DE102013008859A1

DE102013008859A1 - Flow engine

Info

Publication number: DE102013008859A1
Application number: DE201310008859
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Göhre
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-24
Filing date: 2013-05-24
Publication date: 2014-11-27

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungskraftmaschine mit einem Turbinenrad, das in einem mit Flüssigkeit gefluteten Behältnis drehbar aufgenommen ist, in das zum Antreiben des Turbinenrads über einen Druckgaseinlass von einem Druckerzeuger her Druckgas einleitbar ist, das in der Flüssigkeit aufsteigt, die Turbinenschaufeln des Turbinenrads beaufschlagt und das Behältnis an einem oberhalb des Druckgaseinlasses befindlichen Gasauslass wieder verlässt. Erfindungsgemäß ist an dem Druckgaseinlass in dem Behältnis zumindest ein beweglich und/oder einstellbar ausgebildetes Strömungsleitorgan vorgesehen.The present invention relates to a turbo engine with a turbine wheel, which is rotatably accommodated in a container flooded with liquid, into which, for driving the turbine wheel, a pressure generator can introduce pressure gas that rises in the liquid, acts on the turbine blades of the turbine wheel and leaves the container at a gas outlet located above the compressed gas inlet. According to the invention, at least one movable and / or adjustable flow guide element is provided on the compressed gas inlet in the container.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungskraftmaschine mit einem Turbinenrad, das in einem mit Flüssigkeit gefluteten Behältnis drehbar aufgenommen ist, in das zum Antreiben des Turbinenrads über einen Druckgaseinlass von einem Druckerzeuger her Druckgas einleitbar ist, das in der Flüssigkeit aufsteigt, die Turbinenschaufeln des Turbinenrads beaufschlagt und das Behältnis an einem oberhalb des Druckgaseinlasses befindlichen Gasauslass wieder verlässt.The present invention relates to a turbomachine with a turbine wheel, which is rotatably received in a liquid-flooded container into which for driving the turbine wheel via a compressed gas inlet from a pressure generator forth compressed gas can be introduced, which rises in the liquid, the turbine blades of the turbine wheel acted upon and the container leaves at a gas outlet located above the compressed gas inlet again.

Eine ähnliche Kraftmaschine ist aus der Schrift DE 101 09 870 A1 bekannt, die in einer Ausführungsform ein in einem Tank angeordnetes Wasserrad bzw. Zellenrad zeigt, das in dem mit Wasser befüllten Tank um eine liegende Drehachse drehbar ist. in den Tank wird einseitig unter dem Wasserrad Druckluft eingeleitet, so dass die aufsteigenden Luftblasen von den Schaufeln des Wasserrads auf einer Seite des Wasserrades eingefangen werden und die Auftriebskräfte der eingeleiteten Druckluft das Zellenrad antreiben. Diese vorbekannte Kraftmaschine besitzt jedoch nur einen geringen Wirkungsgrad. Die an der Oberseite aus dem Wasser auftauchenden Schaufeln des Wasserrades werden beim Wiedereintauchen auf der nicht mit Druckluft beaufschlagten Seite stark abgebremst, wodurch ein Teil der Antriebskräfte wieder kompensiert wird. Zum anderen ergeben sich entlang der Bahn der Schaufeln durch das Wasser starke Verwirbelungen, die sich an den Schaufeln des Wasserrads verfangen und dieses bremsen. Letztlich können auch mit großen Luftmengen nur relativ kleine Antriebsleistungen erreicht werden. Aus der DE 121814 ist eine nach dem Auftriebsprinzip arbeitende Strömungskraftmaschine bekannt, bei der das Turbinenrad vollständig geflutet in einem Behälter läuft, der zylindrisch an das Turbinenrad angepasst ist und oberseitig eine Flutungsverlängerung besitzt. Eine ähnliche Strömungskraftmaschine zeigt die DE 7905487 , deren Turbinenbehälter in einen Schiffsrumpf integriert sein soll, wobei die Abgase des Dieselmotors des Schiffes als Druckgas zum Antreiben des Turbinenrads verwendet werden sollen. Die Turbinenschaufeln dieser Strömungskraftmaschinen sind in Umlaufrichtung gekrümmt ausgebildet, so dass sich das innere Ende der Turbinenschaufel näherungsweise senkrecht zur Umlaufrichtung erstreckt, während sich das äußere Ende nahezu parallel zur Umfangsrichtung erstreckt.A similar engine is from the Scriptures DE 101 09 870 A1 which, in one embodiment, shows a water wheel or cell wheel arranged in a tank, which is rotatable in the water-filled tank about a horizontal axis of rotation. compressed air is introduced into the tank on one side under the waterwheel so that the rising air bubbles are captured by the blades of the waterwheel on one side of the waterwheel and the buoyancy forces of the introduced compressed air drive the bucket. However, this prior art engine has only a low efficiency. The blades of the water wheel, which emerge from the water at the top, are strongly decelerated on re-immersion on the side not subjected to compressed air, whereby part of the driving forces are compensated again. On the other hand arise along the path of the blades through the water strong turbulence, which get caught on the blades of the water wheel and this brake. Ultimately, even with large amounts of air only relatively small drive power can be achieved. From the DE 121814 a turbomachine operating on the principle of buoyancy is known in which the turbine wheel runs completely flooded in a container which is cylindrically adapted to the turbine wheel and has a flooding extension on the upper side. A similar turbomachine shows the DE 7905487 whose turbine container is to be integrated into a hull, wherein the exhaust gases of the diesel engine of the ship to be used as a pressurized gas for driving the turbine wheel. The turbine blades of these fluid power machines are curved in the circumferential direction so that the inner end of the turbine blade extends approximately perpendicular to the circumferential direction, while the outer end extends almost parallel to the circumferential direction.

Der vorliegenden Erfindung liegt hiervon ausgehend die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Kraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und letzteren in vorteilhafterweise weiterbildet. insbesondere soll ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden, so dass mit geringen Luftmengen hohe Antriebsleistungen erzielbar sind.The present invention is therefore based on the object to provide an improved engine of the aforementioned type, which avoids the disadvantages of the prior art and the latter further advantageously. In particular, a high degree of efficiency is to be achieved so that high drive powers can be achieved with small amounts of air.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Kraftmaschine nach Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention this object is achieved by an engine according to claim 1. Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Es wird also vorgeschlagen, die Einströmrichtung des Druckgases in das Turbinenradbehältnis so zu steuern, dass das Druckgas möglichst effizient und vollständig auf die Turbinenschaufeln trifft bzw. von den Turbinenschaufeln eingefangen wird und nicht im Bereich eines Spaltmaßes zwischen Turbinenschaufeln und Behältniswandung an den Turbinenschaufeln vorbei nach oben strömt. Insbesondere wird das Druckgas beim Eintritt in das Turbinenradbehältnis so gesteuert bzw. abgelenkt, dass es zumindest mit einem signifikanten Druckgasanteil im Bereich der Schaufelmitte bzw. eher einem mittleren Bereich der Turbinenschaufeln eingefangen wird, um ein Überströmen der Turbinenschaufeln an den Schaufelrändern zu vermeiden. Erfindungsgemäß ist an dem Druckgaseinlass in dem Behältnis zumindest ein beweglich und/oder einstellbar ausgebildetes Strömungsleitorgan vorgesehen. Durch ein solches beweglich bzw. einstellbares Strömungsleitorgan kann der Druckgaseintritt und dessen Eintrittsrichtung variabel an verschiedene Betriebsparameter der Anlage angepasst werden, beispielsweise an verschieden hohe Drücke des zugeführten Druckgases, an verschiedene Drehzahlen des Turbinenrads oder an andere das Einfangen des Druckgases durch die Turbinenschaufeln beeinflussende Betriebsgrößen.It is therefore proposed to control the inflow direction of the compressed gas into the turbine wheel container so that the compressed gas hits the turbine blades as efficiently as possible and completely or is captured by the turbine blades and not in the region of a gap between turbine blades and container wall past the turbine blades flows. In particular, the compressed gas is controlled or deflected when entering the turbine wheel container so that it is captured at least with a significant proportion of compressed gas in the region of the blade center or rather a central region of the turbine blades in order to avoid overflow of the turbine blades at the blade edges. According to the invention, at least one moveable and / or adjustable flow guide element is provided at the pressure gas inlet in the container. By such a movable or adjustable Strömungsleitorgan the pressure gas inlet and its inlet direction can be variably adapted to different operating parameters of the system, for example, to different high pressures of the supplied compressed gas, to different speeds of the turbine wheel or other the capture of the compressed gas by the turbine blades influencing operating variables.

Das genannte Strömungsleitorgan kann hierbei grundsätzlich verschieden ausgebildet sein, insbesondere in Form eines Strömungsleitblechs, das die Strömungsrichtung und/oder den Strömungsquerschnitt des in den Behälter einströmenden Druckgases beeinflusst.In principle, said flow guide element can be embodied differently, in particular in the form of a flow guide plate, which influences the flow direction and / or the flow cross section of the compressed gas flowing into the container.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Strömungsleitorgan derart beschaffen sein, dass durch Verstellung des Strömungsleitorgans die Zuströmrichtung des Druckgases zumindest hinsichtlich ihres Winkels zur Tangente an die Umlaufrichtung des Turbinenrads veränderbar bzw. einstellbar ist, insbesondere dahingehend, ob das Druckgas mehr radial bzw. senkrecht zur Umlaufrichtung oder mehr tangential bzw. flacher zur Umlaufrichtung angestellt zugeführt wird. Das Strömungsleitorgan kann hierzu eine schwenkbare, im Anstellwinkel veränderbare Stellklappe umfassen, wobei die Schwenkbarkeit vorteilhafterweise um zumindest eine Schwenkachse erfolgen kann, die etwa parallel zur Turbinenraddrehachse ausgerichtet sein kann.In an advantageous embodiment of the invention, the Strömungsleitorgan be such that by adjusting the Strömungsleitorgans the inflow direction of the compressed gas is at least changeable or adjustable at least with respect to their angle to the tangent to the direction of rotation of the turbine wheel, in particular as to whether the compressed gas is more radially or perpendicular to Direction of rotation or more tangential or flatter is employed employed to the direction of rotation. For this purpose, the flow guide element can comprise a pivotable adjusting flap that can be changed in the angle of attack, wherein the pivotability can advantageously take place about at least one pivot axis, which can be aligned approximately parallel to the turbine wheel axis of rotation.

Alternativ oder zusätzlich zu einer Veränderbarkeit des Anstellwinkels kann das Strömungsleitorgan auch hinsichtlich der Tiefe seiner Erstreckung in den Turbinenradbehälter hinein einstellbar sein. Insbesondere kann das Maß eingestellt werden, mit welchem das Strömungsleitorgan von einer Behälterinnenumfangswandung zum Turbinenrad hinein vorspringt. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann das Strömungsleitorgan einen verschieblich gelagerten Abschnitt umfassen, der hinsichtlich seines Vorsprungmaßes von der Innenumfangsseite des Behälters zum Turbinenrad hin verstellbar ausgebildet ist. Beispielsweise kann das gesamte Strömungsleitorgan tiefer oder weniger tief verstellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Strömungsleitorgan auch hinsichtlich seiner Länge bzw. Tiefe verstellbar ausgebildet sein, wobei eine solche Längenverstellbarkeit des Strömungsleitorgans beispielsweise durch eine verschiebliche Leitorganverlängerung erreicht werden kann.Alternatively or in addition to a variability of the angle of attack, the flow guide element can also be adjustable with respect to the depth of its extension into the turbine wheel container. In particular, the measure can be adjusted with in which the flow guide member projects from a container inner circumferential wall to the turbine wheel. In an advantageous embodiment of the invention, the Strömungsleitorgan comprise a displaceably mounted portion which is adjustable with respect to its projection dimension from the inner peripheral side of the container to the turbine wheel. For example, the entire Strömungsleitorgan be adjusted deeper or less deeply. Alternatively or additionally, the Strömungsleitorgan also be designed adjustable with respect to its length or depth, wherein such length adjustment of the Strömungsleitorgans can be achieved, for example, by a displaceable Leitorganverlängerung.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann stromab des genannten Strömungsleitorgans am Innenumfang des Behältnisses zumindest ein sich quer zur Umlaufrichtung des Turbinenrads erstreckender Dichtvorsprung vorgesehen sein. Mittels eines solchen Dichtvorsprungs lässt sich vermeiden, dass eingeblasenes Druckgas an der Innenumfangswandung entlang wandert, ohne die Turbinenschaufeln zu beaufschlagen. Der genannte Dichtvorsprung, der sich quer zur Turbinenumlaufrichtung über die Innenumfangswandung erstrecken kann, stellt eine Barriere für Druckgasbläschen dar, die beim Überwinden des Dichtvorsprungs nicht mehr tangential zur Innenumfangswandung, sondern zumindest leicht schräg radial nach innen strömen und dort von einer der Turbinenschaufeln eingefangen werden.In an advantageous embodiment of the invention may be provided downstream of said Strömungsleitorgans on the inner circumference of the container at least one extending transversely to the direction of rotation of the turbine wheel sealing projection. By means of such a sealing projection can be avoided that injected pressurized gas migrates along the inner peripheral wall, without acting on the turbine blades. Said sealing projection, which can extend transversely to the turbine circumferential direction over the inner circumferential wall, is a barrier for compressed gas bubbles, which no longer tangentially to the inner peripheral wall when passing the sealing projection, but at least slightly obliquely flow radially inwards and are trapped there by one of the turbine blades.

Der genannte Dichtvorsprung kann grundsätzlich verschieden ausgebildet sein, beispielsweise in Form einer wallartigen Erhebung, wobei vorteilhafterweise ein Quersteg und/oder eine Dichtlippe als Dichtvorsprung vorgesehen sein kann, der/die etwa radial von der Innenumfangswandung zum Turbinenrad hin vorspringt und eine Höhe besitzt, die im Wesentlichen dem Spaltmaß zwischen den Turbinenschaufeln und der Behältnisinnenumfangswandung entspricht. Durch die stegförmige Konturierung des Dichtvorsprungs mit einer näherungsweise radialen Ausrichtung bzw. einer radialen oder steil angestellten Flanke werden Druckgasbläschen zuverlässig eingefangen und relativ stark umgelenkt, so dass sie zum Inneren des Turbinenrads hin abströmen und in den Eingriffsbereich der Turbinenschaufeln gelangen.Said sealing projection may in principle be designed differently, for example in the form of a wall-like elevation, wherein advantageously a transverse web and / or a sealing lip may be provided as a sealing projection which projects approximately radially from the inner circumferential wall towards the turbine wheel and has a height which is in the Substantially corresponds to the gap between the turbine blades and the container inner circumferential wall. Due to the web-shaped contour of the sealing projection with an approximately radial orientation or a radial or steep staff flanks compressed gas bubbles are reliably captured and relatively strongly deflected so that they flow towards the interior of the turbine and out into the engagement region of the turbine blades.

Die Anordnung des genannten Dichtvorsprungs kann relativ nahe beim Druckgaseinlass liegen, ist von diesem aber in Turbinenumlaufrichtung ein Stück weit stromab beabstandet. Vorteilhafterweise kann der genannte Dichtvorsprung in einem der unteren Quadranten des Turbinenradgehäuses an dessen Innenumfangswandung liegen, vorteilhafterweise in einem Bereich zwischen etwa 5:30 Uhr bis 3:30 Uhr – bzw. bei umgekehrter Drehrichtung zwischen 6:30 Uhr und 8:30 Uhr –, wobei in Weiterbildung der Erfindung auch mehrere solcher Dichtvorsprünge – vorzugsweise im genannten Bereich – hintereinander und voneinander beabstandet angeordnet sein können.The arrangement of said sealing projection may be located relatively close to the compressed gas inlet, but is a distance from the turbine in the circumferential direction a distance far downstream. Advantageously, said sealing projection can lie in one of the lower quadrants of the turbine wheel housing at its inner circumferential wall, advantageously in a range between about 5:30 to 3:30 o'clock - or in the opposite direction of rotation between 6:30 o'clock and 8:30 o'clock - wherein in a further development of the invention, a plurality of such sealing projections - preferably in the said area - can be arranged one behind the other and spaced from each other.

In Weiterbildung der Erfindung kann der genannte zumindest eine Dichtvorsprung hinsichtlich seiner zum Turbinenrad hin vorspringenden Höhe einstellbar ausgebildet sein, so dass durch Verstellen des Dichtvorsprungs das Spaltmaß zwischen dem äußeren Ende der Turbinenschaufeln und dem inneren Rand des Dichtvorsprungs einstellbar ist, insbesondere etwa derart, dass das Turbinenrad mit den äußeren Enden der Turbinenschaufeln die Dichtlippe bzw. den Dichtvorsprung näherungsweise spaltfrei überstreichen.In a further development of the invention, said at least one sealing projection can be made adjustable with respect to its height projecting towards the turbine wheel, so that the gap between the outer end of the turbine blades and the inner edge of the sealing projection can be adjusted by adjusting the sealing projection, in particular such that the Turbine wheel with the outer ends of the turbine blades over the sealing lip or the sealing projection approximately gap-free.

Um das Spaltmaß zwischen Turbinenschaufeln und Dichtvorsprung in der genannten Weise einstellen zu können, kann der Dichtvorsprung, beispielsweise durch einen Schlitz im Turbinengehäuse, insgesamt radial verstellt werden bzw. mit einer radialen Komponente verschoben werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Dichtvorsprung auch selbst höhenverstellbar ausgebildet sein, beispielsweise ein verstellbares, beispielsweise radial verschiebliches Dichtlippenende umfassen.In order to adjust the gap between turbine blades and sealing projection in the manner mentioned, the sealing projection, for example, by a slot in the turbine housing, can be adjusted radially in total or moved with a radial component. Alternatively or additionally, the sealing projection can also be designed to be height-adjustable, for example comprising an adjustable, for example, radially displaceable sealing lip end.

Um die vom Druckgaseinlass her eingeleitete Druckgasströmung möglichst zu einer Schaufelmitte der Turbinenschaufel hin zu leiten, kann das Strömungsleitorgan und/oder der zumindest eine Dichtvorsprung einen gekrümmten und/oder geknickten Verlauf besitzen, so dass sich das Strömungsleitorgan bzw. der Dichtvorsprung nicht exakt quer zur Umlaufrichtung erstreckt bzw. sich nicht über die gesamte Breite exakt quer zur Umlaufrichtung erstreckt. Insbesondere kann das Strömungsleitorgan und/oder der Dichtvorsprung eine in Umlaufrichtung des Turbinenrads zur Mitte hin zusammenlaufende Konturierung besitzen, beispielsweise einen V-förmigen oder leicht U-förmigen oder parabelförmigen Verlauf, bei dem die Randabschnitte des Dichtvorsprungs bzw. des Strömungsleitorgans stromauf des Mittelabschnitts liegen und demzufolge die Druckgasströmung trichterartig zu einem Mittelabschnitt hin geleitet wird.In order to direct the pressure gas flow introduced from the compressed gas inlet towards a blade center of the turbine blade, the flow guide element and / or the at least one sealing projection can have a curved and / or bent course, so that the flow guide element or the sealing projection does not extend exactly transversely to the direction of rotation extends or does not extend over the entire width exactly transverse to the direction of rotation. In particular, the Strömungsleitorgan and / or the sealing projection may have a converging in the direction of rotation of the turbine to the center contouring, for example, a V-shaped or slightly U-shaped or parabolic course, in which the edge portions of the sealing projection or the Strömungsleitorgans are upstream of the central portion and Consequently, the pressure gas flow is funnel-like directed to a central portion.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung können die Turbinenschaufeln in Richtung der Turbinenraddrehachse betrachtet einen im Wesentlichen geraden Verlauf besitzen und gegenüber der Radialrichtung spitzwinklig geneigt angestellt sein, vorzugsweise derart, dass die äußeren Schaufelenden den inneren Schaufelenden nachlaufen. Die Turbinenschaufeln sind also vorteilhafterweise nicht exakt radial, sondern spitzwinklig geneigt nach hinten angestellt, wodurch der Wirkungsgrad optimiert wird. Im Gegensatz zu gebogenen Turbinenschaufeln vermeidet eine geradlinige Ausbildung der Turbinenschaufeln die Problematik, dass das Druckgas an den Rand des Gehäuses gedrückt wird, wo der Weg für das Druckgas länger ist und insofern eine schlechtere Wirkung eintritt, was auf den ersten Blick widersprüchlich erscheint, da man vermuten könnte, dass aufgrund des längeren Hebelarms eine bessere Wirkung erzielt wird. In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, dass durch den längeren Weg an den äußeren Enden des Turbinenrads die Luft nicht schnell genug aufsteigen kann, um das Turbinenrad kräftig anzutreiben bzw. ein Teil des Druckgases über das Spaltmaß zwischen Turbinenschaufeln und Innenumfangswandung wirkungslos bleibt. Insofern kann durch eine gerade Schaufelausbildung ein erhöhter Wirkungsgrad erzielt werden.In an advantageous development of the invention, the turbine blades viewed in the direction of the turbine wheel axis may have a substantially straight course and be inclined at an acute angle relative to the radial direction, preferably such that the outer blade ends follow the inner blade ends. The turbine blades are thus advantageously not exactly radially, but inclined at an acute angle to the rear, whereby the efficiency is optimized. Unlike curved turbine blades avoids a straight-line design of the turbine blades the problem that the compressed gas is forced to the edge of the housing, where the way for the pressurized gas is longer and thus a worse effect occurs, which seems contradictory at first glance, since one might suspect that due the longer lever arm a better effect is achieved. In practice, however, has shown that the air can not ascend fast enough due to the longer path at the outer ends of the turbine wheel to strongly drive the turbine or a portion of the pressurized gas on the gap between turbine blades and Innenumfangswandung remains ineffective. In this respect, an increased efficiency can be achieved by a straight blade training.

Alternativ oder zusätzlich zu der zuvor erläuterten Verstellbarkeit des Dichtvorsprungs an der Behältnisinnenwandung kann es auch vorteilhaft sein, die Turbinenschaufeln durch bewegliche und/oder elastische Schaufelenden gegenüber dem Dichtungsvorsprung an der Umfangswandung des Turbinengehäuses und/oder gegenüber dem genannten Strömungsleitorgan abzudichten, um ein Vorbeiströmen des Gases an den Turbinenschaufeln durch einen zu großen Spalt zwischen Turbinenschaufeln und Turbinengehäuse zu vermeiden. Dabei können die Turbinenschaufeln beweglich und/oder einstellbar ausgebildete Schaufelendverlängerungen besitzen, die im Wesentlichen spaltfrei zu dem Dichtungsvorsprung dichten.Alternatively or in addition to the above-described adjustability of the sealing projection on the container inner wall, it may also be advantageous to seal the turbine blades by movable and / or elastic blade ends relative to the sealing projection on the peripheral wall of the turbine housing and / or against said Strömungsleitorgan, to prevent the gas to avoid at the turbine blades by a too large gap between turbine blades and turbine housing. In this case, the turbine blades can have movable and / or adjustable blade end extensions which seal substantially gap-free to the sealing projection.

In Weiterbildung der Erfindung können die Schaufelendverlängerungen aus elastischen, insbesondere gummielastischen Endlippen bestehen, die sich elastisch an die Innenumfangsfläche des Turbinengehäuses anschmiegen bzw. spaltfrei über die dort vorgesehenen Dichtleisten und das Eintrittsleitblech streifen können und hierbei auch Formtoleranzen und Unrundheiten bzw. Lagetoleranzen der Turbinenachse ausgleichen können. In Weiterbildung der Erfindung können an den äußeren Enden der Turbinenschaufeln Gummiklappen bzw. Gummilippen vorgesehen sein, die die Turbinenschaufeln nach außen hin verlängern und ggf. unter leichter Verformung an der Behälterwandung entlanglaufen und dabei die Turbinenschaufel gegen den Behälter abdichten.In a further development of the invention, the Schaufelendverlängerungen may consist of elastic, in particular rubber-elastic end lips, which conform to the inner peripheral surface of the turbine housing elastically or strip over the sealing strips and the inlet guide sheet provided there and can compensate for form tolerances and non-circularities or positional tolerances of the turbine axis , In a further development of the invention rubber flaps or rubber lips may be provided at the outer ends of the turbine blades, which extend the turbine blades to the outside and possibly run along the container wall with slight deformation and thereby seal the turbine blade against the container.

Alternativ oder zusätzlich zu einer solchen gummielastischen Ausbildung können die Schaufelendverlängerungen durch ein Schiebelager in Schaufellängsrichtung verschiebbar am jeweiligen Turbinenschaufelblatt und/oder durch Schwenklager um Schwenkachsen, die sich parallel zur Turbinendrehachse erstrecken, schwenkbar am jeweiligen Schaufelblatt gelagert sein, so dass sich die Schaufelendverlängerungen radial bzw. in Schaufelblattlängsrichtung ausfahren lassen bzw. nach außen verkippen können, um möglichst spaltfrei über die Dichtlippen am Innenumfang des Behälters hinwegstreichen zu können. Durch die Verschiebbarkeit und/oder Kippbarkeit lässt sich die effektive, d. h. in radialer Richtung wirksame Schaufelblattlänge bzw. der Turbinendurchmesser verändern und exakt an den Durchmesser des Behälters anpassen. Dabei kann eine feste Einstellbarkeit vorgesehen sein, beispielsweise durch lösbare Klemmschrauben, um die exakte Stellung und Ausrichtung der Schaufelendverlängerung justieren und dann fixieren zu können.Alternatively, or in addition to such a rubber-elastic design, the Schaufelendverlängerungen be displaceable by a sliding bearing in the blade longitudinal direction on the respective turbine blade and / or pivot bearings about pivot axes extending parallel to the turbine rotation axis, pivotally mounted on the respective blade, so that the Schaufelendverlängerungen radially or extend in the blade longitudinal direction or can tilt outwards to sweep as possible over the sealing lips on the inner circumference of the container. Due to the displaceability and / or tiltability, the effective, d. H. change effective blade length or the turbine diameter in the radial direction and adjust it exactly to the diameter of the container. In this case, a fixed adjustability may be provided, for example by releasable clamping screws to adjust the exact position and orientation of the Schaufelendverlängerung and then fix it.

Vorteilhafterweise ist dabei die Kraftmaschine so ausgebildet, dass sich die gespeicherte Flüssigkeit, in der das Turbinenrad läuft, im Kreis entsprechend der Umlaufbahn des Turbinenrads mitdreht, und im genannten Flüssigkeitsbad eine Dichtedifferenz zu schaffen, so dass nicht nur die Auftriebskraft der in der Flüssigkeit aufsteigenden Gasbläschen, sondern auch die Gewichtskraft der Flüssigkeitsmenge im „schwereren” Abschnitt des Flüssigkeitsbads, in dem die Dichte höher ist, die Schaufeln des Turbinenrads antreibt. Insbesondere bildet das mit Flüssigkeit geflutete Behältnis ein an die Umfangsseite des Turbinenrads formangepasstes, das Turbinenrad umlaufend passgenau umschließendes Turbinengehäuse, das näherungsweise vollständig mit Flüssigkeit befüllt ist, zumindest im eingeschwungenen Zustand nach Einleitung des Druckgases, so dass das Turbinenrad ohne Aus- und Wiedereintauchen umläuft und die im Turbinengehäuse eingeschlossene Flüssigkeit mit dem Turbinenrad im Kreis umläuft. Hierdurch wird das Turbinenrad zusammen mit der umlaufenden Wassermenge zu einem Schwungrad, das von der Dichtedifferenz im Turbinengehäuse, die durch das Einleiten der Druckluft erzeugt wird, angetrieben wird. Dabei kann das Turbinenradgehäuse an seinem oberen Ende einen Ausdehnungsbereich umfassen, beispielsweise durch weiter vom Umfangskreis des Turbinenrads beabstandete Ecken, um die Ausdehnung bzw. Erhöhung des Flüssigkeitspegels nach Einleitung des Druckgases zuzulassen. Zudem kann ein solcher Ausdehnungsbereich am oberen Endbereich des Turbinengehäuses, insbesondere im Bereich des Druckgasauslasses den Druckgasaustritt bei niedrigem Druck erleichtern.Advantageously, in this case the engine is designed so that the stored liquid in which the turbine wheel rotates in a circle corresponding to the orbit of the turbine wheel, and to create a density difference in said liquid bath, so that not only the buoyancy of the gas bubbles rising in the liquid but also the weight of the amount of liquid in the "heavier" portion of the liquid bath, in which the density is higher, drives the blades of the turbine wheel. In particular, the liquid-flooded container forms a to the peripheral side of the turbine wheel form-fitting, the turbine wheel circumferentially precisely enclosing turbine housing that is approximately completely filled with liquid, at least in the steady state after initiation of the compressed gas, so that the turbine wheel without training and re-immersion rotates and the fluid enclosed in the turbine housing circulates in a circle with the turbine wheel. As a result, the turbine wheel together with the circulating amount of water to a flywheel, which is driven by the density difference in the turbine housing, which is generated by the introduction of compressed air. In this case, the turbine wheel housing may comprise at its upper end an expansion region, for example by further spaced from the circumferential circle of the turbine wheel corners to allow the expansion or increase of the liquid level after introduction of the compressed gas. In addition, such an expansion region at the upper end region of the turbine housing, in particular in the region of the compressed gas outlet, can facilitate the discharge of compressed gas at low pressure.

In Weiterbildung der Erfindung kann dabei die Druckluft im Kreislauf, ggf. in einem halboffenen Kreis, geführt werden, so dass sich zwei umlaufende Kreisläufe bilden, die einander im Bereich des Turbinengehäuses zwischen dessen Druckgaseinlass und Gasauslass überlappen. Einerseits läuft die im Turbinengehäuse gespeicherte Flüssigkeit im Kreis, während andererseits das in das Turbinengehäuse eingeleitete Druckgas nach seinem Wiederaustritt aus dem Turbinengehäuse rückgeführt und erneut in die Turbine eingeführt wird, so dass auch das die Dichtedifferenz in der Turbine bewirkende Druckgas im Kreislauf geführt wird. Durch die Rückführung des Antriebgases kann die darin enthaltene Restenergiemenge genutzt werden, da der Druckerzeuger lediglich noch die Differenz zwischen dem Restdruck des rückgeführten Gases und dem Solldruck auf der Einlassseite der Turbine erzeugen muss, so dass der Druckerzeuger mit weniger zugeführter Energie auskommt.In a further development of the invention, the compressed air in the circuit, possibly in a semi-open circuit, are guided, so that form two circulating circuits that overlap each other in the region of the turbine housing between the compressed gas inlet and gas outlet. On the one hand, the stored liquid in the turbine housing runs in a circle, while on the other hand, the introduced into the turbine housing compressed gas is returned after its re-emergence from the turbine housing and reintroduced into the turbine, so that also the density difference in the turbine causing pressurized gas is recycled. By the return of the Drive gas, the amount of residual energy contained therein can be used because the pressure generator only has to generate the difference between the residual pressure of the recirculated gas and the target pressure on the inlet side of the turbine so that the pressure generator manages with less energy supplied.

In Weiterbildung der Erfindung kann hierbei auch mit Unterdruck und/oder Vakuum gearbeitet werden, vorteilhafterweise dergestalt, dass im Bereich des Gasauslasses aus dem Behälter, der vorteilhafterweise in einem oberen Behälterbereich angeordnet ist, Unterdruck erzeugt bzw. daran angelegt wird, um das Antriebsgas sozusagen aus dem Turbinenbehälter abzusaugen.In a further development of the invention, it is also possible to work with negative pressure and / or vacuum, advantageously in such a way that under pressure in the region of the gas outlet from the container, which is advantageously arranged in an upper container region, negative pressure is applied to the drive gas, as it were to suck off the turbine tank.

Alternativ zu einem solchen Druckluftkreislauf kann allerdings auch in einem offenen System gearbeitet werden, bei dem die austretende Druckluft bzw. das Druckgas nicht mehr eingefangen wird. Dies kann je nach Ausbildung des Druckerzeugers vorteilhaft sein, insbesondere dann, wenn der Druckerzeuger auch ohne Rückspeisung ausreichend Druckgas erzeugen kann, wodurch insgesamt das System vereinfacht wird.As an alternative to such a compressed air circuit, however, it is also possible to work in an open system in which the escaping compressed air or compressed gas is no longer trapped. This can be advantageous, depending on the design of the pressure generator, in particular when the pressure generator can generate sufficient compressed gas without regeneration, whereby the system is simplified as a whole.

Das Turbinengehäuse kann zumindest abschnitts- bzw. segmentweise insbesondere rotationssymmetrisch bezüglich der Drehachse des Turbinenrads ausgebildet sein, insbesondere in einer unteren Behältnishälfte. Bei zylindrischer Hüllfläche des Turbinenrads kann das Turbinengehäuse zumindest in einer unteren Hälfte eine im Wesentlichen kreisrunde Konturierung bzw. eine zylindrische Umfangsfläche besitzen, deren Durchmesser an den Durchmesser des Turbinenrads angepasst ist.The turbine housing may be formed at least in sections or segments, in particular rotationally symmetrical with respect to the axis of rotation of the turbine wheel, in particular in a lower half of the container. In the case of a cylindrical envelope surface of the turbine wheel, the turbine housing may, at least in a lower half, have a substantially circular contour or a cylindrical peripheral surface whose diameter is adapted to the diameter of the turbine wheel.

Das Turbinenrad kann als Zellenrad ausgebildet sein, das eine Vielzahl von von der Drehachse nach außen laufende Schaufeln besitzt.The turbine wheel may be formed as a cellular wheel having a plurality of vanes extending outwardly from the axis of rotation.

Das Turbinengehäuse ist im Bereich, der die Turbinenschaufeln überdeckt, vorteilhafterweise mit Ausnahme des Druckgaseinlasses und des Gasauslasses geschlossen ausgebildet, so dass die im Turbinengehäuse gespeicherte Flüssigkeitsmenge vollständig abgeschlossen ist und lediglich das zum Antreiben des Turbinenrads eingeleitete Druckgas in das Turbinengehäuse eintritt und aus diesem austritt.The turbine housing is advantageously closed in the region covering the turbine blades, with the exception of the compressed gas inlet and the gas outlet, so that the amount of liquid stored in the turbine housing is completely closed and only the pressurized gas introduced to drive the turbine wheel enters and exits the turbine housing.

In Weiterbildung der Erfindung kann das Turbinengehäuse in einem Bereich, der das Turbinenrad innerhalb dessen Turbinenschaufeln überdeckt, mit Belüftungs-/Entlüftungsöffnungen versehen sein, die ggf. durch ein Ventil verschließbar ausgebildet sein können. Hierdurch kann der Turbineninnenraum innerhalb der Turbinenschaufeln entlüftet und belüftet werden. Die Turbinenschaufeln sitzen vorteilhafterweise an einem Turbinenkranz, der die Zwischenräume zwischen den Turbinenschaufeln zur Innenseite hin abdichtet, so dass das Turbinenrad einen innerhalb der Turbinenschaufeln liegenden Zentralbereich besitzt. Dieser Zentralbereich des Turbinenrads kommuniziert mit den genannten Belüftungs-/Entlüftungsöffnungen in der Behälterwandung.In a further development of the invention, the turbine housing in a region which covers the turbine wheel within the turbine blades, be provided with ventilation / ventilation openings, which may optionally be formed by a valve closable. This allows the turbine interior to be vented and vented within the turbine blades. The turbine blades are advantageously seated on a turbine rim which seals the interspaces between the turbine blades toward the inside, so that the turbine wheel has a central region located inside the turbine blades. This central region of the turbine wheel communicates with said ventilation / vents in the container wall.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung erreicht der Flüssigkeitspegel im Turbinengehäuse im gasfreien Zustand, d. h. ohne Einblasen von Druckluft mindestens den höchsten Punkt des Turbinenrads, während bei eingeblasenem Druckgas im Betriebszustand der genannte Flüssigkeitspegel über die genannte höchste Stelle des Turbinenrads hinaus reicht. Der Druckgaseinlass ist vorteilhafterweise am Boden des Turbinengehäuses vorgesehen. Der Gasauslass ist vorteilhafterweise an der Oberseite des Turbinengehäuses an einem Scheitelpunkt des Turbinengehäuses vorgesehen. Hierdurch kann eine maximale hydraulische Arbeitshöhe erreicht werden, d. h. die Dichtedifferenz zwischen den beiden Abschnitten des Turbineninnenraums mit unterschiedlicher Dichte des darin gespeicherten Mediums erreicht eine maximale Höhe, wodurch sich maximale Antriebskräfte ergeben.In an advantageous embodiment of the invention, the liquid level in the turbine housing in the gas-free state, d. H. without injecting compressed air at least the highest point of the turbine wheel, while with injected pressurized gas in the operating state of said liquid level beyond the said highest point of the turbine wheel addition. The compressed gas inlet is advantageously provided at the bottom of the turbine housing. The gas outlet is advantageously provided at the top of the turbine housing at a vertex of the turbine housing. As a result, a maximum hydraulic working height can be achieved, d. H. the density difference between the two sections of the turbine interior with different density of the medium stored therein reaches a maximum height, resulting in maximum driving forces.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird das Turbinenrad in aufrechter Stellung betrieben. Insbesondere kann die Drehachse des Turbinenrads horizontal ausgerichtet sein. Gegebenenfalls könnte auch mit Schrägstellungen der Drehachse gearbeitet werden, wobei jedoch die genannte horizontale Ausrichtung bevorzugt ist.In an advantageous embodiment of the invention, the turbine wheel is operated in an upright position. In particular, the axis of rotation of the turbine wheel can be aligned horizontally. Optionally, one could also work with inclinations of the axis of rotation, but said horizontal orientation is preferred.

Die Druckerzeugung des Druckgases kann grundsätzlich auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Druckerzeuger zumindest einen Druckgasverdrängungsbehälter umfassen, der über einen Flüssigkeitszulauf mit Flüssigkeit flutbar ist und einen Druckgasauslass zum Abgeben des von der Flüssigkeit verdrängten Druckgases aufweist. Vorteilhafterweise arbeitet der Druckerzeuger dabei nach dem Verdrängerprinzip im Niederdruckbereich, für den keine großen Wasserfall- bzw. -stauhöhen notwendig sind. Es können schon 1 m bis 2 m Wasserhöhe ausreichend sein, um in dem Druckgasverdrängungsbehälter ausreichend Druckgas bereitstellen zu können.The pressure generation of the compressed gas can basically be done in various ways. According to a further aspect of the present invention, the pressure generator may comprise at least one compressed gas displacement container, which is floatable with liquid via a liquid inlet and has a compressed gas outlet for discharging the compressed gas displaced by the liquid. Advantageously, the pressure generator works according to the positive displacement principle in the low pressure range, for which no large waterfall or -stauhöhen are necessary. It may already be sufficient 1 m to 2 m water level to provide sufficient pressure gas in the pressure gas displacement container can.

Um kontinuierlich oder quasi kontinuierlich arbeiten und Druckgas bereitstellen zu können, umfasst der Druckerzeuger in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung zumindest zwei solcher Druckgasverdrängungsbehälter, deren Flüssigkeitszulauf und – ablauf von einer Steuervorrichtung zyklisch im Wechsel miteinander gesteuert wird derart, dass während des Flutens eines ersten Druckgasverdrängungsbehälters aus einem zweiten Druckgasverdrängungsbehälter die Flüssigkeit abgelassen wird. Die mehreren Druckgasverdrängungsbehälter produzieren im Wechsel miteinander und damit kontinuierlich Druckgas. Insbesondere wird jeweils zumindest einer der mehreren Druckgasbehälter geflutet, wodurch entsprechend Druckgas bereitgestellt wird.In order to be able to provide continuous or quasi-continuous operation and pressurized gas, the pressure generator comprises in an advantageous development of the invention at least two such compressed gas displacement container whose liquid inlet and outlet are cyclically alternately controlled by a control device such that during the flooding of a first compressed gas displacement container from a second compressed gas displacement container, the liquid is drained. The several pressurized gas displacement tanks produce in the Change with each other and thus continuously compressed gas. In particular, in each case at least one of the plurality of compressed gas containers is flooded, whereby compressed gas is accordingly provided.

Die Druckgasverdrängungsbehälter können grundsätzlich verschieden ausgebildet sein, beispielsweise in Form länglicher, im Querschnitt zylindrischer Behälter, die an einem Ende einen Flüssigkeitszulauf und am anderen Ende einen Flüssigkeitsablauf besitzen, die jeweils durch eine Ventileinrichtung gesperrt und geöffnet werden können. An einem oberen Wandungsabschnitt des Behälters kann ein Druckgasauslass vorgesehen sein, über den das beim Fluten entstehende, verdrängte Druckgas abgelassen werden kann. Über ein Belüftungsventil bzw. einen Belüftungseinlass kann der Behälter wieder mit Luft bzw. Gas befüllt werden, wenn der geflutete Behälter wieder geleert wird.The compressed gas displacement container may in principle be designed differently, for example in the form of elongated, cylindrical in cross-section container having a liquid inlet at one end and a liquid outlet at the other end, which can be locked and opened by a valve device. At an upper wall portion of the container, a compressed gas outlet may be provided, via which the displaced pressurized gas produced during flooding can be discharged. A ventilation valve or a ventilation inlet, the container can be refilled with air or gas when the flooded container is emptied again.

Ein solcher nach dem Verdrängerprinzip arbeitender Druckerzeuger besitzt große Vorteile. Zum einen kann mit relativ niedrigen Wasserhöhen gearbeitet werden, wodurch die Anlage praktisch an jeder kleineren Staustufe, beispielsweise bereits im Flussregulierungsbereich eingesetzt werden kann. Im Vergleich zu direkt von fließendem Wasser angetriebenen Wasserturbinen ist es dabei aber nicht erforderlich, das Turbinenrad unmittelbar im Wasser oder zumindest auf Wasserhöhe anzuordnen. Vielmehr ist eine größere Freiheit bezüglich der Anordnung des Turbinenrads gegeben, da durch den Antrieb über das Druckgas das Turbinenrad auch neben oder auch oberhalb des Wasserpegels angeordnet werden kann. Die erzeugte Druckluft kann problemlos zum Aufstellort des Turbinenrads geleitet werden.Such a compressor operating according to the displacement principle has great advantages. On the one hand, it is possible to work with relatively low water heights, as a result of which the plant can be used practically at every smaller barrage, for example already in the river regulation area. Compared to directly powered by running water water turbines, but it is not necessary to arrange the turbine directly in the water or at least at water level. Rather, there is greater freedom with respect to the arrangement of the turbine wheel, since the turbine wheel can also be arranged next to or above the water level by the drive via the compressed gas. The compressed air generated can be easily routed to the installation location of the turbine wheel.

Zum anderen arbeitet die Anlage fischfreundlich bzw. wassertierfreundlich, da in dem Druckgasverdrängungsbehälter schwimmende Fische oder andere Tiere beim Ablassen ohne Probleme wieder freigegeben werden, ohne dass es zu Verletzungen wie beispielsweise an Turbinenschaufeln kommt.On the other hand, the system works fish-friendly or water-friendly, since in the compressed gas displacement tank floating fish or other animals when draining without problems are released again, without causing injuries such as turbine blades.

Alternativ oder zusätzlich zu einem solchen nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Druckerzeuger kann der Druckerzeuger auch einen ausreichend großen Windtrichter mit einem Druckgasanschluss am Trichterausgang umfassen. Ein solcher Windtrichter kann beispielsweise in Form eines feststehenden oder auch beweglichen, unterschiedlich anstellbaren Windenergiesegels ausgebildet sein, welches beispielsweise ein biegeschlaffes oder flexibles Segeltuch umfassen kann, das von einem Mast und/oder einem Baum und/oder Segellatten aufgespannt wird und einen vorzugsweise zentral angeordenten Druckanschluss umfasst.As an alternative or in addition to such a positive pressure generator operating according to the displacement principle, the pressure generator may also comprise a sufficiently large wind funnel with a compressed gas connection at the funnel outlet. Such a wind funnel can be designed, for example, in the form of a fixed or movable, adjustable wind energy level, which may comprise, for example, a slippery or flexible canvas which is stretched by a mast and / or a tree and / or batten and a preferably centrally arranged pressure connection includes.

Alternativ oder zusätzlich zu einem solchen Windtrichter kann der Druckerzeuger auch eine Geothermieanlage umfassen bzw. Teil einer Geothermieanlage sein bzw. die Abluft einer Geothermieanlage nutzen.As an alternative or in addition to such a wind hopper, the pressure generator may also comprise a geothermal plant or be part of a geothermal plant or use the exhaust air of a geothermal plant.

Alternativ oder zusätzlich kann die Druckgasgewinnung auch über die Restausnutzung von Industriedruckanlagen erfolgen, beispielsweise an die Abluft eines Kühlturms angeschlossen sein.Alternatively or additionally, the compressed gas production can also take place via the residual utilization of industrial pressure systems, for example connected to the exhaust air of a cooling tower.

Alternativ oder zusätzlich kann der Druckerzeuger ein Aufwindkraftwerk umfassen und/oder an den Auslass eines solches Aufwindkraftwerks angeschlossen sein.Alternatively or additionally, the pressure generator may comprise a solar power station and / or be connected to the outlet of such a wind power plant.

Alternativ oder zusätzlich kann der Druckerzeuger einen Dampfkessel umfassen und/oder eine Druckkammer in einer Abwasseranlage umfassen.Alternatively or additionally, the pressure generator may comprise a steam boiler and / or comprise a pressure chamber in a wastewater treatment plant.

Alternativ oder zusätzlich kann als Druckerzeuger ein Wellen- und/oder Gewässerpegel-Druckerzeuger Verwendung finden, der durch steigende und/oder fallende Wasserpegel bzw. -oberflächen angetrieben wird. Dies kann beispielsweise ein Wellendruckerzeuger sein, der ein von Gewässerwellen auf und ab bewegtes Antriebselement umfasst. Um den Wirkungsgrad des Wellenschlags zu erhöhen, kann der Wellendruckerzeuger hierbei eine Wellenbarriere beispielsweise in Form einer quer zur Wellenlaufrichtung angeordneten, aufrechten Anlaufwand umfassen, wobei vorteilhafterweise vor der Wellenbarriere ein Antriebselement beispielsweise in Form einer liegend angeordneten Platte oder Schwimmkörpers vorgesehen sein kann. Der vor der Barriere auflaufende, auf und nieder gehende Wellenschlag treibt das Antriebselement in aufrechter Richtung hin und her gehend an, so dass zyklisch Druckluft bereitgestellt werden kann.Alternatively or additionally, a wave and / or water level pressure generator, which is driven by rising and / or falling water levels or surfaces, can be used as the pressure generator. This can be, for example, a shaft pressure generator which comprises a drive element moved up and down by water waves. In order to increase the efficiency of the wave shock, the wave pressure generator may in this case comprise a wave barrier, for example in the form of a transversely arranged to the wave direction, upright start-up wall, advantageously before the wave barrier, a drive element may be provided, for example in the form of a horizontally arranged plate or float. The rising and falling waves in front of the barrier drive the drive element in the upright direction to and fro, so that cyclically compressed air can be provided.

Alternativ oder zusätzlich kann auch ein zyklisch steigender und fallender Wasserpegel, beispielsweise in Staugewässern oder bei Tidenhub in entsprechende Weise ausgenutzt werden.Alternatively or additionally, a cyclically rising and falling water level, for example, in congestion water or Tidenhub be exploited in a corresponding manner.

Alternativ oder zusätzlich zu einem solchen Wellen- bzw. Gewässerpegel-Druckaufnehmer kann die Druckerzeugung auch mittels eines Hydrokompressors erfolgen, der nach dem Prinzip einer kommunizierenden Röhre arbeiten und das Druckgefälle zwischen zwei Wasserpegeln ausnutzen kann. Insbesondere kann ein solcher Hydrokompressor ein Flüssigkeitsfallrohr, ein Flüssigkeitssteigrohr und einen Drucktank umfassen, der als Luftabscheider dient und vorteilhafterweise am tiefsten Punkt der Verrohrung angeordnet sein kann. Die Fallleitung kann vorteilhafterweise mit einem offenen Saugkopf zum Ansaugen von Luft ausgestattet sein, um durch den beim Herabfallen der Flüssigkeit entstehenden Unterdruck in der Fallleitung Luft anzusaugen und mit in die Tiefe zu reißen. Durch einen vorteilhafterweise am tiefsten Punkt angeordneten Luftabscheider kann die mitgenommene Luft abgeschieden und als Druckluft bereitgestellt werden.Alternatively or in addition to such a wave or water level pressure transducer, the pressure generation can also be effected by means of a hydraulic compressor, which operate on the principle of a communicating tube and can exploit the pressure gradient between two water levels. In particular, such a hydraulic compressor may comprise a liquid downcomer, a liquid riser and a pressure tank which serves as an air separator and may advantageously be located at the lowest point of the casing. The downcomer may advantageously be equipped with an open suction head for sucking air to suck in by the resulting negative pressure in the downpipe as the liquid falls and to tear it into the depth. By an advantageous At the lowest point arranged air separator, the entrained air can be separated and provided as compressed air.

Durch einen derartigen Hydrokompressor können große Druckluftmengen gewonnen werden, die vorteilhafterweise zum Antrieb des Turbinenrads der Anlage genutzt werden können.By means of such a hydraulic compressor large amounts of compressed air can be obtained, which can be advantageously used to drive the turbine wheel of the system.

Alternativ oder zusätzlich kann in Weiterbildung der Erfindung zur Erzeugung der Druckluft eine vorzugsweise schnell laufende Turbopumpe Verwendung finden.Alternatively or additionally, a preferably fast-running turbopump can be used in a further development of the invention for generating the compressed air.

Alternativ oder zusätzlich kann die Druckerzeugung mittels eines Windradverdichters erfolgen. Vorteilhafterweise kann hierbei ein Windrad über ein geeignetes Getriebe, beispielsweise ein Kurbelwellengetriebe, einen Verdichter antreiben.Alternatively or additionally, the pressure can be generated by means of a wind turbine compressor. Advantageously, in this case, a wind turbine drive a compressor via a suitable transmission, such as a crankshaft gear.

Alternativ oder zusätzlich kann die Druckluft auch aus einem Druckluftdepot gewonnen werden, beispielsweise einem bergmännischen Druckluftdepot in Form einer unter Tage liegenden Druckluftkammer. Alternativ oder zusätzlich können hier auch natürlich Druckluftvorkommen als Druckerzeuger genutzt werden, beispielsweise Vulkangaskammern.Alternatively or additionally, the compressed air can also be obtained from a compressed air depot, for example a mining compressed air depot in the form of an underground compressed air chamber. Alternatively or additionally, compressed air deposits can of course also be used here as pressure generators, for example volcano gas chambers.

Alternativ oder zusätzlich können auch strömende Gewässer zur Druckluftzeugung genutzt werden, vorteilhafterweise mittels einer Wasserrad- und/oder Turbinenradpumpe, bei der ein Wasserrad oder ein Turbinenrad eine Luftpumpe antreibt.Alternatively or additionally, flowing waters can also be used to generate compressed air, advantageously by means of a waterwheel and / or turbine pump in which a waterwheel or a turbine wheel drives an air pump.

Vorteilhafterweise kann die genannte Kolbenpumpe doppeltwirkend ausgebildet sein, so dass jeder der beiden hin- und hergehenden Kolbenhübe eine Druckluftmenge bereitstellt.Advantageously, said piston pump may be double-acting, so that each of the two reciprocating piston strokes provides a quantity of compressed air.

Die erzeugte Antriebsbewegung des Turbinenrads kann in verschiedener Art und Weise abgegriffen werden. In Weiterbildung der Erfindung kann mit der Turbinenwelle gegebenenfalls über ein geeignetes Getriebe ein Generator gekoppelt, der die Antriebsbewegung des Turbinenrads in elektrischen Strom umwandelt.The generated drive movement of the turbine wheel can be tapped in various ways. In a further development of the invention may be coupled to the turbine shaft optionally via a suitable gear, a generator which converts the drive movement of the turbine wheel into electricity.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to a preferred embodiment and associated drawings. In the drawings show:

1: eine schematische Darstellung der Kraftmaschine nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung, die die Druckluftspeisung aus einem Druckerzeuger in Form von Verdrängerkammern zeigt, wobei die Teilansicht (a) die Anlage im Aufriss und die Teilansicht (b) die Anlage in Draufsicht zeigt, 1 : A schematic representation of the engine according to an advantageous embodiment of the invention, which shows the compressed air supply from a pressure generator in the form of Verdrängerkammern, the partial view (a) the plant in elevation and the partial view (b) shows the system in plan view,

2: eine schematische Darstellung der Kraftmaschine ohne Druckerzeuger, die den Druckluftkreis und die Anordnung des Turbinenrads im Inneren des Behältnisses zeigt und die Strömungsleitorgane im Druckgaseintrittsbereich zeigt, 2 : a schematic representation of the engine without a pressure generator, showing the pneumatic circuit and the arrangement of the turbine wheel inside the container and shows the Strömungsleitorgane in Druckgaseintrittsbereich,

3: eine schematische Darstellung der Kraftmaschine ähnlich 2, wobei ein im Gasaustrittsbereich angeordneter Kondensator zum Kondensieren von Abluftdampf dargestellt ist, 3 : a schematic representation of the engine similar 2 wherein a condenser arranged in the gas outlet region for condensing exhaust air vapor is shown,

4: eine vergrößerte, ausschnittsweise Darstellung der Anbindung der Kraftmaschine aus 1 an den Druckerzeuger und dessen Verdrängerkammer, 4 : an enlarged, fragmentary representation of the connection of the engine 1 to the pressure generator and its displacement chamber,

5: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung als Windtrichter bzw. Energiesegel ausgebildet ist, 5 : a schematic representation of a pressure generator for providing the drive compressed air, which is designed according to an advantageous embodiment of the invention as a wind funnel or energy level,

6: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ein Geothermiekraftwerk umfasst bzw. daran angeschlossen ist, 6 : a schematic representation of a pressure generator for providing the drive compressed air, which according to a further advantageous embodiment of the invention comprises a geothermal power plant or is connected thereto,

7: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung eine Industriedruckanlage beispielsweise in Form eines Kühlturms umfasst bzw. daran angeschlossen ist und deren Druckluftreste ausnutzt, 7 : a schematic representation of a pressure generator for providing the drive compressed air, which according to a further advantageous embodiment of the invention, an industrial pressure plant, for example in the form of a cooling tower comprises or is connected to it and exploits the compressed air residues,

8: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung als Aufwindkraftwerk ausgebildet ist bzw. an den Auslass eines solchen Aufwindkraftwerks angeschlossen ist, 8th : a schematic representation of a pressure generator for providing the drive compressed air, which is designed according to a further advantageous embodiment of the invention as a solar power station or is connected to the outlet of such a wind power plant,

9: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ein Druckspeicherbauwerk wie ein Bergwerk umfasst bzw. daran angeschlossen ist, 9 : a schematic representation of a pressure generator for providing the driving compressed air, which comprises according to an advantageous embodiment of the invention, an accumulator structure such as a mine or is connected thereto,

10: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung einen Dampfkessel umfasst, 10 : a schematic representation of a pressure generator for providing the drive compressed air, which according to a further advantageous embodiment of the invention comprises a steam boiler,

11: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung eine Druckkammer in eine Abwassersystem umfasst, 11 : a schematic representation of a pressure generator for providing the drive compressed air, which according to an advantageous embodiment of the invention comprises a pressure chamber in a sewer system,

12: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung als Wellendruckaufnehmer ausgebildet ist, 12 : a schematic representation of a pressure generator for providing the drive compressed air, which is designed according to an advantageous embodiment of the invention as a wave pressure transducer,

13: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung als Hydrokompressor ausgebildet ist, 13 : a schematic representation of a pressure generator for providing the drive compressed air, which is designed according to a further advantageous embodiment of the invention as a hydraulic compressor,

14: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung eine Turbopumpe umfasst, 14 : a schematic representation of a pressure generator for providing the drive compressed air, which according to a further advantageous embodiment of the invention comprises a turbopump,

15: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung einen Windradverdichter umfasst, 15 : a schematic representation of a pressure generator for providing the driving compressed air, which according to a further advantageous embodiment of the invention comprises a wind turbine compressor,

16: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ein Druckluftdepot umfasst, 16 : a schematic representation of a pressure generator for providing the drive compressed air, which according to a further advantageous embodiment of the invention comprises a compressed air depot,

17: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ein Naturdruckluftvorkommen umfasst, 17 : a schematic representation of a pressure generator for providing the driving compressed air, which according to a further advantageous embodiment of the invention comprises a compressed natural air reservoir,

18: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ein Wasserrad, das eine Luftpumpe antreibt, umfasst, 18 : a schematic representation of a pressure generator for providing the driving compressed air, which according to a further advantageous embodiment of the invention comprises a water wheel which drives an air pump,

19: eine schematische Darstellung eines Druckerzeugers zur Bereitstellung der Antriebsdruckluft, der nach einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung einen mit Fremdenergie antreibbaren Verdichter umfasst, und 19 : a schematic representation of a pressure generator for providing the drive compressed air, which comprises a third external energy driven compressor according to a further advantageous embodiment of the invention, and

20: eine schematische, ausschnittsweise vergrößerte Darstellung der Kraftmaschine ohne Druckerzeuger, die den Druckluftkreis und die Anordnung des Turbinenrads im Inneren des Behältnisses zeigt und die Strömungsleitorgane im Druckgaseintrittsbereich zeigt. 20 : A schematic, partially enlarged view of the engine without pressure generator, showing the compressed air circuit and the arrangement of the turbine wheel inside the container and shows the Strömungsleitorgane in Druckgaseintrittsbereich.

Die in den Figuren gezeigte Kraftmaschine 1 umfasst ein Turbinenrad 2, das um eine liegende, insbesondere horizontale Turbinenachse 3 drehbar in einem Turbinengehäuse 4 angeordnet ist. Das Turbinenrad 2 umfasst eine Vielzahl von der Turbinenachse 3 nach außen weggehende Turbinenschaufeln 5, die entgegen der Drehrichtung nach hinten geneigt angestellt und mit geradem, insbesondere ebenem Verlauf ausgebildet sind. Die genannten Turbinenschaufeln 5 können hierbei aus plattenförmigen, ebenen Paneelen gefertigt sein und eine gleichbleibende Breite besitzen. Vorteilhafterweise sind die Stirnseiten des Turbinenrads 2 von Stirnscheiben verschlossen, die auf den seitlichen Flanken der genannten Turbinenschaufeln 5 sitzen, so dass zwischen den Turbinenschaufeln 5 zur Seite hin geschlossene und nur zur Umfangsseite hin offene Zellen gebildet sind.The engine shown in the figures 1 includes a turbine wheel 2 , which is about a horizontal, in particular horizontal turbine axis 3 rotatable in a turbine housing 4 is arranged. The turbine wheel 2 includes a plurality of the turbine axis 3 outgoing turbine blades 5 , which are turned against the direction of rotation inclined backwards and formed with a straight, especially flat course. The mentioned turbine blades 5 can be made of plate-shaped, flat panels and have a constant width. Advantageously, the end faces of the turbine wheel 2 closed by end plates, which on the lateral flanks of said turbine blades 5 sit, so that between the turbine blades 5 closed to the side and only open to the peripheral side open cells are formed.

Das Turbinengehäuse 4 ist an die Kontur des Turbinenrads 2 formangepasst, insbesondere derart, dass das Turbinenrad 2 entlang seiner unteren Hälfte umfangsseitig umlaufend passgenau mit einem Umfangsspalt umschlossen ist. Insbesondere kann das Turbinengehäuse 4 im Bereich seiner unteren Hälfte eine rotationssymmetrische Konturierung besitzen, wobei in der gezeichneten Ausführungsform das Turbinengehäuse 4 im Wesentlichen die Form eines Zylinders besitzt, dessen Kontur aus einem Halbkreis und einem daran anschließenden Rechteck zusammengesetzt ist, wobei der Durchmesser des Halbkreises im Wesentlichen dem Durchmesser des Turbinenrads 2 entspricht bzw. gerinfügig größer ist. Von der Größe her sind selbstverständlich verschiedene Bauformen möglich, die an die zu erzeugende Energiemenge und/oder an die zur Verfügung stehende Druckluftmenge angepasst sein kann. Beispielsweise können Turbinengehäuse mit einigen Tausend Litern Füllvermögen vorgesehen sein.The turbine housing 4 is to the contour of the turbine wheel 2 adapted to shape, in particular such that the turbine wheel 2 along its lower half circumferentially circumferentially precisely enclosed with a circumferential gap. In particular, the turbine housing 4 have in the region of its lower half a rotationally symmetric contour, wherein in the illustrated embodiment, the turbine housing 4 has substantially the shape of a cylinder whose contour is composed of a semicircle and an adjoining rectangle, wherein the diameter of the semicircle substantially to the diameter of the turbine wheel 2 corresponds or is slightly larger. Of course, the size of various designs are possible, which can be adapted to the amount of energy to be generated and / or to the available amount of compressed air. For example, turbine housings with a few thousand liters of filling capacity can be provided.

Der Innenraum des Turbinengehäuses 4 ist in der gezeichneten Ausführung nahezu vollständig mit Wasser befüllt, wobei auch andere Flüssigkeiten Verwendung finden können. Um ein vollständiges Befüllen des Turbinengehäuses 4 zu ermöglichen bzw. das beim Einblasen der Druckluft verdrängte Flüssigkeitsvolumen entweichen zu lassen, kann an der Oberseite des Turbinengehäuses 4 ein in der Zeichnung dargestelltes Ausgleichsvolumen in Form eines Übermaßes des Behältnisses vorgegeben sein, in das sich nach Einblasen der Druckluft ausdehnende Flüssigkeit ausdehnen kann.The interior of the turbine housing 4 is almost completely filled with water in the illustrated embodiment, although other liquids can be used. To completely fill the turbine housing 4 to allow or to escape the liquid volume displaced upon injection of the compressed air, can at the top of the turbine housing 4 be shown in the drawing compensation volume in the form of an oversize of the container, in which can expand after injecting the compressed air expands liquid.

An das Turbinengehäuse 4 ist ein Druckgaskreis 6 angeschlossen, der vorteilhafterweise mit Luft arbeiten kann, wobei jedoch auch andere Gase oder Gasgemische Verwendung finden können.To the turbine housing 4 is a compressed gas cycle 6 connected, which can advantageously work with air, but other gases or gas mixtures can be used.

Der genannte Druckgaskreis 6, der geschlossen oder halbgeschlossen ausgebildet sein kann, umfasst einen Druckerzeuger 7, der in verschiedene Art und Weise angetrieben sein kann. Die Druckseite des Druckerzeugers 7 ist über eine Druckleitung 8 mit einem Druckgaseinlass 9 verbunden, der mit dem Innenraum des Turbinengehäuses 4 kommuniziert und in der gezeichneten Ausführungsform an der Unterseite bzw. dem Boden 10 des Turbinengehäuses 4 an dessen tiefster Stelle verbunden ist.The mentioned compressed gas circuit 6 , which may be closed or semi-closed, includes a pressure generator 7 which can be powered in different ways. The pressure side of the pressure generator 7 is via a pressure line 8th with a compressed gas inlet 9 connected to the interior of the turbine housing 4 communicates and in the illustrated embodiment at the bottom or the bottom 10 of the turbine housing 4 connected at its lowest point.

Das über den genannten Druckgaseinlass eingeleitete Druckgas steigt in der im Turbinengehäuse 4 gespeicherten Flüssigkeit auf und verlässt das Turbinengehäuse 4 über einen an der Oberseite bzw. der Decke 11 des Turbinengehäuses 4 an deren höchster Stelle vorgesehenen Gasauslass 12. Mit genannten Gasauslass 12 ist eine Rückführleitung 13 verbunden, die mit der Eingangsseite des Druckerzeugers 7 kommuniziert.The pressure gas introduced via the mentioned compressed gas inlet rises in the turbine housing 4 stored fluid and leaves the turbine housing 4 about one on the top or the ceiling 11 of the turbine housing 4 at its highest point provided gas outlet 12 , With mentioned gas outlet 12 is a return line 13 connected to the input side of the pressure generator 7 communicated.

Wie 1 zeigt, kann der Druckerzeuger 7 vorteilhafterweise nach dem Verdrängerprinzip arbeiten und mehrere Druckgasverdrängungsbehälter 50 umfassen, die mit Flüssigkeit geflutet werden können, um hierdurch zuvor im Druckgasverdrängungsbehälter befindliches Druckgas zu verdrängen und als Antrieb für die Kraftmaschine zu nutzen.As 1 shows, the pressure generator can 7 advantageously operate according to the displacement principle and several compressed gas displacement container 50 include, which can be flooded with liquid to thereby displace previously located in the pressure gas displacement container pressurized gas and to use as a drive for the engine.

Die genannten Druckgasverdrängungsbehälter 50 können beispielsweise in Form liegender, länglicher Behältnisse ausgebildet sein, beispielsweise in Form von Röhren oder Zylindern, die von ihrem einen Ende her jeweils über einen Flüssigkeitszulauf 51 her befüllt und am gegenüberliegenden Ende über jeweils einen Flüssigkeitsablauf 52 entleert werden können. Das abgelassene Wasser bzw. Fluid kann über einen Ablauf abgeleitet werden. Das durch das Fluten des jeweiligen Behälters 50 verdrängte Gas – insbesondere in Form von Luft – kann über einen Druckgasauslass 53, der an einer Oberseite des jeweiligen Behälters angebracht sein kann, in die genannte Druckgasleitung 8 gespeist werden.The mentioned compressed gas displacement container 50 For example, they may be in the form of recumbent, elongate containers, for example in the form of tubes or cylinders, each having a fluid inlet from one end thereof 51 filled and at the opposite end via a respective liquid drain 52 can be emptied. The drained water or fluid can be drained via a drain. That by the flooding of the respective container 50 displaced gas - especially in the form of air - can via a compressed gas outlet 53 , which may be attached to an upper side of the respective container, in said compressed gas line 8th be fed.

Die Flüssigkeitszuläufe und -abläufe 51 und 52 können mit Ventilen beschaltet sein und hierdurch geöffnet und abgesperrt werden, wobei das Öffnen und Schließen der Zuläufe und Abläufe 51 und 52 vorteilhafterweise von einer Steuervorrichtung 54 her gesteuert werden kann, insbesondere derart im Wechsel zueinander, dass jeweils zumindest einer der Behälter geflutet wird, so dass faktisch kontinuierlich Druckluft bereitgestellt wird.The fluid inlets and outlets 51 and 52 can be connected to valves and thereby opened and shut off, the opening and closing of the inlets and outlets 51 and 52 advantageously by a control device 54 can be controlled, in particular in such a way to each other, that in each case at least one of the containers is flooded, so that in fact continuously compressed air is provided.

Wie 1 zeigt, kann das Fluten der Druckgasbehälter 50 von einer Staustufe her erfolgen. Wird einer der Behälter wieder entleert, d. h. die Flüssigkeit abgelassen, kann neues Druckgas über eine Belüftung 55 in die Behälter strömen.As 1 shows, the flooding of the compressed gas tank 50 from a barrage. If one of the containers is emptied again, ie the liquid is drained off, new compressed gas can be supplied via aeration 55 pour into the containers.

Wie 2 und 20 zeigen, führt das über die Druckleitung 8 und den Druckgaseinlass 9 in das Innere des Turbinengehäuses 4 geleitete Druckgas am Druckgaseinlass mittels eines Strömungsleitorgans 40 hinsichtlich seiner Eintrittsrichtung und seiner Auftreffposition auf die Turbinenschaufeln 5 gesteuert und an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst. Das genannte Strömungsleitorgan 40 umfasst hierzu eine im Anstellwinkel veränderbare Stellklappe 41, die um eine Schwenkachse 42 verschwenkbar ist, die sich im Wesentlichen parallel zur Turbinenradachse 3 erstreckt. Alternativ oder zusätzlich zu der genannten Verschwenkbarkeit kann die genannte Stellklappe 41 tiefer und weniger tief zugestellt werden, d. h. in das Turbinengehäuse hinein bzw. weniger weit hinein verstellt werden, beispielsweise durch eine verschiebliche Lagerung an der Schwenkachse 42 oder eine Längenveränderbarkeit der Klappe selbst.As 2 and 20 show that leads over the pressure line 8th and the compressed gas inlet 9 into the interior of the turbine housing 4 guided pressurized gas at the compressed gas inlet by means of a Strömungsleitorgans 40 in terms of its direction of entry and its impact on the turbine blades 5 controlled and adapted to the respective operating conditions. The said flow guide organ 40 For this purpose, a variable in angle of attack damper 41 around a pivot axis 42 is pivotable, which is substantially parallel to the turbine wheel axis 3 extends. Alternatively or in addition to the above-mentioned pivotability, the aforementioned valve 41 be delivered deeper and less deep, that are displaced into the turbine housing or less far into, for example, by a sliding bearing on the pivot axis 42 or a length variability of the flap itself.

Insbesondere kann die genannte Stellklappe 41 in etwa so weit zugestellt werden, dass die Turbinenschaufeln 5 mit ihren äußeren Enden näherungsweise spaltfrei über das Strömungsleitorgan 40 hinwegstreichen.In particular, the aforementioned valve 41 be delivered so far that the turbine blades 5 with its outer ends approximately gap-free over the Strömungsleitorgan 40 away stress.

Stromab des genannten Strömungsleitorgans 40 ist am Innenumfang des Behältnisses ferner ein sich quer zur Umlaufrichtung erstreckender Dichtvorsprung 43 vorgesehen, der etwa in Form eines Querstegs bzw. einer Dichtlippe ausgebildet sein kann, die radial von der Innenumfangswandung zum Turbinenrad 2 hin vorspringt und eine Höhe H besitzt, die im Wesentlichen dem Spaltmaß zwischen den Turbinenschaufeln 5 und der Behältnisumfangswandung entspricht.Downstream of said Strömungsleitorgans 40 is on the inner circumference of the container further comprises a transversely extending to the circumferential direction sealing projection 43 provided, which may be formed approximately in the form of a transverse web or a sealing lip, which radially from the inner peripheral wall to the turbine wheel 2 protrudes and has a height H, which is substantially the gap between the turbine blades 5 and the container peripheral wall corresponds.

Auch der genannte Dichtvorsprung 43 ist vorteilhafterweise einstellbar ausgebildet, und zwar hinsichtlich seines Vorsprungsmaßes und/oder seines Anstellwinkels.Also the mentioned sealing projection 43 is advantageously adjustable, with regard to its projection dimension and / or its angle of attack.

Wie 4 zeigt, kann alternativ oder zusätzlich zu den Druckgasverdrängungsbehältern, die in den 1 und 4 dargestellt sind, der Druckerzeuger 7 auch einen Windtrichter 56 umfassen, beispielsweise in Form eines feststehenden oder auch beweglichen, unterschiedlich anstellbaren Windenergiesegels 57, das beispielsweise aus einem biegeschlaffen oder flexiblen Segeltuch bestehen kann, das von einem Mast und/oder einem Baum und/oder Segellatten aufgespannt sein kann. Der über einen querschnittsflächenmäßig relativ großen Einlass eingefangene Wind wird zu einem immer enger werdenden Trichterauslass 58 hin verdichtet und von dort in die Druckleitung 8 gespeist, über die das Druckgas dann der Kraftmaschine 1 zugeführt wird.As 4 shows, alternatively or in addition to the pressure gas displacement containers, which in the 1 and 4 are shown, the pressure generator 7 also a wind funnel 56 include, for example in the form of a fixed or movable, different adjustable wind energy level 57 , which may for example consist of a pliable or flexible canvas, which may be spanned by a mast and / or a tree and / or battens. The wind trapped over a relatively large cross-sectional area inlet becomes an increasingly narrow funnel outlet 58 compressed and from there into the pressure line 8th fed, via which the compressed gas then the engine 1 is supplied.

Alternativ oder zusätzlich kann der Druckerzeuger 7, wie 6 zeigt, auch ein Geothermiesystem umfassen bzw. Teil einer Geothermieanlage 59 sein, mittels derer Erdwärme dazu verwendet wird, um Gas zu erhitzen und somit auch im Druck zu erhöhen, vgl. 6.Alternatively or additionally, the pressure generator 7 , as 6 also includes a geothermal system include or part of a geothermal plant 59 by means of which geothermal heat is used to heat gas and thus increase in pressure, cf. 6 ,

Alternativ oder zusätzlich kann der Druckerzeuger 7 auch eine Druckrestausnutzung an Industrieanlagen umfassen, beispielsweise an die Abluft eines Kühlturms 60 angeschlossen sein.Alternatively or additionally, the pressure generator 7 also include Druckrestausnutzung in industrial plants, such as the exhaust air of a cooling tower 60 be connected.

Wie 8 zeigt, kann der Druckerzeuger 7 auch ein Aufwindkraftwerk 61 umfassen. Über einen talseitig bzw. unten liegenden Einlauf 62 wird Luft zugeführt, die in sich durch Sonnenstrahlung oder anderweitig erhitzten Steige- bzw. Aufwindleitungen erwärmt und dadurch beschleunigt wird, so dass sie über die Druckleitung 8 der Kraftmaschine 1 zugeführt werden kann.As 8th shows, the pressure generator can 7 also a solar power station 61 include. Over a valley side or lower inlet 62 gets air supplied, which is heated in itself by solar radiation or otherwise heated riser or Aufwindleitungen and thereby accelerated so that they via the pressure line 8th the engine 1 can be supplied.

Wie 9 zeigt, kann der Druckerzeuger 7 auch Druckspeicherbauwerke wie beispielsweise ein Bergwerk 63 umfassen. Aus den Druckspeichern des Bergwerks 63 wird Druckluft in die Druckleitung 8 gespeist, um sie der Kraftmaschine 1 zuzuführen, vgl. 9.As 9 shows, the pressure generator can 7 also accumulator structures such as a mine 63 include. From the accumulators of the mine 63 compressed air is in the pressure line 8th fed to her the engine 1 to supply, cf. 9 ,

Wie 10 zeigt, kann der Druckerzeuger 7 auch einen beheizbaren Dampfkessel 64 umfassen, in dem Druckdampf erzeugt wird, der über die Druckleitung 8 in die Kraftmaschine 1 gespeist wird.As 10 shows, the pressure generator can 7 also a heatable steam boiler 64 in which pressurized steam is generated, via the pressure line 8th in the engine 1 is fed.

Ein weiteres Bespiel für die Ausbildung des Druckerzeugers 7 zeigt 11, wonach auch aus den Druckkammern 65 in Abwasseranlagen 66 Druckgas generiert bzw. abgegriffen werden kann, welches dann über die genannte Druckleitung 8 in die Kraftmaschine 1 gespeist wird, wie zuvor erläutert.Another example for the training of the pressure generator 7 shows 11 , after which also from the pressure chambers 65 in sewage plants 66 Compressed gas can be generated or tapped, which then via the said pressure line 8th in the engine 1 is fed as previously explained.

Wie 12 zeigt, kann der Druckerzeuger 7 auch einen Wellendruckaufnehmer 17 umfassen, der vom Wellenschlag eines Gewässers auf und ab gehend angetrieben werden kann. Um die Wirkung des Wellenschlages zu erhöhen, kann der Wellendruckaufnehmer 17 eine Wellenbarriere 18 beispielsweise in Form einer Mauer oder einer Wand umfassen, die sich vorteilhafterweise aufrecht quer zur Wellenlaufrichtung erstreckt, so dass die gegen die Wellenbarriere 18 laufenden Wellen nach oben schlagen und ein Antriebselement 19 des Wellendruckaufnehmers 17 nach oben drücken. Das genannten Antriebselement 17 kann beispielsweise eine Platte oder ein Kolben sein, welcher in einem Druckbehälter aufrecht beweglich geführt ist, wobei der Druckbehälter mit einem Zuluftanschluss und einem Druckluftanschluss versehen ist, die mit Ventilen beschaltet sein können, so dass die auf und nieder gehende Bewegung des Antriebselements 19, erzwungen durch den Wellenschlag, Druckluft bereitstellt, welche über die Druckleitung 8 der Kraftmaschine 1 bereitgestellt werden kann.As 12 shows, the pressure generator can 7 also a shaft pressure transducer 17 which can be driven up and down by the waves of a body of water. In order to increase the effect of the wave shock, the Wellendruckaufnehmer 17 a wave barrier 18 For example, in the form of a wall or wall, which advantageously extends upright transversely to the direction of shaft travel, so that against the wave barrier 18 racing waves beating up and a drive element 19 the wave pressure transducer 17 push upwards. The said drive element 17 For example, it may be a plate or a piston guided upright in a pressure vessel, the pressure vessel being provided with a supply air port and a compressed air port which may be connected with valves such that the up and down movement of the drive element 19 forced by the wave, provides compressed air, which via the pressure line 8th the engine 1 can be provided.

Wie 13 zeigt, kann der Druckerzeuger 7 auch einen Hydrokompressor 20 umfassen, der durch bereitgestellten, hydraulischen Wasserdruck Druckluft bereitstellen kann. Der Hydrokompressor 20 umfasst hierbei eine Fallleitung 22 und eine Steigleitung 23, die am tiefsten Punkt des Leitungssystems durch eine Druckkammer miteinander verbunden sind, die als Luftabscheider 21 ausgebildet ist. Wie 13 zeigt, wird die Fallleitung 22 aus einem Gewässer gespeist, dessen Pegel über dem Pegel des Gewässers liegt, in welches die Steigleitung 23 mündet. Durch die Pegeldifferenz stürzt durch die Fallleitung 22 Wasser und damit herabgerissene Luft in den Luftabscheider 21, in welchem die mitgerissene Luft abgeschieden und als Druckluft in die Druckleitung 8 bereitgestellt wird.As 13 shows, the pressure generator can 7 also a hydraulic compressor 20 which can provide compressed air by providing hydraulic water pressure. The hydraulic compressor 20 here includes a downpipe 22 and a riser 23 , which are connected together at the lowest point of the piping system by a pressure chamber, which acts as an air separator 21 is trained. As 13 shows, the downpipe becomes 22 from a body of water whose level is above the level of the body of water into which the riser 23 empties. Due to the level difference crashes through the downpipe 22 Water and thus torn down air in the air separator 21 , in which the entrained air separated and as compressed air in the pressure line 8th provided.

Wie 14 zeigt, kann die Druckluft jedoch auch mittels einer Turbopumpe 24 bereitgestellt werden, die mit hoher Drehzahl laufen kann und Druckluft in die Druckleitung 8 bereitstellt.As 14 However, the compressed air can also by means of a turbo pump 24 be provided, which can run at high speed and compressed air in the pressure line 8th provides.

15 zeigt die Drucklufterzeugung mittels eines Windradverdichters 25, der ein Windrad 26 umfasst, dessen Flügel über ein Windradgetriebe 27 einen Verdichter 28 antreiben. Der Verdichter 28 erzeugt Druckluft, die über die Druckleitung 8 in die Kraftmaschine 1 geführt wird. 15 shows the compressed air generation by means of a wind turbine compressor 25 , the windmill 26 includes, its wings over a wind turbine gear 27 a compressor 28 drive. The compressor 28 Generates compressed air via the pressure line 8th in the engine 1 to be led.

Wie 16 zeigt, kann die Druckluft auch aus einem beispielsweise bergmännischen Druckluftdepot bereitgestellt werden, an das die Druckleitung 8 angeschlossen wird.As 16 shows, the compressed air can also be provided from an example compressed air compressed air depot, to which the pressure line 8th is connected.

Wie 17 zeigt, können hierbei auch natürliche Druckluftvorkommen genutzt werden, beispielsweise Vulkangaskammern, die aus vulkanischer Tätigkeit gespeist und mit Druckgas befüllt werden. Eine solche natürliche Druckluftkammer 29 kann über eine geeignete Bohrung angezapt werden, um das Druckgas über die Druckleitung 8 der Kraftmaschine 1 zuzuführen.As 17 shows, this also natural compressed air resources can be used, such as volcano gas chambers, which are fed from volcanic activity and filled with compressed gas. Such a natural compressed air chamber 29 can be angezapt via a suitable bore to the compressed gas via the pressure line 8th the engine 1 supply.

18 zeigt als Druckerzeuger 7 ein in einem laufenden Gewässer 30, beispielsweise einem Fluss, einem Kanal oder einem anderen Wasserleitungssystem, angeordnetes Wasserrad 31, welches über ein Wasserradgetriebe 32 eine Luftpumpe 33 antreibt, die über die Druckleitung 8 Druckluft an die Kraftmaschine 1 bereitstellt. 18 shows as a pressure generator 7 one in a running water 30 , For example, a river, a canal or other water pipe system, arranged water wheel 31 , which has a waterwheel transmission 32 an air pump 33 drives through the pressure line 8th Compressed air to the engine 1 provides.

19 zeigt die Möglichkeit, Druckluft mittels eines Verdichters, beispielsweise in Form eines Gebläses oder eines Seitenkanalverdichters, bereitzustellen und über die Druckleitung 8 in die Kraftmaschine 1 einzuleiten. 19 shows the ability to provide compressed air by means of a compressor, for example in the form of a blower or a side channel compressor, and via the pressure line 8th in the engine 1 initiate.

Damit ergibt sich folgende Wirkungsweise: Die vom Druckerzeuger 7 bereitgestellte Druckluft tritt bodenseitig in das Turbinengehäuse 4 ein, wobei die Druckluft durch die Anordnung des Druckgaseinlasses 9 und/oder die entgegen der Drehrichtung gekrümmte Ausbildung der Turbinenschaufeln 5 auf einer Seite des Volumens des Turbinengehäuses 4 gehalten wird bzw. nur die Turbinenschaufeln 5 auf einer Seite – gemäß 2 der linken Seite – des Turbinenrads 2 beaufschlagt. Durch die aufsteigenden Druckluftbläschen ergeben sich zunächst entsprechende Auftriebskräfte auf der linken Seite des Turbinenrads. Im eingeschwungenen Zustand stellt sich insgesamt eine Dichtedifferenz im Turbinengehäuse 4 ein, d. h. auf der linken Seite der Turbine, die auf der die gespeicherte Flüssigkeit von den Gasblasen durchsetzt ist, herrscht eine geringere Dichte als auf der rechten Seite der Turbine, so dass die resultierenden Gewichtskräfte im Ungleichgewicht sind und insbesondere die schwerere Flüssigkeit auf der rechten Seite der Turbine das Turbinenrad 2 nach unten drückt. Im eingeschwungenen Zustand bildet das Turbinenvolumen einen Schwungradspeicher, wobei das Turbinenrad 2 durch die Dichtedifferenz angetrieben wird. Hierbei läuft die im Turbinengehäuse 4 befindliche Wassermenge im Kreis gemäß dem in 2 eingetragenen Pfeil 24 mit dem Turbinenrad 2 um. Das Mitumlaufen der Wassermenge zeigt sich auch an der Geschwindigkeit, mit der die Gasblasen aufsteigen. Während die normale Blasengeschwindigkeit, mit der Luft im stehenden Wasser aufsteigt, 0,15–0,35 m/s beträgt, sind bei der dargestellten Kraftmaschine Blasengeschwindigkeiten von über 1 m/s, insbesondere im Bereich von 1,5–2,5 m/s zu beobachten, so dass ein beträchtlicher Teil der Geschwindigkeit der Gasblasen durch Überlagerung der Wassergeschwindigkeit erzeugt wird.This results in the following mode of action: that of the pressure generator 7 provided compressed air enters the bottom of the turbine housing 4 a, the compressed air through the arrangement of the compressed gas inlet 9 and / or the opposite direction of rotation curved design of the turbine blades 5 on one side of the volume of the turbine housing 4 is held or only the turbine blades 5 on one side - according to 2 the left side - the turbine wheel 2 applied. Due to the rising compressed air bubbles initially corresponding lift forces arise on the left side of the turbine wheel. In the steady state, a total of a difference in density in the turbine housing 4 one, ie on the left side of the turbine, where the stored liquid is permeated by the gas bubbles, there is a lower density than on the right side of the turbine, so that the resulting weight forces are imbalanced, and especially the heavier liquid on the right side of the turbine is the turbine wheel 2 pushes down. In the steady state, the turbine volume forms a flywheel storage, wherein the turbine wheel 2 is driven by the density difference. This runs in the turbine housing 4 amount of water in a circle according to the in 2 registered arrow 24 with the turbine wheel 2 around. Accompanying the amount of water is also reflected in the speed at which the gas bubbles rise. While the normal bubble velocity with which air rises in standing water is 0.15-0.35 m / s, in the illustrated engine bubble velocities in excess of 1 m / s, especially in the range of 1.5-2.5 m / s, so that a considerable part of the velocity of the gas bubbles is generated by superposition of the water velocity.

Wie 2 zeigt, kann die Rotationsenergie des Turbinenrads 2 über eine oder mehrere Getriebestufen 34 abgegriffen und auf einen Generator 35 übertragen werden, der die mechanische Energie des Turbinenrads beispielsweise in elektrische Energie umwandelt.As 2 shows, the rotational energy of the turbine wheel 2 via one or more gear stages 34 tapped and on a generator 35 be transferred, which converts the mechanical energy of the turbine wheel, for example, into electrical energy.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10109870 A1 [0002]
DE 121814 [0002]
DE 7905487 [0002]

Claims

Turbomachine with a turbine wheel ( 2 ), which is rotatably received in a liquid-flooded container, in which for driving the turbine wheel ( 2 ) via a compressed gas inlet ( 9 ) Pressurized gas, which rises in the liquid, the turbine blades ( 5 ) of the turbine wheel ( 2 ) and the container at a gas outlet located above the compressed gas inlet ( 12 ) leaves, wherein the container at least partially to the peripheral side of the turbine wheel ( 2 ), the turbine wheel ( 2 ) circumferentially precisely enclosing turbine housing ( 4 ) forms, characterized in that at the compressed gas inlet in the container, a movable and / or adjustable trained Strömungsleitorgan ( 40 ) is provided.

Flow engine according to the preceding claim, wherein the flow guide ( 40 ) a pivotally mounted, variable in pitch angle ( 41 ), wherein the pivot axis ( 42 ) the butterfly valve ( 41 ) is preferably aligned approximately parallel to the turbine wheel axis of rotation.

Flow engine according to one of the preceding claims, wherein the flow guide ( 40 ) comprises a displaceably mounted portion, which in terms of its projection height from the inner peripheral side of the container to the turbine wheel ( 2 ) is adjustable towards.

A turbomachine according to any one of the preceding claims, wherein downstream of said flow guide ( 40 ) on the inner circumference of the container at least one extending transversely to the direction of rotation sealing projection ( 43 ) is provided.

Flow engine according to the preceding claim, wherein the at least one sealing projection ( 43 ) is formed in the form of a transverse web and / or a sealing lip, which / the approximately radially from the inner peripheral wall to the turbine wheel ( 2 ) and has a height (H) substantially equal to the gap between the turbine blades (FIG. 5 ) and the container peripheral wall corresponds.

Flow engine according to one of the two preceding claims, wherein the at least one sealing projection ( 43 ) is adjustable with respect to its projection dimension and / or its angle of attack.

Flow engine according to one of the preceding claims, wherein the flow guide ( 40 ) and / or the sealing projection ( 43 ) has a curved and / or kinked, in particular V-shaped or U-shaped, contemplated in the turbine circumferential direction converging towards the center, according to which a central portion of the flow passage ( 40 ) and / or sealing projection ( 43 ) further downstream is located as a side edge portions.

A turbomachine according to any one of the preceding claims, wherein the turbine blades ( 5 ) viewed in the direction of the turbine wheel axis of rotation have a substantially straight course and are employed at an acute angle inclined with respect to the radial direction such that outer blade ends run after the inner blade ends.

Flow engine according to the preamble of claim 1 or one of the preceding claims, wherein the pressure generator ( 7 ) at least one compressed gas displacement container ( 50 ), which via a liquid feed ( 51 ) is floodable with liquid and a compressed gas outlet ( 53 ) for discharging the compressed gas displaced by the liquid.

Flow engine according to the preceding claim, wherein the pressure generator ( 7 ) at least two of said compressed gas displacement container ( 50 ) whose fluid inlets and outlets ( 51 ; 52 ) from a control device ( 54 ) are cyclically controllable with each other in such a way that during the flooding of a first compressed gas displacement container ( 50 ) from a second compressed gas displacement container ( 50 ) the liquid is drained off.

Flow engine according to the preceding claim, wherein the control device ( 54 ) is such that in stationary operation permanently at least one of the compressed gas displacement container ( 50 ) is flooded.

Flow engine according to the preamble of claim 1 or one of the preceding claims, wherein the pressure generator ( 7 ) a wind funnel ( 56 ) whose funnel outlet ( 58 ) via a pressure line ( 8th ) with the compressed gas inlet ( 9 ) of the turbine wheel container is connected.

A turbomachine according to the preceding claim, wherein the wind funnel ( 56 ) a fixedly arranged or differently engageable, depending on the wind direction orientable energy level ( 57 ).

A turbomachine according to any one of the preceding claims, wherein the turbine blades ( 5 ) movable and / or adjustable trained blade end extensions ( 14 ), which seal substantially gap-free to Turbinengehäuseumfangswandung.

A turbomachine according to the preceding claim, wherein the blade end extensions ( 4 ) consist of elastic, in particular rubber-elastic, end lips.

A turbomachine according to any one of the preceding claims, wherein the blade end extensions ( 14 ) by sliding bearing ( 15 ) in airfoil longitudinal direction displaceable on the respective airfoil and / or by pivot bearing ( 16 ) about pivot axes which are parallel to the turbine axis of rotation ( 3 ), are pivotally mounted on the respective airfoil.

Flow engine according to one of the preceding claims, wherein the turbine housing ( 4 ) is at least during the compressed gas introduction substantially completely filled with liquid, so that the turbine wheel ( 2 ) rotates without re-immersion and that in the turbine housing ( 4 ) enclosed liquid with the turbine wheel ( 2 ) circulates in a circle.

Flow engine according to the preceding claim, wherein the pressurized gas is recirculated and that from the turbine housing ( 2 ) exiting compressed gas inlet side of a pressure generator ( 7 ), the output side with the compressed gas inlet ( 9 ) of the turbine housing ( 4 ) connected is.

Flow engine according to one of the preceding claims, wherein the pressure generator ( 7 ) for providing drive pressure gas, a shaft pressure transducer ( 17 ), which converts waves into pressurized gas energy.

Flow engine according to one of the preceding claims, wherein the pressure generator ( 7 ) to provide propellant gas a Tidenhubaufnehmer that converts the Tidenhub a body of water in pressurized gas energy includes.

Flow engine according to one of the preceding claims, wherein the pressure generator ( 7 ) to provide propellant gas a hydraulic compressor ( 20 ).

Flow engine according to the preceding claim, wherein the hydraulic compressor ( 20 ) an air separator ( 21 ), the at least one downpipe ( 22 ) and at least one riser ( 23 ) and / or is arranged at the lowest point of the conduit system.

Flow engine according to one of the preceding claims, wherein the pressure generator ( 7 ) for providing drive pressure gas a wind turbine compressor ( 25 ) comprising at least one of a windmill ( 26 ) drivable compressor ( 28 ).

Flow engine according to one of the preceding claims, wherein the pressure generator for providing drive pressure gas to an underground compressed gas depot and / or a natural, preferably volcanic, compressed air reservoir is connectable.

Flow engine according to one of the preceding claims, wherein the pressure generator ( 7 ) for providing drive pressure gas a water wheel ( 21 ) with an air pump driven therefrom ( 33 ) and / or a compressor driven therefrom.

Flow engine according to one of the preceding claims, wherein a semi-closed compressed gas circuit ( 6 ) for applying compressed gas and negative pressure to the turbine housing ( 4 ) is provided.