Strecke, um die der Auftriebskörper 60 die Mitnehmermittel bewegt und so die Kraftaufnahmeeinrichtung antreibt. Gleichzeitig wird für jeden Zyklus, in dem ein Auftriebskörper 60 auf diese Weise mechanische Arbeit verrichtet, der Hauptkammer 20 eine Menge an Fluid entsprechend dem Innenvolumen der Druckkammer 30 entnommen und so die potentielle Energie des Fluids in der Hauptkammer 20 verringert. Auf diese Weise findet eine Umwandlung von potentieller Energie des Fluids in der Hauptkammer in mechanische Energie statt, oder auch in elektrische Energie, wenn zusätzlich ein Generator Verwendung findet.As described above, a buoyancy body increases 60 in the main chamber 20 and drives the power receiving device. The mechanical work thus performed corresponds to the product of the buoyancy of the buoyant body 60 , with which this presses against the driving means, and the distance to the buoyancy body 60 moves the catch means and so drives the force receiving device. At the same time, for each cycle in which a buoyant body 60 doing mechanical work in this way, the main chamber 20 an amount of fluid corresponding to the internal volume of the pressure chamber 30 taken and so the potential energy of the fluid in the main chamber 20 reduced. In this way, a conversion of potential energy of the fluid in the main chamber into mechanical energy, or in electrical energy, if in addition a generator is used.
Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Systems zu erzielen, ist es daher wünschenswert, dass das Innenvolumen der Druckkammer 30 im Vergleich mm Volumen des Auftriebskörpers nur wenig Übermaß aufweist. Bevorzugt ist das Innenvolumen der Druckkammer weniger als 20%, 15%, 10%, 7%, besonders bevorzugt weniger als 5% größer als das Volumen des Auftriebskörpers 60. In einer Ausführungsform sind die Auftriebskörper 60 daher würfelförmig oder rechteckförmig ausgebildet, mit einem Volumen von 1 m3, 2 m3, 5 m3 oder mehr. Wenn der Auftriebskörper 60 ein Würfel mit einem Volumen von 1 m3 ist, mit einer Kantenlänge von entsprechend 1 m, dann kann die Druckkammer 30 mit einem ebenfalls würfelförmigen Innenraum ausgebildet sein, wobei die Kantenlängen des Innenraumes beispielsweise 1,04 m betragen. Auf diese Weise steht ein Übermaß von 2 cm zu jeder Seite des würfelförmigen Auftriebskörpers 60 zur Verfügung, das es erlaubt, den Auftriebskörper 60 hinreichend leicht in die Druckkammer 30 zu befördern. In diesem Fall können die Schieber 32, 34 zwei Seiten der würfelförmigen Druckkammer 30 darstellen. In diesem Fall hat die Druckkammer ein Innenvolumen von 1,12 m3, und es wird mit jedem Zyklus nur 12% des Volumens des Auftriebskörpers als überschüssiges Fluid im Innenraum verloren, ohne nutzbringend in mechanische Arbeit umgewandelt zu werden. Wenn durch präzise Fertigung und Führung ein Übermaß zu jeder Seite auf 1 cm verringert werden kann, verringert sich dies auf etwa 3%.In order to achieve the highest possible efficiency of the system, it is therefore desirable that the internal volume of the pressure chamber 30 compared mm volume of the buoyant body has little excess. Preferably, the internal volume of the pressure chamber is less than 20%, 15%, 10%, 7%, more preferably less than 5% greater than the volume of the buoyant body 60 , In one embodiment, the buoyancy bodies 60 therefore cube-shaped or rectangular shaped, with a volume of 1 m 3 , 2 m 3 , 5 m 3 or more. When the buoyant body 60 a cube with a volume of 1 m 3 , with an edge length equal to 1 m, then the pressure chamber 30 be formed with a cubic interior also, the edge lengths of the interior, for example, be 1.04 m. In this way there is an excess of 2 cm on each side of the cube-shaped buoyancy body 60 available, which allows the buoyant body 60 Sufficiently easy in the pressure chamber 30 to transport. In this case, the slides can 32 . 34 two sides of the cube-shaped pressure chamber 30 represent. In this case, the pressure chamber has an internal volume of 1.12 m 3 , and with each cycle, only 12% of the volume of the buoyant body is lost as excess fluid in the interior, without being usefully converted into mechanical work. If, due to precise manufacturing and guidance, an oversize to each side can be reduced to 1 cm, this decreases to about 3%.
In der 1 ist die Kraftaufnahmeeinrichtung 50 als eine Kette oder ein Zahnriemen 51 dargestellt, an der eine Mehrzahl von Mitnehmerelementen 54 befestigt ist. Alternativ ist es auch möglich, eine Kraftaufnahmeeinrichtung 90 zu verwenden, die schematisch in der 3 dargestellt ist Wie die 3 zeigt, umfasst die Kraftaufnahmeeinrichtung 90 dieser Ausführungsform eine Aufnahmeplatte 91. Der Auftriebskörper 60 stößt beim Auftreiben gegen die Aufnahmeplatte 91 an und übt auf diese eine nach oben gerichtete Kraft aus. Die Aufnahmeplatte 91 ist mit einer Stange 92 verbunden. Die Stange 92 ist durch eine Lagerung (nicht dargestellt) gehalten und gelagert, so dass sie eine Bewegung in senkrechter Richtung ausführt. Über Gelenke und ein Pleuel 94 ist die Stange 92 mit einer Kurbelscheibe 93 verbunden, die zu einer Drehung in Richtung des Pfeils angetrieben wird. Das Pleuel 94 kann in einer weiter bevorzugten Ausführungsform ein Knickpleuel sein. Wenn der Auftriebskörper 60 die Oberfläche des Fluids erreicht, erreicht die Kraftaufnahmeeinrichtung 90 im Wesentlichen den oberen Totpunkt. Durch die Masse und Trägheit der Kurbelscheibe 93 bewegt sich diese weiter bis zum und über den oberen Totpunkt hinaus, wodurch die Aufnahmeplatte 91 von dem Auftriebskörper 91 abgehoben wird. Es ist nun möglich, den Auftriebskörper, beispielsweise mit einer Fördereinrichtung wie vorstehend beschrieben in die Rücklaufkammer zu befördern. Mit der weiteren Drehung der Kurbelscheibe 93 wird die Aufnahmeplatte wieder abgesenkt. Durch ihr eigenes Gewicht sinkt die Aufnahmeplatte 91 bis zur Stellung entsprechend dem unteren Totpunkt der Kraftaufnahmeeinrichtung 90 in einer Position über und in der Nähe des ersten Schiebers 32. Der erste Schieber 32 kann nun geöffnet werden, um einen weiteren Auftriebskörper 60 aus der Druckkammer 30 in die Hauptkammer 20 passieren zu lassen wie beschrieben.In the 1 is the force receiving device 50 as a chain or a timing belt 51 shown at the a plurality of driver elements 54 is attached. Alternatively, it is also possible, a force receiving device 90 to use that in the schematic 3 is represented as the 3 shows, includes the force receiving device 90 this embodiment, a receiving plate 91 , The buoyancy body 60 pushes when driving against the mounting plate 91 and exerts on this an upward force. The receiving plate 91 is with a pole 92 connected. The pole 92 is held and supported by a bearing (not shown) so as to perform a movement in a vertical direction. Over joints and a connecting rod 94 is the rod 92 with a crank disc 93 connected, which is driven to rotate in the direction of the arrow. The connecting rod 94 may be a kinked connecting rod in a further preferred embodiment. When the buoyant body 60 reaches the surface of the fluid reaches the force receiving device 90 essentially the top dead center. Due to the mass and inertia of the crank disc 93 this moves further to and beyond top dead center, causing the receiving plate 91 from the buoyancy body 91 is lifted. It is now possible to convey the buoyant body, for example with a conveyor as described above in the return chamber. With the further rotation of the crank disc 93 the receiving plate is lowered again. Due to its own weight, the mounting plate sinks 91 to the position corresponding to the bottom dead center of the force receiving device 90 in a position above and near the first slider 32 , The first slider 32 can now be opened to another buoyant body 60 from the pressure chamber 30 in the main chamber 20 to let happen as described.
In einer weiteren Ausführungsform ist es ebenfalls möglich, in einem System mehrere Druckkammern 30 vorzusehen, wie in der 4 dargestellt. In dem System 10 der 4 sind drei Druckkammern 30 und drei Hauptkammern 20 bereitgestellt Alternativ ist es ebenso möglich, dass die drei Druckkammern mit einer gemeinsamen Hauptkammer 20 in Verbindung stehen. Auf diese Weise ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, die Leistung des Systems zu skalieren und die Umwandlung von potentieller Energie des Fluids in mechanische Energie zu verstetigen. Wie in 4 dargestellt, können sich die einzelnen Teilsysteme in einem jeweils unterschiedlichen Zustand befinden. Während in der mittig gezeigten Hauptkammer die Phase des Auftriebs noch am Anfang ist, ist diese in der links gezeigten Hauptkammer beinahe beendet. Die Hauptkammern ähneln auf diese Weise den Zylindern eines Verbrennungsmotors.In another embodiment, it is also possible to have multiple pressure chambers in one system 30 to provide, as in the 4 shown. In the system 10 of the 4 are three pressure chambers 30 and three main chambers 20 Alternatively, it is equally possible that the three pressure chambers have a common main chamber 20 keep in touch. In this way it is possible with the present invention to scale the performance of the system and to stabilize the conversion of potential energy of the fluid to mechanical energy. As in 4 shown, the individual subsystems may be in a different state. While in the In the center chamber shown, the phase of the buoyancy is still at the beginning, this is almost finished in the main chamber shown on the left. The main chambers are similar in this way to the cylinders of an internal combustion engine.
Wie in der 4 weiter dargestellt, ist es dabei vorteilhaft, dass zwischen verschiedenen Druckkammern eine fluide Verbindung hergestellt werden kann, etwa in Form eines mit einem Überlaufventil (nicht dargestellt) versehenen Überlaufs 100, der als ein Pfeil dargestellt ist, wobei jede Druckkammer mittels eines Überlaufs mit zumindest einer anderen Druckkammer verbunden ist. Wenn nach dem Schließen des ersten Schiebers 32 (vgl. 1) das Fluid in einer Druckkammer abgelassen werden muss, kann zuerst das Überlaufventil geöffnet und über den entsprechenden Überlauf 100 eine andere Druckkammer teilweise mit Fluid gefüllt werden, die sich vor der Phase des Befüllens mit Fluid befindet. Auf diese Weise kann ein Teil des Fluids in der Druckkammer weiter verwendet werden, und allein der in der Druckkammer verbleibende Rest des Fluids braucht über den Ablauf 71 (vgl. 1) abgelassen werden. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Systems weiter verbessert werden.Like in the 4 shown further, it is advantageous that between different pressure chambers, a fluid connection can be made, such as in the form of an overflow valve (not shown) provided overflow 100 , which is shown as an arrow, wherein each pressure chamber is connected by means of an overflow with at least one other pressure chamber. If after closing the first slider 32 (see. 1 ), the fluid must be drained in a pressure chamber, the overflow valve can first be opened and the corresponding overflow 100 another pressure chamber may be partially filled with fluid that is prior to the phase of filling with fluid. In this way, a portion of the fluid in the pressure chamber can continue to be used and only the remainder of the fluid remaining in the pressure chamber needs to drain through 71 (see. 1 ) are drained. In this way, the efficiency of the system can be further improved.
Dabei erlaubt das in 4 gezeigte System mit mehreren Druckkammern 30 auch einen Betrieb, in dem nur ein Teil der Druckkammern 30 und zugehörigen Hauptkammern 20 verwendet wird, um mechanische und/oder elektrische Energie zu erzeugen. Auf diese Weise lässt sich das System auf verbesserte Weise steuern und unterschiedlichen gewünschten und veränderlichen Leistungprofilen anpassen.This allows in 4 shown system with several pressure chambers 30 also a company in which only a part of the pressure chambers 30 and associated main chambers 20 is used to generate mechanical and / or electrical energy. In this way, the system can be controlled in an improved way and adapted to different desired and variable performance profiles.
Das System kann eine Steuerung (nicht dargestellt) aufweisen, welche den Betrieb eines Teils oder aller der verstellbaren Elemente des Systems steuert, wie den ersten Schieber 32, den zweiten Schieber 34, das Zulaufventil 74, das Ablaufventil 72, die Haltebarriere 86, und/oder Fördereinrichtungen. Die Steuerung kann auch Signale und Messwerte von den Sensoren empfangen, wie dem ersten Drucksensor 81, dem zweiten Drucksensor 82 und/oder dem Sensor 84.The system may include a controller (not shown) that controls the operation of a portion or all of the adjustable elements of the system, such as the first slider 32 , the second slider 34 , the inlet valve 74 , the drain valve 72 , the holding barrier 86 , and / or conveyors. The controller may also receive signals and measurements from the sensors, such as the first pressure sensor 81 , the second pressure sensor 82 and / or the sensor 84 ,
Mit der Steuerung kann der Betrieb des Systems gesteuert werden. So kann die Steuerng nach einem einfachen Steuerprinzip den ersten Schieber 32 in vorgegebenen Zeitabständen steuern, um jeweils einen Auftriebskörper 60 in die Hauptkammer 20 passieren zu lassen. Durch ein verlängern oder verkürzen des Zeitabstandes kann die Steuerung festlegen, wie viele Auftriebskörper 60 pro Zeiteinheit durch den Auftrieb in der Hauptkammer mechanische Arbeit verrichten und so über die Kraftaufnahmeeinrichtung zur Erzeugung von mechanischer Arbeit beitragen. So kann die Steuerung einen weiteren Auftriebskörper 60 in die Hauptkammer aufsteigen lassen, jedes Mal wenn eine Mitnehmereinrichtung 51 in der Nähe des ersten Schiebers 32 passiert. In anderen Einstellungen kann die Steuerung dies bei jeder zweiten, dritten, vierten usw. Mitnehmereinrichtung 51 tun. Auf diese Weise kann die von dem System erzeugte mechanische und/oder elektrische Leistung verändert werden.The controller can be used to control the operation of the system. Thus, the Steuerg after a simple control principle, the first slide 32 control at predetermined time intervals, in each case a buoyant body 60 in the main chamber 20 to let happen. By lengthening or shortening the time interval, the controller can determine how many buoyant bodies 60 per unit time by the buoyancy in the main chamber perform mechanical work and so contribute to the generation of mechanical work on the power receiving device. So the controller can be another buoyant body 60 get into the main chamber, every time a driver device 51 near the first slider 32 happens. In other settings, the controller may do so every second, third, fourth, etc. entrainment means 51 do. In this way, the mechanical and / or electrical power generated by the system can be changed.
Mit einem Winkelsensor (nicht dargestellt), der an der Kurvenscheibe 93 angebracht ist, kann die Steuerung ebenfalls die Stellung der Aufnahmeplatte 91 der Kraftaufnahmeeinrichtung 90 (vgl. 2) feststellen, um so sicher zu stellen, dass bei erreichen des unteren Totpunkts ein weiterer Auftriebskörper 60 in die Hauptkammer 20 eintritt.With an angle sensor (not shown) attached to the cam 93 is attached, the controller can also the position of the receiving plate 91 the force receiving device 90 (see. 2 ) so as to ensure that when bottom dead center reaches another buoyant body 60 in the main chamber 20 entry.
Ist das System so ausgelegt, dass eine Vielzahl von Auftriebskörpern 60 gleichzeitig in die Druckkammer 30 aufgenommen werden können, so kann die Steuerung, unter Verwendung des Sensors 84 und der Haltebarriere 86 dafür sorgen, dass jeweils eine vorgegebene Anzahl an Auftriebskörpern 60 aus der Rücklaufkammer in die Druckkammer gelangt. Die vorgegebene Anzahl kann von der Steuerung in Abhängigkeit von einer gewünschten Sollleistung des Systems vermindert oder erhöht werden. Auf diese Weise kann mit der Steuerung die pro Zyklus erzeugte Energie verändert und angepasst werden.Is the system designed so that a variety of buoyancy bodies 60 at the same time in the pressure chamber 30 can be included, so the controller, using the sensor 84 and the holding barrier 86 Make sure that in each case a predetermined number of buoyancy bodies 60 from the return chamber enters the pressure chamber. The predetermined number may be decreased or increased by the controller in response to a desired setpoint performance of the system. In this way, with the controller, the energy generated per cycle can be changed and adjusted.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE 8510493 U [0004, 0006] DE 8510493 U [0004, 0006]
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DE 3544043 A1 [0004] DE 3544043 A1 [0004]
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DE 2606160 A1 [0005] DE 2606160 A1 [0005]
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DE 3802023 A1 [0005] DE 3802023 A1 [0005]
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JP 03121274 A [0005] JP 03121274 A [0005]
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US 1708807 A [0005] US 1708807A [0005]
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EP 1739304 A1 [0005] EP 1739304 A1 [0005]