DE102009033203A1

DE102009033203A1 - Kiran-Turbine Wasserkraft ohne Fallhöhe - Energie aus Flussströmung

Info

Publication number: DE102009033203A1
Application number: DE102009033203A
Authority: DE
Inventors: Buelent Oezkiran
Original assignee: Ozkiran Buelent
Current assignee: Ozkiran Buelent
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-01-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energiegewinnung aus fließenden Gewässern mit einer Achse, die an einer Halterung, einer Ankerung oder einer Grundplatte drehfest befestigt ist, mit mehreren in einer senkrecht zur Achse verlaufenden Ebene angeordneten Schaufeln, die mit Hilfe von drehbar gelagerten Dreharmen mit der Achse verbunden sind, sowie mit zwei im Wesentlichen halbkreisförmigen Führungsschienen, die an der Achse drehfest befestigt sind und der Führung von Schaufelelementen der Schaufeln dienen, wobei die Schaufelelemente Scharniere aufweisen, die ein Zusammenklappen der Schaufelelemente beim Kontakt mit den Führungsschienen ermöglichen. Zudem wird ein Verfahren zur Energiegewinnung aus fließenden Gewässern vorgeschlagen, bei dem Schaufelelemente, die über Dreharme konzentrisch mit einer mittig angeordneten Achse verbunden sind, durch die Strömung des Gewässers entlang einer Kreisbahn angetrieben werden und die Bewegung der Schaufelelemente an einen Generator weitergegeben wird, wobei entlang eines Bereichs der Kreisbahn zwei im Wesentlichen halbkreisförmige, übereinander angeordnete und drehfest mit der Achse verbundene Führungsschienen angeordnet sind, zwischen denen die Schaufeln hindurchgeführt werden, so dass diese durch den Kontakt mit den Führungsschienen teilweise zusammengeklappt werden, um die Angriffsfläche für das Gewässer in diesem Bereich zu verringern.

Description

Kurzfassung
Zielsetzung, Technisches Problem der Erfindung
Nach Schätzung der UN sind zwei Milliarden Menschen ohne Stromversorgung und müssen sich behelfen. An die 40 Länder haben kein landesweites Stromnetz, die Kostenrelation Netz zu Kraftwerke ist oft 4:1 und höher.
Haushalte werden beliefert von kleinen Wasserkraftanlagen, wo diese topografisch möglich sind. Andere Renewables laufen nicht rund um die Uhr und brauchen teure und immer wieder neue Akkus. Lohnende Standorte für Geothermie gibt es auch nicht überall.
Die Kiran-Turbine wird Abhilfe schaffen. Was die ganzen Flüsse entlang eingesetzt werden kann.
Lösung des Problems
Welche Vorteile bietet die Kraft des Wassers?
Eine ganze Reihe von Vorteilen sprechen für die Wasserkraft:
Die Energieumwandlung geschieht mit einem sehr hohen Wirkungsgrad. Das heißt: Ein hoher Prozentsatz der eingesetzten Energie wird in Strom umgewandelt. Bei der Nutzung dieser Energiequelle werden keine Schadstoffe freigesetzt. Die Wärmeabgabe an die Umgebung ist sehr gering, es gibt praktisch keine Abwärme.

Kein Rohstoffverbrauch, keine Emissionen.

Die Hauptvorteile der Wasserkraft gegenüber anderen Formen der Energieerzeugung sind jedoch die Tatsachen, dass keine Rohstoffe verbraucht werden und keine Emissionen entstehen. Nicht umsonst hat die Umweltkonferenz ”Agenda 21” in Rio die Energiegewinnung aus Wasserkraft als wichtiges Ziel für alle Staaten genannt.
Kiran-Turbine
Angetrieben werden die Blätter des der Kiran-Turbine vom Wasser des Flusses.
Die kinetische Energie des Wassers wird durch die speziell Entwickelten Blätter der Turbine in eine mechanische Drehbewegung umwandelt. Diese Drehbewegung treibt dann einen Generator an.
Es ist ein Baustein zum Umstieg auf erneuerbare Energien und leistet einen Beitrag zum Klimaschutz. Beeindruckend ist, dass für diese Wasserkraftnutzung der Fluss nicht aufgestaut werden muss. Wasserkraftnutzung im frei fließenden Fluss.
Einsatzbereich
Einsätze von Kiran-Turbinen sind bei kleineren Flüssen mit einer Mindestbreite von 1 m, einer Mindesttiefe von 0,5 m und einer Fließgeschwindigkeit von mehr als 2 m/s geeignet.
Das im Wasser befindende Turbine kann auch an Plätzen eingesetzt werden, die mit herkömmlicher Technik die Wasserkraft nicht nutzbar ist.
Vorteile
Die Vorteile sind:

– bauliche Veränderungen im Fluss sind nicht erforderlich
– der Wasserspiegel des Flusses wird kaum beeinflusst
– das Kraftwerk kann leicht wieder dem Fluss entnommen werden
– keine Behinderung der Wanderung der Fische

Funktion
Die wesentlichen Bestandteile des Kiran-Turbine sind

– Ankerung/Grundplatte
– Turbinen-Schaufeln
– Halbkreisförmige Schienen
– Achse
– Übersetzung

Der Kiran-Turbinen Schaufel ist ein in sich klappbarer Schaufel. Der Schaufel wird beim Wasseraufprall vollständig mit Wasser befüllt und hat somit seine maximale Öffnung. Die Strömung drückt gegen den Schaufel und sorgt für eine Drehbewegung. Der Schaufel ist mit Hilfe einer Halterung an einer Achse gebunden. Während der Drehung kommt der Schaufel in eine halbkreisförmige Schiene. Dieser sorgt dafür dass beim Rücklauf der Schaufel, dieser in sich zusammenklappt und somit den Wasserwiderstand minimiert.
Die Schaufeln sind so eingesetzt, dass Sie in Drehrichtung durch die Halterung festgehalten werden und somit die Kraft des Wassers an die Achse übertragen. Die gegenüberliegende Schaufelelemente klappen jedoch zu um hier keinen Widerstand zur erzeugen und somit einen maximalen Wirkungsgrad erzielen.
Diese Art von Energiegewinnung bildet keine Barriere im Fluss.
Wichtige Bestandteile
Ankerung/Grundplatte (Fig. 1)
Die Achse der Turbine ist an einer Halterung angebunden. Siehe Fallbeispiel. Die Befestigung kann ebenfalls auf eine Ankerung oder auf eine Grundplatte erfolgen
Die Achse (Fig. 2)
Die Achse lässt sich nur im Uhrzeigersinn drehen. Die Achse befindet sich auf ein Lager die ähnliche Eigenschaften ausweißt wie eine Rücktrittbremse bei einem Fahrrad. Diese Funktion lässt damit nur eine Drehrichtung zu. Mit Hilfe dieser Funktion dreht die Achse beim Aufprallen des Wassers auf die Flügel immer in die Gleiche Richtung. Der Aufbau der Flügel gewährleisten zu dem dass die Kraft auf dem Richtigen Flügel stattfindet. Dazu siehe Erklärung Kiran-Turbinen Schaufel.
Die Übersetzung
Um für die Stromerzeugung Notwendige Drehzahl und eine hohe Wirkungsgrad bei der Kraftübertragung zu bekommen wird die rotation der Hauptachse übersetzt.
Die halbkreisförmige Führungsschiene (Fig. 3 und Fig. 4)
Zwei halbkreisförmige Schienen sorgen für das zuklappen der Schaufel. Die Schienen sind übereinander gelegt. Ihr Abstand zueinander ist entspricht am Anfang der maximalen Öffnung des Schaufels und am Ende der minimal Öffnung des Schaufels. Durch die beidseitig angebrachten Räder (befestigt am Schaufel) zwischen der Schiene und das Schaufelelements sorgen für ein niedrigeren Reibung. Die Schienen sind am Achsenhalterung angebunden und sind nicht beweglich.
Kiran Turbinen-Schaufel
Der Kiran Turbinen Schaufel ist ein in sich klappbarer Schaufel.
Der Schaufel besteht aus folgenden Komponenten (5 und 6).

– 2 Rädern
– Feder
– Halterung
– 8 Scharniere
– Schaufelelement

Die Räder sorgen für ein Führung innerhalb der halbkreisförmigen Schiene und die Reduktion des Reibungswiderstandes.
Der Feder wird während der Führung innerhalb der Schiene zusammengedrückt. Beim verlassen der Schiene sorgt es zusätzlich für das aufklappen des Schaufels.
Mit Hilfe der Halterung ist der Schaufelelement mit der Achse verbunden.
8 Scharniere sorgen für das zu und aufklappen des Schaufelelements.
Das Schaufelelement besteht aus 5 Rechteckigen und 4 Dreieckigen Stücken die über die Scharniere mit einander verbunden sind (7). Die Form des Schaufelelements erzeugt in der zugeklappten Form ein geringer Wasserwiderstand. Wohingegen im geöffneten Zustand ein Maximales Kraftübertragung der Strömung. Hierbei wird der Schaufel mit Wasser vollständig befüllt. Der Schaufel öffnet sich nicht vollständig, damit mit ausreichenden Volumina an Wasser befüllt ist. Dieser Volumen wird durch die Dreieckteile sichergestellt.
Durch den Strömungsverhalten der Wasser werden die Schaufelelemente zu bzw. aufgemacht.
Für die Wartbarkeit der Schaufeln sind dieser einfach abzunehmen und auszutauschen.
Fall Beispiel – Die Elektrische Energiegewinnung
Mit Hilfe eines Drehgenerators wird die Rotationsenergie in elektrische Energie Umgewandelt.
Der Drehgenerator wird von einer rotierenden Achse, auf dem ein Rad fest montiert ist, angetrieben. Der Antrieb erfolgt mit einem Riementrieb wie z. B. Keilrippen- oder Keilflachriemen.
Die Energie der Bewegung des abfließenden Wassers wird auf ein Wasserrad übertragen, wodurch dieses in Drehbewegung mit hohem Drehmoment versetzt wird. Dieses wiederum wird direkt oder über ein Getriebe an die Welle des Generators weitergeleitet. Der Generator wandelt die mechanische Energie in elektrischen Strom um (8).

Claims

Vorrichtung zur Energiegewinnung aus fließenden Gewässern mit einer Achse, die an einer Halterung, einer Ankerung oder einer Grundplatte drehfest befestigt ist, mit mehreren in einer senkrecht zur Achse verlaufenden Ebene angeordneten Schaufeln, die mit Hilfe von drehbar gelagerten Dreharmen mit der Achse verbunden sind sowie mit zwei im Wesentlichen halbkreisförmigen Führungsschienen, die an der Achse drehfest befestigt sind und der Führung von Schaufelelementen der Schaufeln dienen, wobei die Schaufelelemente Scharniere aufweisen, die ein Zusammenklappen der Schaufelelemente beim Kontakt mit den Führungsschienen ermöglichen.
Vorrichtung nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Achse und den Dreharmen ein Lager angeordnet ist, das nur in eine Richtung drehbar ist.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschienen zueinander spiegelbildlich angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschienen an ihren Endabschnitten einen gebogenen Verlauf aufweisen, so dass der Abstand zwischen den Führungsschienen in Richtung ihrer Endabschnitte zunimmt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelelemente jeweils zwei Räder aufweisen, die mit den Führungsschienen in Kontakt bringbar sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelelemente im Bereich ihrer Schaufelinnenfläche eine Feder aufweisen, die ein Aufklappen der Schaufelelemente beim Verlassen der Führungsschienen unterstützt.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelelemente im nicht zusammengeklappten Zustand trogförmig ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelelemente aus fünf rechteckigen und vier dreieckigen Stücken bestehen, die über Scharniere miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelelemente lösbar mit den Dreharmen verbunden sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse von einer drehbaren Außenwelle umgeben ist, an der die Dreharme befestigt sind.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mit einem Generator in Wirkverbindung, der durch die Drehbewegung der Schaufeln antreibbar ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwelle über einen Riementrieb, wie z. B. einen Keilrippen- oder Keilflachriemen, mit einem Drehgenerator verbunden ist.
Verfahren zur Energiegewinnung aus fließenden Gewässern, bei dem Schaufelelemente, die über Dreharme konzentrisch mit einer mittig angeordneten Achse verbunden sind, durch die Strömung des Gewässers entlang einer Kreisbahn angetrieben werden und die Bewegung der Schaufelelemente an einen Generator weitergegeben wird, wobei entlang eines Bereichs der Kreisbahn zwei im Wesentlichen halbkreisförmige, übereinander angeordnete und drehfest mit der Achse verbundene Führungsschienen angeordnet sind, zwischen denen die Schaufeln hindurchgeführt werden, so dass diese durch den Kontakt mit den Führungsschienen teilweise zusammengeklappt werden, um die Angriffsfläche für das Gewässer in diesem Bereich zu verringern.