Vorrichtung zur Energiewandlung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energiewandlung (1, 21), welche ein rotationssymmetrisches Flüssigkeitsreservoir (2, 22) mit einem Auslass (3, 23); mindestens eine im Auslass (3, 23) angeordnete Strömungsmaschine, welche durch eine durch den Auslass (3, 23) fließende Flüssigkeit antreibbar ist; mindestens einen mit der Strömungsmaschine gekoppelten Generator (5) zur Umwandlung der durch die Flüssigkeit auf die Strömungsmaschine übertragenen Energie in elektrische Energie; und eine Förderpumpe (7) zum Transport der aus dem Auslass (3, 23) ausgeströmten Flüssigkeit zum Flüssigkeitsreservoir (2) aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energiewandlung, insbesondere eine Vorrichtung zur Umwandlung von in einer Flüssigkeit vorhandener potentieller Energie und kinetischer Energie (aufgrund von in der Flüssigkeit vorhandenen Strömungen) in elektrische Energie.

[0002] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzubieten, welche eine effiziente Energiewandlung erlaubt.

[0003] Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

[0004] Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zur Energiewandlung ein rotationssymmetrisches Flüssigkeitsreservoir mit einem Auslass, mindestens eine im Auslass angeordnete Strömungsmaschine, welche durch eine durch den Auslass fließende Flüssigkeit antreibbar ist, mindestens einen mit der Strömungsmaschine gekoppelten Generator zur Umwandlung der durch die Flüssigkeit auf die Strömungsmaschine übertragenen Energie in elektrische Energie und eine Förderpumpe zum Transport der aus dem Auslass ausgeströmten Flüssigkeit zum Flüssigkeitsreservoir auf.

[0005] Fließt die im Flüssigkeitsreservoir befindende Flüssigkeit durch den Auslass, treibt diese eine Strömungsmaschine an, die mit einem Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie gekoppelt ist. Der Antrieb der Strömungsmaschine kann dabei sowohl durch ein Fließen der Flüssigkeit aufgrund der auf diese wirkende Gravitationskraft erfolgen, als auch durch in der Flüssigkeit vorhandene Strömungen und/oder Wirbel. Insbesondere kann die Strömungsmaschine auch (d.h. zumindest zum Teil) durch sich spiralförmig um die Rotationsachse des Flüssigkeitsreservoirs ausbildende Flüssigkeitswirbel angetrieben werden. Diese Flüssigkeitswirbel können beispielsweise durch (externes) Einbringen von spiralförmigen Flüssigkeitsströmungen und/oder durch sich innerhalb der Flüssigkeit selbständig ausbildende Flüssigkeitsströmungen (z.B. aufgrund der Corioliskraft) erzeugt werden.

[0006] Nachdem die Flüssigkeit die Strömungsmaschine passiert hat, kann sich mit Hilfe einer Förderpumpe zum Flüssigkeitsreservoir zurücktransportiert werden. Auf diese Weise ist eine unterbrechungsfreie Energiewandlung möglich.

[0007] In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die die Strömungsmaschine als Rotor oder als Turbine, insbesondere als Wasserturbine, ausgebildet.

[0008] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner eine Regeleinheit, die elektrisch mit dem Generator und der Förderpumpe verbunden ist, und die elektrische Energie, welche durch den Generator erzeugt wird, der Förderpumpe zuleitet. Auf diese Weise kann die vom Generator erzeugte elektrische Energie zum Antrieb der Förderpumpe verwendet werden.

[0009] In anderen vorteilhaften Ausführungsformen kann die Förderpumpe auch durch andere Energielieferanten mit elektrischer Energie versorgt werden. Insbesondere können regenerative Energieträger (Windenergie, Sonnenenergie,...) hierfür eingesetzt werden.

[0010] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ferner eine Ableitung zur Weiterleitung elektrischer Energie an ein externes Netzwerk auf. Auf diese Weise kann die elektrische Energie, welche durch den Generator erzeugt wird, aus der Vorrichtung abgeführt und anderen elektrischen Verbraucher zugeführt bzw. in das öffentliche Stromnetz eingespeist werden.

[0011] In vorteilhafter Weise ist das Flüssigkeitsreservoir entweder trichterförmig oder ringförmig ausgebildet. Derartige geometrische Formen erleichtert die Ausbildung von spiralförmigen Strömungen bzw. Wirbeln innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs.

[0012] In besonders vorteilhafter Weise weist die Vorrichtung ferner einen im Randbereich des Flüssigkeitsreservoirs einmündenden Zulauf auf, durch welchen die durch die Förderpumpe geförderte Flüssigkeit in das Flüssigkeitsreservoir transportiert wird. Auf diese Weise kann die Ausbildung von spiralförmigen Wirbeln innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs besonders erleichtert werden.

[0013] In vorteilhafter Weise ist eine Mehrzahl von Strömungsmaschinen vorhanden. Diese können insbesondere in einem ringförmig ausgebildeten Auslass positioniert sein. Auf diese Weise ist eine weitere Steigerung der umgewandelten elektrischen Energie erreichbar.

[0014] In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen ist entweder der Auslass auf der Rotationsachse des Flüssigkeitsreservoirs oder die Förderpumpe auf der Rotationsachse des Flüssigkeitsreservoirs ausgebildet.

[0015] Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren weiter erläutert. Gleiche oder gleichwirkende Teile sind hierbei in den verschiedenen Zeichnungsfiguren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1

eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Energiewandlung; und

Fig. 2

eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Energiewandlung.

[0016] Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Energiewandlung. Die Vorrichtung 1 weist ein rotationssymmetrisches, trichterförmiges Flüssigkeitsreservoir 2 auf. Das vertikal untere Ende des Flüssigkeitsreservoirs 2 ist als Auslass 3 ausgebildet. Durch diesen Auslass 3 kann Flüssigkeit, welche sich im Flüssigkeitsreservoir 2 befindet, ausfließen.

[0017] Im Auslass 3 ist eine als Rotor 4 ausgebildete Strömungsmaschine angeordnet. Sowohl der Auslass 3 als auch der Rotor 4 sind auf der Rotationsachse A des Flüssigkeitsreservoirs 2 ausgebildet. Der Rotor 4 wird durch die durch den Auslass 3 strömende Flüssigkeit angetrieben. Ein Generator 5 ist mit dem Rotor 4 gekoppelt und wandelt die durch die Flüssigkeit auf den Rotor 4 übertragene Energie in elektrische Energie um.

[0018] Der Auslass 3 geht in einen Kanal 6 über. Zum Transport der Flüssigkeit innerhalb des Kanals 6 dient ein Förderpumpe 7.

[0019] Der Generator 5 und die Förderpumpe 7 sind elektrisch mit einer Regeleinheit 8 verbunden. Ferner besitzt die Regeleinheit 8 eine Verbindung zu einem externen Netzwerk (z.B. öffentliches Stromnetz). Die elektrischen Verbindungen sind in den Zeichnungsfiguren durch strichgepunktete Linien schematisch dargestellt. Die Regeleinheit 8 kann elektrische Energie, die vom Generator 5 erzeugt wird, entweder der Förderpumpe 7 zur Verfügung stellen oder zu dem externen Netzwerk weiterleiten. Die Regeleinheit 8 kann aber auch, elektrische Energie aus dem externen Netzwerk der Förderpumpe 7 zur Verfügung stellen. Des Weiteren kann die Regeleinheit 8 weitere Steuer- und Regelaufgaben übernehmen (z.B. Einstellen der Förderleistung der Förderpumpe).

[0020] Das stromabwärts gelegene Ende des Kanals 6 bildet ein Zulauf 10. Dieser Zulauf 10 mündet in einem Randbereich des Flüssigkeitsreservoirs 2 in dieses ein. Der Kanal 6 führt somit die den Auslass 3 durchströmende Flüssigkeit zurück zum Flüssigkeitsreservoir 2. Es bildet sich folglich ein Flüssigkeitskreislauf aus. Die Strömung bzw. die Strömungsrichtungen der Flüssigkeit sind in den Zeichnungsfiguren schematisch durch gestrichelte Linien dargestellt.

[0021] Die sich im Flüssigkeitsreservoir 2 befindende Flüssigkeit fließt aufgrund der Gravitationseinwirkung durch den Auslass 3 und treibt den Rotor 4 an. Zusätzlich werden innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs 2 durch den außermittigen Zufluss 10 und durch sich innerhalb der Flüssigkeit ausbildende Strömungen (z.B. Strömungen aufgrund der Corioliskraft) spiralförmige Strömungen bzw. Wirbel erzeugt. Diese spiralförmigen Strömungen bzw. Wirbel erzeugen ein zusätzliches Drehmoment an den Rotorblättern des Rotors 4.

[0022] Die Drehbewegung des Rotors 4 wird mit Hilfe des Generators 5 in elektrische Energie umgewandelt. Die auf diese Weise erzeugte elektrische Energie wird der Regeleinheit 8 zugeführt. Von der Regeleinheit 8 kann diese elektrische Energie dann der Förderpumpe 7 und/oder einem externen Netzwerk 9 zur Verfügung gestellt werden.

[0023] Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Energiewandlung. Die Vorrichtung 21 weist ein rotationssymmetrisches, ringförmiges Flüssigkeitsreservoir 22 auf. Das vertikal untere Ende des Flüssigkeitsreservoirs 22 ist als ringförmiger Auslass 23 ausgebildet. Durch diesen Auslass 23 kann Flüssigkeit, welche sich im Flüssigkeitsreservoir 22 befindet, ausfließen.

[0024] Im Auslass 23 ist eine Mehrzahl von Rotoren 4 angeordnet. Die Rotoren 4 werden durch die durch den Auslass 23 strömende Flüssigkeit angetrieben. Jeweils ein Generator 5 ist mit jedem der Rotoren 4 gekoppelt und wandelt die durch die Flüssigkeit auf den jeweiligen Rotor 4 übertragene Energie in elektrische Energie um.

[0025] Der Auslass 23 geht in einen Kanal 26 über. Dieser Kanal 26 besteht aus einem vertikalen, nach innen verlaufenden Teilabschnitt und einem horizontal verlaufenden Teilabschnitt. Der horizontal verlaufende Teilabschnitt des Kanals 26 ist auf der Rotationsachse des Flüssigkeitsreservoirs 22 ausgebildet. Ferner ist innerhalb des horizontal verlaufenden Teilabschnitts des Kanals 26 eine Förderpumpe 7 angeordnet. Diese Förderpumpe 7 ist ebenfalls auf der Rotationsachse des Flüssigkeitsreservoirs 22 ausgebildet und dient zum Transport der Flüssigkeit innerhalb des Kanals 26.

[0026] Der Generator 5 und die Förderpumpe 7 sind elektrisch mit einer Regeleinheit 8 verbunden. Die Regeleinheit 8 hat dieselbe Funktionalität wie die bezüglich Fig. 1 beschriebene Regeleinheit 8.

[0027] Das stromabwärts gelegene Ende des Kanals 26 befindet sich auf der gleichen horizontalen Ebene wie das obere Ende des Flüssigkeitsreservoirs 22. Die den Kanal 26 verlassende Flüssigkeit kann also zum Flüssigkeitsreservoir 22 fließen. Es bildet sich folglich ein Flüssigkeitskreislauf aus (vgl. die durch gestrichelte Linien visualisierte Strömung der Flüssigkeit).

[0028] Die sich im Flüssigkeitsreservoir 22 befindende Flüssigkeit fließt aufgrund der Gravitationseinwirkung durch den Auslass 23 und treibt die Rotoren 4 an. Zusätzlich werden innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs 22 spiralförmige Strömungen bzw. Wirbel erzeugt. Diese spiralförmigen Strömungen bzw. Wirbel erzeugen ein zusätzliches Drehmoment an den Rotorblättern der Rotoren 4. Die Drehbewegung der Rotoren 4 wird mit Hilfe der Generatoren 5 in elektrische Energie umgewandelt.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0029] 

1

Vorrichtung zur Energiewandlung

2

Flüssigkeitsreservoir

3

Auslass

4

Rotor

5

Generator

6

Kanal

7

Förderpumpe

8

Regeleinheit

9

externes Netzwerk

10

Zulauf

21

Vorrichtung zur Energiewandlung

22

Flüssigkeitsreservoir

23

Auslass

26

Kanal

A

Rotationsachse

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Energiewandlung (1, 21), aufweisend:

- ein rotationssymmetrisches Flüssigkeitsreservoir (2, 22) mit einem Auslass (3, 23);

- mindestens eine im Auslass (3, 23) angeordnete Strömungsmaschine, welche durch eine durch den Auslass (3, 23) fließende Flüssigkeit antreibbar ist;

- mindestens einen mit der Strömungsmaschine gekoppelten Generator (5) zur Umwandlung der durch die Flüssigkeit auf die Strömungsmaschine übertragenen Energie in elektrische Energie; und

- eine Förderpumpe (7) zum Transport der aus dem Auslass (3, 23) ausgeströmten Flüssigkeit zum Flüssigkeitsreservoir (2).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strömungsmaschine als Rotor (4) oder als Turbine, insbesondere als Wasserturbine, ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ferner aufweisend eine Regeleinheit (8), die elektrisch mit dem Generator (5) und der Förderpumpe (7) verbunden ist, und die elektrische Energie, welche durch den Generator (5) erzeugt wird, der Förderpumpe (7) zuleitet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Regeleinheit (8) eine Ableitung zur Weiterleitung elektrischer Energie an ein externes Netzwerk (9) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flüssigkeitsreservoir (2) trichterförmig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche ferner aufweisend einen im Randbereich des Flüssigkeitsreservoirs (2) einmündenden Zulauf (10), durch welchen die durch die Förderpumpe (7) geförderte Flüssigkeit in das Flüssigkeitsreservoir (2) transportiert wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flüssigkeitsreservoir (22) ringförmig ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei in einem ringförmig ausgebildeten Auslass (23) eine Mehrzahl von Strömungsmaschinen ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auslass (3) auf der Rotationsachse (A) des Flüssigkeitsreservoirs (2) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Förderpumpe (7) auf der Rotationsachse (A) des Flüssigkeitsreservoirs (22) ausgebildet ist.

Zeichnung