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WO2021043371A1 - Energy generation using self-sufficient hydropower plants - Google Patents

Energy generation using self-sufficient hydropower plants Download PDF

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WO2021043371A1
WO2021043371A1 PCT/DE2020/100762 DE2020100762W WO2021043371A1 WO 2021043371 A1 WO2021043371 A1 WO 2021043371A1 DE 2020100762 W DE2020100762 W DE 2020100762W WO 2021043371 A1 WO2021043371 A1 WO 2021043371A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
water
turbine
hydropower plant
plant according
siphon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE2020/100762
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen Müller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE112020004217.0T priority Critical patent/DE112020004217A5/en
Publication of WO2021043371A1 publication Critical patent/WO2021043371A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00Other machines or engines
    • F03B17/005Installations wherein the liquid circulates in a closed loop ; Alleged perpetua mobilia of this or similar kind
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00Other machines or engines
    • F03B17/02Other machines or engines using hydrostatic thrust
    • F03B17/04Alleged perpetua mobilia
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Definitions

  • the teaching of the present application relates to the further development of the previous technology for energy generation with self-sufficient hydropower systems (PCT / DE2016 / 000057; published as WO 2017/054791 A1) to include new systems, which are subsequently referred to as Type 2.2, Type 3.2, Type 4.2 and Type 5.2.
  • type 2.2 was designed for small systems, type 3.2 for small cities and small industries, type 4.2 for medium-sized cities with up to 750,000 inhabitants or for large-scale industry.
  • the new type 5.2 which has no counterpart in the previous technology, is particularly suitable for medium-sized residential buildings and industrial buildings with different construction heights.
  • the main advantage is that the air pressure is not dependent on constantly changing conditions, as is the case with the production of wind and solar energy but that the air envelope with its weight is permanently and almost constantly available to the system 24 hours a day, day and night.
  • the system essentially consists of three main groups: a water pumping system with highly efficient pump units, a water lifting system with the free use of air pressure and the supply of the water flow to a self-explanatory bulb turbine system, which generates the water power via a generator-transformer block
  • the self-sufficient hydropower plant of the present invention contains at least one of the following components: (i) lower basin (1) for water,
  • Figure 1/10 shows a schematic side view of type 2.2
  • FIG. 2/10 shows a perspective view of type 3.2.
  • FIG. 3/10 shows a perspective view of type 4.2
  • Figure 4/10 shows type 4.2 from a bird's eye view
  • Figure 5/10 shows the part of the systems type 2.2 to 4.2 which is used for evacuating / venting their fleber line (s)
  • Figure 6/10 shows the operating mode 4a) of the system part from Figure 5/10 (evacuation / venting exclusively via vacuum pump (9))
  • Figure 7/10 shows the operating mode 4b) of the system part from Figure 5/10 (evacuation / venting via pump (14) and then vacuum pump (9))
  • Figure 8/10 shows a perspective view of the system type 5.2 attached to a building.
  • Figure 9/10 shows a measuring device (37) with a dynamometer (38) and the graphic pressure lines of the jet force measurement of a needle nozzle (39) and a flat jet nozzle (40)
  • FIG. 10/10 shows a turbine blade (41) according to the invention with a flat jet nozzle (42) in a 3-dimensional representation.
  • the function and tasks of the individual parts of the system are briefly described below.
  • the open circuit under air pressure conditions only depends on creating a large difference in height between the upper basin (2) and the lower basin (1) and the height (26) of the siphon line (3) to maximize above the water level (31) of the upper basin (2), so that the greatest possible height difference (26) and thus a large height of fall (20) to the turbine (10) is created.
  • the advantage over other ecological methods of energy generation, such as river power plants, which are naturally limited in the height of fall, lies in the variable possibility of setting the height of fall (20) and the pool sizes (1) / (2) by selecting a type adapt to the local conditions. The greater the height of fall (20) and the greater the inside diameter of the pipe, the more water can flow through the system in the same period of time and the more energy can be generated.
  • the height of fall (20) is in the range from 5.00 m to 30.00 m, preferably from 9.00 m to 18.00 m, particularly preferably from 10.00 to 16.00 m, depending on the type of system.
  • Type 2.2, Type 3.2, Type 4.2 and Type 5.2 have a fall height of 12.50 m, 12.90 m, 15.30 m and 10.00 m, respectively
  • Air pressure (24) an external force effective. The 1st law of thermodynamics is not violated; the system is therefore not a perpetual motion machine, which has been proven by numerous experiments.
  • Said rise height (21) is, for example, 5.96 m for system type 4.2 (resulting from height (26) of 8.50 m minus 2.54 m for the inner pipe diameter of the upper connecting section (8)).
  • the closed slide (13) prevents drainage into the lower basin (1).
  • the water level is due to the air in the pipe system can rise unhindered during the evacuation in the drain siphon section (6), so that the entire siphon line (3) can be completely vented due to the overflowing water and the vacuum venting itself.
  • the water to be filled comes from the upper basin (2).
  • an external centrifugal pump (14) is used to transfer the water from the lower basin (29) into the siphon line (6) to the lower edge of the transition piece (8) and to the sensor ( 15) to limit the water volume range (22) promotes.
  • the vacuum pump (9) is still switched off, the water cannot flow via the transition piece (8) into the upper basin (2).
  • the advantage of this variant is the shortened evacuation time; the disadvantage in the acquisition and maintenance costs of the pump (14).
  • the ventilation is completed by subsequent sensor or management-controlled shutdown of the centrifugal pump (14) and activation of the vacuum pump (9).
  • the final process applies to both variants: As soon as the total filling height (drop height) of 15.30 m (20) using the example of type 4.2 from the lower siphon line section with 6.80 m (27) to the upper section with 8.50 m (26) to to the inner upper edge of the connection (8) is reached, the float (16) or a water level sensor (16) sends a signal to the management to switch off the vacuum pump (9), so that the process of precise lifting of the Shut-off valve (13) for the parallel and synchronous increase in output of the propeller pumps (12) or the centrifugal pumps (36) sets in motion. Thanks to the synchronous control, the water flow for energy generation increases proportionally and steadily - up to the maximum water flow.
  • the gate valve (13) controls or regulates the start of the venting of the siphon line (3) by means of vacuum pump (s) (9), the synchronous operation of the siphon line (3) and pumps (9) and (12), or (9) and (36), the operation of the system in the event of a pump failure, the water flow and the shutdown of the system.
  • Lifting systems are very efficient, but their development potential has been underestimated to this day, and the relevant resources therefore remain largely unused.
  • the vacuum technology at that time for the ventilation of the large pipes and for the holding vacuum, the water could be raised by up to 7.50 m and with today's technology by up to 8.50 m and then into one deeper areas can be transported without any significant expenditure of energy.
  • the energy expenditure for the vacuum pump (9) is then, as now, only required for pumping out the air and for the automatic operating state during the operation of the system.
  • the power consumption of these dimensions and with modern vacuum pumps during operation and depending on the stationary or mobile version, is now a low 10 to 15 kWh in 24 hours.
  • a permanent suction effect of the vacuum pumps (9) is only required for the complete venting of the siphon line (3) until the water flows independently.
  • all that is required is an automatic venting system-related system Amounts of air from the ambient air that are lighter than water and generally collect at the highest point in a pipe system.
  • the siphon water flow of the system is determined using the following formula:
  • the height (26) of the inflow siphon line (4) above the water level (31) of the upper basin (2) can be at least 8.50 m with pure vacuum ventilation and depending on the terrain height (35) in the mountains and towards sea level by a further increase be adapted to the prevailing air pressure (24). Furthermore, it is sensible and energetically advantageous that the siphon line area (34) below the water level (31) is extended to close to the pool floor (30) and thus against the siphon flow direction - as long as the flow and the pump arrangement (12 ) & (36).
  • the length (34) of the siphon line area below the water level (31) is typically 1-99% of the water depth prevailing there, preferably 50-98%, particularly preferably 75-95%.
  • the depth pressure (28) increases in parallel and adds to the atmospheric air pressure (24) of approx. 1 bar by a further approx. 0.1 bar per meter of water depth.
  • a depth pressure (28) at the connection (5) of approx. 1.6 bar that is available permanently and free of charge as pressure energy.
  • the delivery pressure of the water pump (12) must be taken into account. This is approx. 2.1 bar at the pump outlet. This means that at the level of the water entry point in the inflow siphon line section (4) there is a flow pressure of the pump of approx. 1.75 bar.
  • the total amount of energy C contains the following forms of energy: the potential energy of the water level difference h, the pressure energy and the kinetic energy -, where: p: operating pressure (in Pa) y: density of water (997 kg / m 3 ) v: speed of the water flow (in m / s) g: acceleration due to gravity (9.81 m / s 2 ). (i) If the water level difference remains the same, an increase in the siphon line only affects the kinetic energy component, as the height of fall of the water increases. The greater height of the siphon line has no effect on the water withdrawal because the atmospheric air pressure pushes the water into the siphon line without using any energy.
  • the pump units of the leading manufacturers are similar and self-explanatory, so that when calculating the water cycle, based on the parameters of the systems, only the choice for the most powerful propeller pump (12) for the type 2.2 to 4.2 is to be met with the lowest power consumption.
  • propeller pump (s) For type 5.2, at least one centrifugal pump (36) is required instead of propeller pump (s) because this type of system was designed for medium-sized residential buildings and industrial buildings with different heights.
  • the function of the bulb turbine (10) is largely self-explanatory. It should be noted that this type of turbine can also be placed horizontally, so to speak on the floor of the system, the water inflow to the turbine (10) (or also to pump (s) (12) or pump (s) (36)) depending on the pool size the system thus takes place from below or from the side. This means that there are no unnecessary height losses that would result in a deeper excavation.
  • a gear (23) can be connected upstream of the generator (11), depending on the type of system or the planned amount of water, to increase the power output, or to adjust the speed of the turbine (10) for direct feed into the power grid.
  • the additional installation of a suction pipe (25) after the turbine should in turn accelerate the transport of the water flow through the turbine.
  • the suction effect of the siphon line (3) in the lower basin (1), which is already present, is thereby additionally reinforced.
  • the performance of the vacuum pumps (9) is directly related to the geographical location and thus to the terrain height (35). This means that at sea level the prevailing air pressure is around 1 bar, which is reduced to around 850 mbar with increasing terrain altitude (35) in the area of 1,200 m.
  • a state-of-the-art vacuum pump with up to 98 percent fine vacuum was successfully used, so that a suction height of 8.50 m (26) is also possible in higher Regions do not pose a problem and a suction height greater than 8.50 m (26) could be achieved in deeper regions in relation to sea level.
  • the water levels of the systems of type 2.2 to type 5.2 are monitored depending on the degree of evaporation with 2-stage water level sensors (32) - minimum / maximum - at the 2 specified water levels (31) & (18) and automatically via the following feed-in variants At the feed point (33): groundwater pumping, storage tank, water pipe, or water treatment system kept constant.
  • the lower basins (1) and upper basins (2) of the systems of type 2.2 to type 4.2 can be realized in a variety of designs and can, for example, be round, angular, ring-shaped or polygonal, preferably square, hexagonal or octagonal.
  • the system contains the following components: (i) suitably shaped lower basins (1) and upper basins (2), (ii) a siphon line (3) with vacuum pump (9), turbine (10), gate valve (13), suction pipe (25), gear (23) and generator (11), (iii) a pump (12).
  • the system contains the following components: (i) hexagonally shaped lower basins (1) and upper basins (2) arranged directly one above the other, with the lower basin (1) having a slight effect due to the required air supply (24) has a larger floor plan than the upper basin (2), (ii) a siphon line (3) with vacuum pump (9), Turbine (10), gate valve (13), suction pipe (25), gear (23) and generator (11), (iii) 54 pumps (12).
  • the system contains the following components: (i) hexagonally shaped lower basins (1) and upper basins (2) arranged directly one above the other, the lower basin (1) being a slightly larger one because of the required air supply (24) Floor plan as the upper basin (2), (ii) three siphon lines (3) each with a vacuum pump (9), turbine (10), gate valve (13), suction pipe (25), gear (23) and generator (11), (iii) 54 pumps (12).
  • At least two of the systems according to the invention are combined in one assembly.
  • the number of systems possible per assembly is in principle unlimited.
  • the number of systems per assembly is preferably between 2 and 100, particularly preferably 16 of the aforementioned systems of type 4.2 are combined in one assembly (see FIG. 4/10).
  • Another preferred embodiment (type 5.2; Figure 8/10) is designed to be particularly space-saving and is constructed as follows:
  • system type 5.2 has a very slim design.
  • the upper basin is tubular and adapts to the building facade.
  • the entire technical unit, including the basin, is located underground.
  • type 5.2 can also be used in residential areas - not in a disruptive manner.
  • the advantage of the system is that the pumps (36), but also the pumps (12) of the systems 2.2 to 4.2, operate relatively noiselessly under water and the gears (23) and the generators (11) can be largely encapsulated.
  • the size of the siphon line depends on the power used or the number of pumps (12) or (36), so that with a more powerful turbine
  • the second possibility is to undertake a greater height of fall through a construction pit or an elevation of the system, which with the same number of units and a consequent higher internal power consumption of the pumps, but still provides a higher energy gain.
  • This variant is reserved for the areas that have a corresponding building site or for systems with a greater height above the building site that allow or allow an increase in industrial halls or according to the development plan in commercial or industrial areas. If the systems are increased, the boundary conditions for the performance of the pumps according to Sections 4a) or 4b) of this application must also be checked.
  • the present invention also relates to a method for operating the self-sufficient hydropower plant according to the invention, which comprises the following steps:
  • the turbine (10) is preferably not, as is customary in water power, over
  • Needle nozzle graph (39)
  • Flat jet nozzles also called fan nozzles
  • Fan nozzles are nozzles that are used for all cleaning processes and, for example, in the steel industry, the paper industry and in the
  • a flat jet nozzle generates an intense and even jet of water and is insensitive to it
  • Liquid and pressure distribution which hits the turbine blade (41) in full width, which has a dimension suitable for the width of the spray jet (see e.g. the inflow of the turbine (10) may contain one or more flat jet nozzles (42).
  • Each turbine inlet preferably contains a flat jet nozzle (42).
  • the width of the spray jet may contain one or more flat jet nozzles (42).
  • the spray jet of the flat jet nozzle (42) and the width of the turbine blade (41) are identical, as indicated schematically in FIG. 10/10, right picture.
  • the turbine blade (41) is typically curved and is also divided into two approximately hemispherical half-blades by a sharp edge, the so-called central cutting edge (44). The meets in the middle of the cutting edge
  • the central cutting edge (44) has the
  • the height of the central cutting edge typically corresponds to between 40 and 60% of the blade width.
  • the two deflection angles of the central cutting edge are to be adapted tangentially to the spray jet.
  • At at least one of the two lateral ends of the turbine blade (41), the latter can also contain a shaped delimitation (45) for deflecting the amount of water flowing on the blade. If it is present, such a delimitation (45) is preferably attached to both lateral ends of the turbine blade (41) (see schematic illustration of delimitation (45) in FIG. 10/10).
  • the limitation (45) can advantageously have the shape of a Pelton bucket (https://de.wikipedia.org/wiki/Pelton- turbine).
  • one of the boundaries (45) takes up about 1-20% of the width of the entire airfoil, preferably 2-10%.
  • the height of the central cutting edge (44) is typically less than or equal to the dimension of the boundary (45).
  • the flat jet nozzle (42) results in a significantly higher jet force for the incoming amount of water (43) compared to a needle nozzle. This is particularly true when the impact force of the water can act on an identical large impact surface of the turbine blades (41) and no untouched surfaces adversely affect the efficiency of the turbine.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

The invention relates to an self-sufficient hydropower plant for energy generation, which plant contains at least one of each of the following components: (i) at least one lower basin (1) for water, (ii) at least one upper basin (2) for water, (iii) at least one siphon line (3) between the lower basin (1) and upper basin (2), wherein the siphon line (3) comprises an inflow siphon line portion (4), an inflow connecting piece (5) associated therewith, an outflow siphon portion (6), an outflow connecting piece (7) associated therewith and a connecting portion (8) between the inflow and outflow siphon line portion, (iv) at least one vacuum pump (9) in the connecting portion (8), (v) at least one turbine (10), wherein the inflow of the turbine is connected to the outflow connecting piece (7), the turbine (1) flows out into the lower basin (1) and the turbine is connected to a generator (11) and to a transmission (23) and contains at least one turbine blade (41) having at least one center edge (44), (vi) at least one propeller pump (12) or at least one circulating pump (36) for returning water from the lower basin (1) to the upper basin (2), and (vii) at least one shut-off valve (13), arranged in the lower basin (1) and downstream of the turbine (10), having a downstream draft tube (25). The invention furthermore relates to a method for operating the self-sufficient hydropower plant according to the invention.

Description

Energiegewinnung mit autarken Wasserkraftanlagen Energy generation with self-sufficient hydropower plants

1. Vorwort 1 Introduction

Die Lehre der vorliegenden Anmeldung betrifft die Weiterentwicklung der bisherigen Technologie zur Energiegewinnung mit autarken Wasserkraftanlagen (PCT/DE2016/000057; publiziert als WO 2017 / 054791 A1) um neue Anlagen, welche in der Folge als Typ 2.2, Typ 3.2, Typ 4.2 und Typ 5.2 bezeichnet werden.The teaching of the present application relates to the further development of the previous technology for energy generation with self-sufficient hydropower systems (PCT / DE2016 / 000057; published as WO 2017/054791 A1) to include new systems, which are subsequently referred to as Type 2.2, Type 3.2, Type 4.2 and Type 5.2.

Wie bei der bisherigen Technologie besteht der Unterschied der erfindungsgemäßen Anlagen in deren Leistungsfähigkeit derart, dass der Typ 2.2 für Kleinanlagen, der Typ 3.2 für kleine Städte und Kleinindustrie, der Typ 4.2 für mittlere Großstädte bis 750.000 Einwohner oder aber für die Großindustrie konzipiert wurde. Der neue Typ 5.2, der kein Pendant in der bisherigen Technologie hat, ist insbesondere geeignet für mittlere Wohngebäude und Industriegebäude mit verschiedenen Bauhöhen. As with the previous technology, the difference in the performance of the systems according to the invention is that type 2.2 was designed for small systems, type 3.2 for small cities and small industries, type 4.2 for medium-sized cities with up to 750,000 inhabitants or for large-scale industry. The new type 5.2, which has no counterpart in the previous technology, is particularly suitable for medium-sized residential buildings and industrial buildings with different construction heights.

2. Einleitung 2 Introduction

Als Ergebnis der vorteilhaften und in sich stimmigen Kombination von Einzelgruppen ergibt sich ein hoher und kostenfreier Energiegewinn, der in Anlehnung an die Windkraft letztlich nur über die Schwerkraft der Lufthülle, durch den atmosphärischen Luftdruck von ca. 1 ,0 bar erzeugt wird. As a result of the advantageous and coherent combination of individual groups, there is a high and free energy gain, which, based on wind power, is ultimately only generated via the gravity of the air envelope, through the atmospheric air pressure of approx. 1.0 bar.

Der Vorteil liegt vor allem darin, dass der Luftdruck nicht wie bei der Gewinnung von Wind - und Sonnenenergie von ständig wechselnden Bedingungen abhängig l ist, sondern dass die Lufthülle mit ihrem Gewicht permanent und nahezu konstant dem System an 24 Stunden bei Tag und bei Nacht zur Verfügung steht. The main advantage is that the air pressure is not dependent on constantly changing conditions, as is the case with the production of wind and solar energy but that the air envelope with its weight is permanently and almost constantly available to the system 24 hours a day, day and night.

Die Wirkweise des Systems ist denkbar einfach, die Technik über Jahrzehnte ausgereift und überall einsetzbar. Aufgrund der physikalischen und praxisbezogenen Eindeutigkeit, kann einer Anerkennung nichts im Wege stehen.The way the system works is very simple, the technology has matured over decades and can be used anywhere. Due to the physical and practical clarity, nothing can stand in the way of recognition.

Im Wesentlichen besteht das System aus drei Hauptgruppen: einem Wasserfördersystem mit hocheffizienten Pumpaggregaten, einer Wasserheberanlage mit der kostenlosen Nutzung des Luftdrucks sowie der Zuführung des Wasserstroms zu einem selbsterklärenden Rohrturbinensystem, welches die Wasserkraft über einen Generator-Transformator-Block zurThe system essentially consists of three main groups: a water pumping system with highly efficient pump units, a water lifting system with the free use of air pressure and the supply of the water flow to a self-explanatory bulb turbine system, which generates the water power via a generator-transformer block

Erzeugung der Energie für den Eigenstrom und für den Energiegewinn zur Einspeisung in das Stromnetz zur Verfügung stellt. Generation of energy for own electricity and for energy gain for feeding into the power grid.

Im Einzelnen enthält die autarke Wasserkraftanlage der vorliegenden Erfindung mindestens je eine der folgenden Komponenten: (i) Unterbecken (1 ) für Wasser, In detail, the self-sufficient hydropower plant of the present invention contains at least one of the following components: (i) lower basin (1) for water,

(ii) Oberbecken (2) für Wasser, (ii) upper basin (2) for water,

(iii) Heberleitung (3) zwischen Unterbecken (1) und Oberbecken (2), wobei die Heberleitung (3) einen Zufluss-Heberleitungsabschnitt (4), einen zu diesem gehörigen Zufluss-Stutzen (5), einen Abfluss-Heberabschnitt (6), einen zu diesem gehörigen Abfluss-Stutzen (7), und einen Verbindungsabschnitt (8) zwischen Zufluss- und Abfluss-Heberleitungsabschnitt, (iii) Siphon line (3) between lower basin (1) and upper basin (2), with the siphon line (3) having an inflow siphon line section (4), an inflow nozzle (5) belonging to this, an outflow siphon section (6) , an outflow nozzle (7) belonging to this, and a connecting section (8) between the inflow and outflow siphon line section,

(iv) Vakuumpumpe (9) im Verbindungsabschnitt (8), (iv) vacuum pump (9) in the connecting section (8),

(v) Turbine (10), wobei der Zufluss der Turbine mit Abfluss-Stutzen (7) verbunden ist, der Abfluss der Turbine ins Unterbecken (1) erfolgt und die Turbine mit einem Generator (11 ) und mit einem Getriebe (23) verbunden ist, (v) Turbine (10), the inflow of the turbine being connected to the outflow nozzle (7), the outflow of the turbine into the lower basin (1) and the turbine being connected to a generator (11) and a gearbox (23) is

(vi) Propellerpumpe (12) oder Kreiselpumpe (36) zur Rückführung von Wasser von Unterbecken (1) zu Oberbecken (2), und (vi) propeller pump (12) or centrifugal pump (36) for returning water from lower basin (1) to upper basin (2), and

(vii) im Unterbecken (1) angeordneter und der Turbine (10) nachgelagerter Absperrschieber (13) mit nachgelagertem Saugrohr (25). Der Flöhenunterschied zwischen Oberbecken (2) und Unterbecken (1) sowie die Pumpenart müssen so gewählt werden, dass für die Rückführung des Wassers zum Oberbecken (2) der optimale Betriebspunkt und die damit optimierte Pumpleistung erreicht wird, um den diesbezüglichen Eigenstrombedarf so gering wie möglich zu halten. (Vii) in the lower basin (1) and arranged downstream of the turbine (10) gate valve (13) with downstream suction pipe (25). The flea difference between the upper basin (2) and the lower basin (1) as well as the type of pump must be selected in such a way that the optimum operating point and the resulting optimized pumping capacity is achieved for the return of the water to the upper basin (2), in order to keep the relevant internal electricity requirement as low as possible to keep.

Beschreibung der Zeichnungen: Description of the drawings:

Figur 1/10 zeigt eine schematische Seitenansicht des Typs 2.2 Figure 1/10 shows a schematic side view of type 2.2

Figur 2/10 zeigt eine Perspektivansicht des Typs 3.2 Figur 3/10 zeigt eine Perspektivansicht des Typs 4.2 FIG. 2/10 shows a perspective view of type 3.2. FIG. 3/10 shows a perspective view of type 4.2

Figur 4/10 zeigt den Typ 4.2 aus der Vogelperspektive Figure 4/10 shows type 4.2 from a bird's eye view

Figur 5/10 zeigt den Teil der Anlagen Typ 2.2 bis 4.2, der der Evakuierung / Entlüftung deren Fleberleitung(en) dient Figure 5/10 shows the part of the systems type 2.2 to 4.2 which is used for evacuating / venting their fleber line (s)

Figur 6/10 zeigt die Betriebsweise 4a) des Anlagenteils aus der Figur 5/10 (Evakuierung / Entlüftung ausschließlich über Vakuumpumpe (9)) Figure 6/10 shows the operating mode 4a) of the system part from Figure 5/10 (evacuation / venting exclusively via vacuum pump (9))

Figur 7/10 zeigt die Betriebsweise 4b) des Anlagenteils aus der Figur 5/10 (Evakuierung / Entlüftung über Pumpe (14) und anschließend Vakuumpumpe (9))Figure 7/10 shows the operating mode 4b) of the system part from Figure 5/10 (evacuation / venting via pump (14) and then vacuum pump (9))

Figur 8/10 zeigt eine Perspektivansicht des an einem Gebäude angebrachten Anlagen-Typs 5.2 Figur 9/10 zeigt ein Messgerät (37) mit Kraftmesser (38) und die graphischen Drucklinien der Strahlkraftmessung einer Nadeldüse (39) und einer Flachstrahldüse (40) Figure 8/10 shows a perspective view of the system type 5.2 attached to a building. Figure 9/10 shows a measuring device (37) with a dynamometer (38) and the graphic pressure lines of the jet force measurement of a needle nozzle (39) and a flat jet nozzle (40)

Figur 10/10 zeigt eine erfindungsgemäße Turbinenschaufel (41) mit einer Flachstrahldüse (42) in 3-dimensionaler Darstellung. Nachfolgend werden die einzelnen Anlagenteile in deren Funktion bzw. deren Aufgaben kurz beschrieben. FIG. 10/10 shows a turbine blade (41) according to the invention with a flat jet nozzle (42) in a 3-dimensional representation. The function and tasks of the individual parts of the system are briefly described below.

3. Beschreibung 3. Description

Die Wirkungsweise der hiermit zu patentierenden Anlagen ist als ein zur Umgebungsluft bzw. zum Luftdruck (24) offener Kreislauf unter Ausnutzung des Gewichtes der Lufthülle mit ca. 10 N (Newton) je cm2 (ca. 1 bar) als Antriebskraft auf der einen Seite und der Schwerkraft des Wassers auf der anderen Seite zu verstehen. Zu beachten ist, dass sich ein offener Kreislauf von einem geschlossenen Kreislauf in der Weise unterscheidet, dass ein geschlossener, hermetisch gekapselter Kreislauf nach dem Energieerhaltungssatz - ohne die Nutzung des Luftdrucks (24) - keine Energiegewinnung zulässt. Bezogen auf die Anlagen vom Typ 2.2 bis 5.2 kommt es beim offenen Kreislauf unter Luftdruck- Bedingungen lediglich darauf an, einen großen Höhenunterschied zwischen dem Oberbecken (2) und dem Unterbecken (1) zu erzeugen und die Höhe (26) der Heberleitung (3) über dem Wasserspiegel (31) des Oberbeckens (2) zu maximieren, so dass ein möglichst großer Höhenunterschied (26) und somit eine große Fallhöhe (20) zur Turbine (10) entsteht. Der Vorteil gegenüber anderen ökologischen Methoden zur Energiegewinnung, wie z.B. bei Flusskraftwerken, die von Natur aus in der Fallhöhe begrenzt sind, liegt in der variablen Möglichkeit, die Fallhöhe (20) und die Beckengrößen (1)/(2) durch eine Typ-Auswahl an die örtlichen Gegebenheiten anzupassen. Je größer die Fallhöhe (20) ist und je größer die Rohrinnendurchmesser sind, desto mehr Wasser kann im gleichen Zeitraum durch das System fließen und desto mehr Energie kann erzeugt werden. Die Fallhöhe (20) liegt je nach Anlagentyp im Bereich von 5,00 m bis 30,00 m, bevorzugt von 9,00 m bis 18,00 m, besonders bevorzugt von 10,00 bis 16,00 m. In den bevorzugten Ausführungsformen Typ 2.2, Typ 3.2, Typ 4.2 und Typ 5.2 beträgt die Fallhöhe 12,50 m, 12,90 m, 15,30 m, bzw. 10,00 m. Somit ist über den Luftdruck (24) eine äußere Kraft wirksam. Der 1. Hauptsatz der Thermodynamik wird nicht verletzt; das System ist somit kein Perpetuum Mobile, was durch zahlreiche Experimente bewiesen wurde. The operation of the systems to be patented hereby is as a circuit open to the ambient air or to the air pressure (24) using the weight of the air envelope with approx. 10 N (Newton) per cm 2 (approx. 1 bar) as the driving force on one side and understand the gravity of water on the other hand. It should be noted that an open circuit differs from a closed circuit in that a closed, hermetically encapsulated circuit does not allow any energy to be generated according to the law of conservation of energy - without the use of air pressure (24). In relation to the systems of type 2.2 to 5.2, the open circuit under air pressure conditions only depends on creating a large difference in height between the upper basin (2) and the lower basin (1) and the height (26) of the siphon line (3) to maximize above the water level (31) of the upper basin (2), so that the greatest possible height difference (26) and thus a large height of fall (20) to the turbine (10) is created. The advantage over other ecological methods of energy generation, such as river power plants, which are naturally limited in the height of fall, lies in the variable possibility of setting the height of fall (20) and the pool sizes (1) / (2) by selecting a type adapt to the local conditions. The greater the height of fall (20) and the greater the inside diameter of the pipe, the more water can flow through the system in the same period of time and the more energy can be generated. The height of fall (20) is in the range from 5.00 m to 30.00 m, preferably from 9.00 m to 18.00 m, particularly preferably from 10.00 to 16.00 m, depending on the type of system. In the preferred embodiments Type 2.2, Type 3.2, Type 4.2 and Type 5.2 have a fall height of 12.50 m, 12.90 m, 15.30 m and 10.00 m, respectively Air pressure (24) an external force effective. The 1st law of thermodynamics is not violated; the system is therefore not a perpetual motion machine, which has been proven by numerous experiments.

4. Evakuierung / Entlüftung der Heberleitung (3) 4. Evacuation / venting of the siphon line (3)

Voraussetzung für den reibungslosen und synchron mit allen Pumpen funktionierenden Betrieb der Heberanlage (3) ist, dass vor Entlüftung und Inbetriebnahme der Heberanlage der elektrische Absperrschieber (13) am abfallenden Abfluss-Heberleitungsabschnitt (6) vor dem Ausgang der Turbine (10) im Unterbecken (1) über das Computer-Management verschlossen wird. Des Weiteren muss die Heberleitung (3) vollständig entlüftet werden. Zur Entlüftung einer Heberleitung von über 8,50 m Höhe (26) wird ein zusätzlicher Arbeitsschritt benötigt, weil die praktische Saughöhe von Vakuumpumpen (9) damit deutlich überschritten würde. Für die Entlüftung der Heberleitung (3) stehen zwei Varianten 4a und 4b zur Verfügung: The prerequisite for the siphon system (3) to operate smoothly and synchronously with all pumps is that the electric gate valve (13) on the sloping drainage siphon line section (6) in front of the turbine outlet (10) in the lower basin ( 1) is locked via the computer management. Furthermore, the siphon line (3) must be completely vented. An additional work step is required to vent a siphon line with a height of more than 8.50 m (26) because the practical suction height of vacuum pumps (9) would be significantly exceeded. Two variants 4a and 4b are available for venting the siphon line (3):

4a) Die Entlüftung der gesamten Luft innerhalb des Leitungssystems erfolgt unter der Voraussetzung, dass sich der konisch nach außen geformte Stutzen (5) des Zufluss-Heberabschnitts (4) im Oberbecken (2) ständig unterWasser befindet und ein Lufteintritt ausgeschlossen ist. Das heißt, dass Management aktiviert nach dem Schließen des Absperrschiebers (13) das Pumpenmanagement zur Wasserförderung, so dass im Oberbecken (2) für die Entlüftung über einen Sensor (32) ein konstanter Wasserspiegel (31) generiert und permanent reguliert werden kann. Während des Entlüftungsprozesses wird das Wasser im Zufluss- Heberabschnitt (4) ab einer Steighöhe (21) über den oberen Verbindungsabschnitt (8) zwischen Zufluss- und Abfluss-Heberleitung in den Abfluss-Heberabschnitt (6) laufen und diesen auffüllen. Besagte Steighöhe (21) beträgt z.B. 5,96 m beim Anlagentyp 4.2 (sich ergebend aus Höhe (26) von 8,50 m abzüglich 2,54 m für den inneren Rohrdurchmesser des oberen Verbindungsabschnitts (8)). Der geschlossene Schieber (13) verhindert den Abfluss in das Unterbecken (1). Aufgrund der im Leitungs-System befindlichen Luft wird der Wasserspiegel während der Evakuierung im Abfluss-Heberabschnitt (6) ungehindert steigen können, so dass durch das überlaufende Wasser und die Vakuumentlüftung selbst die vollständige Entlüftung der gesamten Heberleitung (3) möglich wird. Das aufzufüllende Wasser kommt in der Variante 4a aus dem Oberbecken (2). 4a) The venting of all air within the pipe system takes place under the condition that the conically outwardly shaped nozzle (5) of the inflow siphon section (4) in the upper basin (2) is constantly under water and that air entry is excluded. This means that the management activates the pump management for pumping water after the gate valve (13) is closed, so that a constant water level (31) can be generated and permanently regulated in the upper basin (2) for ventilation via a sensor (32). During the venting process, the water in the inflow siphon section (4) will run from a rise height (21) over the upper connecting section (8) between the inflow and outflow siphon line into the outflow siphon section (6) and fill it up. Said rise height (21) is, for example, 5.96 m for system type 4.2 (resulting from height (26) of 8.50 m minus 2.54 m for the inner pipe diameter of the upper connecting section (8)). The closed slide (13) prevents drainage into the lower basin (1). The water level is due to the air in the pipe system can rise unhindered during the evacuation in the drain siphon section (6), so that the entire siphon line (3) can be completely vented due to the overflowing water and the vacuum venting itself. In variant 4a, the water to be filled comes from the upper basin (2).

4b) In der zweiten Variante kommt bei gleichfalls geschlossenem Absperrschieber (13) eine externe Kreiselpumpe (14) zum Einsatz, die das Unterbecken-Wasser (29) in die Heberleitung (6) bis zur Unterkante des Übergangsstücks (8) und bis zum Sensor (15) zur Begrenzung des Wassermengenbereichs (22) fördert. Somit kann das Wasser bei noch ausgeschalteter Vakuumpumpe (9) nicht über das Übergangsstück (8) in das Oberbecken (2) fließen. Der Vorteil dieser Variante liegt in der verkürzten Evakuierungszeit; der Nachteil in den Anschaffungs- und Wartungskosten der Pumpe (14). Die Entlüftung wird komplettiert durch anschließende Sensor- bzw. Management-gesteuerte Abschaltung der Kreiselpumpe (14) und Einschaltung der Vakuumpumpe (9). 4b) In the second variant, with the shut-off valve (13) also closed, an external centrifugal pump (14) is used to transfer the water from the lower basin (29) into the siphon line (6) to the lower edge of the transition piece (8) and to the sensor ( 15) to limit the water volume range (22) promotes. Thus, when the vacuum pump (9) is still switched off, the water cannot flow via the transition piece (8) into the upper basin (2). The advantage of this variant is the shortened evacuation time; the disadvantage in the acquisition and maintenance costs of the pump (14). The ventilation is completed by subsequent sensor or management-controlled shutdown of the centrifugal pump (14) and activation of the vacuum pump (9).

Für beide Varianten gilt der abschließende Vorgang: Sobald die Gesamtfüllhöhe (Fallhöhe) von 15,30 m (20) am Beispiel des Typs 4.2 vom unteren Heberleitungsabschnitt mit 6,80 m (27) zum oberen Abschnitt mit 8,50 m (26) bis zur inneren Oberkante der Verbindung (8) erreicht ist, gibt der Schwimmer (16) oder ein Wasserpegelsensor (16) ein Signal an das Management, die Vakuumpumpe (9) abzuschalten, so dass sich ohne Verzug der vom Management gesteuerte Vorgang des präzisen Hebens der Absperrschieber (13) zur parallelen und synchronen Leistungserhöhung der Propellerpumpen (12) oder der Kreiselpumpen (36) in Gang setzt. Durch die synchrone Steuerung erhöht sich proportional und stetig der Wasserstrom zur Energieerzeugung - bis zum maximalen Wasserdurchfluss. The final process applies to both variants: As soon as the total filling height (drop height) of 15.30 m (20) using the example of type 4.2 from the lower siphon line section with 6.80 m (27) to the upper section with 8.50 m (26) to to the inner upper edge of the connection (8) is reached, the float (16) or a water level sensor (16) sends a signal to the management to switch off the vacuum pump (9), so that the process of precise lifting of the Shut-off valve (13) for the parallel and synchronous increase in output of the propeller pumps (12) or the centrifugal pumps (36) sets in motion. Thanks to the synchronous control, the water flow for energy generation increases proportionally and steadily - up to the maximum water flow.

Zusammenfassend steuert bzw. regelt der Absperrschieber (13) den Start der Entlüftung von Heberleitung (3) mittels Vakuumpumpe(n) (9), das synchrone Wirken von Heberleitung (3) und Pumpen (9) und (12), oder (9) und (36), den Betrieb der Anlage bei einem Pumpenausfall, den Wasserstrom sowie das Herunterfahren der Anlage. Abschließend eine Bemerkung zur gleichfalls weit verbreiteten Meinung, dass während des laufenden Betriebes der Energieaufwand zur Entfernung der von Zeit zu Zeit im oberen Leitungsabschnitt sich ansammelnden Luftblasen hoch ist und ein Energieaufwand hierfür von maximal 15 kWh am Tag nicht erreicht werden kann. So wurden beispielsweise auf einer historischen Baustelle (Berlin 1927) nachweislich für die „laufende Entlüftung“ des Systems - für 50 Millionen Kubikmeter Wasser, lediglich einige Kilowattstunden benötigt (Mitteilungen der Polytechnischen Gesellschaft 1927, Seite 251). Dass der geringe Energiebedarf von 1927 rund 92 Jahre später noch zusätzlich und erheblich reduziert werden kann, ist wohl unbestritten. In summary, the gate valve (13) controls or regulates the start of the venting of the siphon line (3) by means of vacuum pump (s) (9), the synchronous operation of the siphon line (3) and pumps (9) and (12), or (9) and (36), the operation of the system in the event of a pump failure, the water flow and the shutdown of the system. Finally, a comment on the equally widespread opinion that the energy required to remove the air bubbles that collect from time to time in the upper section of the line is high during ongoing operation and that an energy consumption of a maximum of 15 kWh per day cannot be achieved for this. For example, on a historic construction site (Berlin 1927), it can be proven that only a few kilowatt hours were required for the "ongoing ventilation" of the system - for 50 million cubic meters of water (communications from the Polytechnische Gesellschaft 1927, page 251). It is undisputed that the low energy requirement of 1927 around 92 years later can be further and significantly reduced.

5. Grundsätzliches zu Heberleitungssystemen 5. Basic information on siphon line systems

Hebersysteme sind sehr effizient, werden aber bis heute im Entwicklungspotential unterschätzt, und somit bleiben die diesbezüglichen Ressourcen weitgehend ungenutzt. Mit den Möglichkeiten der damaligen Vakuumtechnik für die Entlüftung der großen Leitungen sowie für das Halte-Vakuum, konnte das Wasser bei damaligen Bauprojekten um bis ca. 7,50 m und mit der heutigen Technik um bis zu 8,50 m angehoben und anschließend in einen tiefer gelegenen Bereich ohne nennenswerten Energieaufwand transportiert werden. Lifting systems are very efficient, but their development potential has been underestimated to this day, and the relevant resources therefore remain largely unused. With the possibilities of the vacuum technology at that time for the ventilation of the large pipes and for the holding vacuum, the water could be raised by up to 7.50 m and with today's technology by up to 8.50 m and then into one deeper areas can be transported without any significant expenditure of energy.

Der Energieaufwand für die Vakuumpumpe (9) wird damals wie heute lediglich zum Herauspumpen der Luft und für den automatischen Betriebszustand während des Betriebs der Anlage benötigt. Der Stromverbrauch liegt bei diesen Dimensionen und bei modernen Vakuumpumpen während des Betriebs und je nach stationärer oder mobiler Ausführung, heutzutage bei geringen 10 bis 15 kWh in 24 Stunden. Es ist nochmals festzuhalten, dass eine dauerhafte Saugwirkung der Vakuumpumpen (9) nur für die vollständige Entlüftung der Heberleitung (3), bis zum selbstständigen Fließen des Wassers erforderlich ist. Im Weiteren bedarf es lediglich einer automatischen Entlüftung von systembedingt mitgenommen Luftmengen aus der Umgebungsluft, die leichter als Wasser sind und sich grundsätzlich am höchsten Punkt in einem Leitungssystem sammeln. The energy expenditure for the vacuum pump (9) is then, as now, only required for pumping out the air and for the automatic operating state during the operation of the system. The power consumption of these dimensions and with modern vacuum pumps during operation and depending on the stationary or mobile version, is now a low 10 to 15 kWh in 24 hours. It should be noted again that a permanent suction effect of the vacuum pumps (9) is only required for the complete venting of the siphon line (3) until the water flows independently. Furthermore, all that is required is an automatic venting system-related system Amounts of air from the ambient air that are lighter than water and generally collect at the highest point in a pipe system.

6. Leistungsbedarf und Leistungsermittlung der Anlage. 6. Power requirement and power determination of the system.

Der Heber-Wasserstrom der Anlage wird nach der folgenden Formel ermittelt: The siphon water flow of the system is determined using the following formula:

Q = 1,25 x 104

Figure imgf000010_0001
Q = 1.25 x 10 4
Figure imgf000010_0001

Q = Heberstrom in m3/h, d = Rohrinnendurchmesser in m, e = H-Geo in m, und d = Summe der Widerstandsbeiwerte von Rohrstrecken, Krümmern, usw. Q = siphon flow in m 3 / h, d = inside pipe diameter in m, e = H-Geo in m, and d = sum of the drag coefficients of pipe sections, bends, etc.

Nach obiger Formel wurde für die Typen 2.2 bis 5.2 der Heberstrom Q für die geplanten Kennwerte H-Geo und die Rohrinnendurchmesser ermittelt. Es ist natürlich auch möglich, für eine geplante Wassermenge den entsprechenden Rohrinnendurchmesser zu berechnen. The above formula was used to determine the siphon current Q for types 2.2 to 5.2 for the planned characteristic values H-Geo and the inner pipe diameter. Of course, it is also possible to calculate the corresponding internal pipe diameter for a planned amount of water.

Die Höhe (26) der Zufluss-Heberleitung (4) oberhalb des Wasserspiegels (31 ) des Oberbeckens (2) kann bei reiner Vakuumentlüftung und je nach Geländehöhe (35) im Gebirge mindestens 8,50 m betragen und in Richtung Meereshöhe durch eine weitere Erhöhung an den jeweils vorherrschenden Luftdruck (24) angepasst werden. Weiterhin ist es sinnvoll und energetisch vorteilhaft, dass auch der Heberleitungs-Bereich (34) unterhalb des Wasserspiegels (31 ) bis nahe an den Beckenboden (30) und damit gegen die Heber-Fließrichtung verlängert wird - soweit es die Strömung und die Pumpenanordnung (12) & (36) zulassen. Typischerweise beträgt die Länge (34) des Heberleitungs-Bereichs unterhalb des Wasserspiegels (31 ) 1 - 99 % der dort herrschenden Wassertiefe, bevorzugt 50 - 98%, besonders bevorzugt 75 - 95 %. Mit zunehmender Wassertiefe erhöht sich parallel dazu der Tiefendruck (28), der sich zum atmosphärischen Luftdruck (24) von ca. 1 bar um jeweils weitere ca. 0,1 bar je Meter Wassertiefe addiert. Im Ergebnis würde beispielsweise bei einer Heberleitungstiefe (34) von 6,00 m unter dem Wasserspiegel (31), ein Tiefendruck (28) am Stutzen (5) von ca. 1 ,6 Bar entstehen, der permanent und kostenlos als Druckenergie zur Verfügung steht. Weiterhin ist beispielsweise beim Typ 5.2 der Förderdruck der Wasserpumpe (12) zu berücksichtigen. Dieser beträgt am Pumpenausgang ca. 2,1 bar. Das heißt, auf Höhe des Wasser-Eintrittspunktes in den Zufluss-Heberleitungsabschnitt (4) liegt ein Strömungsdruck der Pumpe von ca. 1 ,75 bar an. Dadurch addiert sich der Gesamtdruck aus dem Schweredruck von 1 ,60 bar plus Strömungsdruck von 1 ,75 bar auf = 3,35 bar, der bereits vor Beginn des eigentlichen Heber-Vorgangs einer Wassersäule von 34,16 Metern entspricht. Der Heberleitungs-Effekt verursacht anschließend, gestützt durch den Basisdruck von 3,35 Bar einen erheblichen Unterdrück in der Steigleitung, so dass sich der Strömungsdruck vervielfacht.The height (26) of the inflow siphon line (4) above the water level (31) of the upper basin (2) can be at least 8.50 m with pure vacuum ventilation and depending on the terrain height (35) in the mountains and towards sea level by a further increase be adapted to the prevailing air pressure (24). Furthermore, it is sensible and energetically advantageous that the siphon line area (34) below the water level (31) is extended to close to the pool floor (30) and thus against the siphon flow direction - as long as the flow and the pump arrangement (12 ) & (36). The length (34) of the siphon line area below the water level (31) is typically 1-99% of the water depth prevailing there, preferably 50-98%, particularly preferably 75-95%. As the water depth increases, the depth pressure (28) increases in parallel and adds to the atmospheric air pressure (24) of approx. 1 bar by a further approx. 0.1 bar per meter of water depth. As a result, for example, with a siphon line depth (34) of 6.00 m below the water level (31), a depth pressure (28) at the connection (5) of approx. 1.6 bar that is available permanently and free of charge as pressure energy. Furthermore, with type 5.2, for example, the delivery pressure of the water pump (12) must be taken into account. This is approx. 2.1 bar at the pump outlet. This means that at the level of the water entry point in the inflow siphon line section (4) there is a flow pressure of the pump of approx. 1.75 bar. As a result, the total pressure from the gravity pressure of 1.60 bar plus flow pressure of 1.75 bar adds up to = 3.35 bar, which corresponds to a water column of 34.16 meters even before the actual lifting process begins. The siphon line effect then, supported by the base pressure of 3.35 bar, causes a considerable negative pressure in the riser, so that the flow pressure is multiplied.

Nachfolgend wird dargestellt, wie sich allein durch den Luftdruck (24) die wirkenden Kräfte in einem ideal angeordneten System verhalten und wie dadurch der Wasserstrom quantitativ und hochwirksam angetrieben wird. Die Begründung dafür folgt in Anlehnung an das Berliner Beispiel von 1927, wonach sich aus der Bernoullischen Gleichung die folgende Gesamtenergie ergibt:

Figure imgf000011_0001
In the following it is shown how the acting forces behave in an ideally arranged system through the air pressure (24) alone and how the water flow is driven quantitatively and highly effectively. The reason for this is based on the Berlin example from 1927, according to which the following total energy results from Bernoulli's equation:
Figure imgf000011_0001

Gleichung aus: Mitteilungen der Polytechnischen Gesellschaft 1927, Seite 251 + 252; siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Bernoulli-Gleichung Equation from: Mitteilungen der Polytechnische Gesellschaft 1927, pages 251 + 252; see also https://de.wikipedia.org/wiki/Bernoulli-Gleichung

Der gesamte Energiebetrag C beinhaltet die folgenden Energieformen: die potentielle Energie der Wasserspiegeldifferenz h, die Druckenergie und die

Figure imgf000011_0002
Figure imgf000011_0003
kinetische Energie — , wobei:
Figure imgf000011_0004
p: Betriebsdruck (in Pa) y: Dichte von Wasser (997 kg/m3) v: Geschwindigkeit des Wasserstroms (in m/s) g: Erdbeschleunigung (9,81 m/s2). (i) Eine Erhöhung der Heberleitung wirkt sich bei gleichbleibender Wasserspiegeldifferenz nur auf die Komponente der kinetischen Energie aus, da sich die Fallhöhe des Wassers erhöht. Die größere Heberleitungshöhe hat auf die Wasserentnahme keine Auswirkung, weil der atmosphärische Luftdruck das Wasser ohne Energieaufwand in die Heberleitung drückt. The total amount of energy C contains the following forms of energy: the potential energy of the water level difference h, the pressure energy and the
Figure imgf000011_0002
Figure imgf000011_0003
kinetic energy -, where:
Figure imgf000011_0004
p: operating pressure (in Pa) y: density of water (997 kg / m 3 ) v: speed of the water flow (in m / s) g: acceleration due to gravity (9.81 m / s 2 ). (i) If the water level difference remains the same, an increase in the siphon line only affects the kinetic energy component, as the height of fall of the water increases. The greater height of the siphon line has no effect on the water withdrawal because the atmospheric air pressure pushes the water into the siphon line without using any energy.

(ii) Wenn hingegen der Wasserspiegel mit dem Oberbecken angehoben wird, vergrößern sich alle 3 Komponenten der Gleichung; a) die potentielle Energie der Wasserspiegeldifferenz h, b) die Druckenergie „p“ am Eintrittspunkt der tieferen Heberleitung und c) die kinetische Energie, die sich aufgrund der höheren Druckenergie „p“ auf die Geschwindigkeit "v2" des Wasserstroms auswirkt. (ii) If, on the other hand, the water level is raised with the upper basin, all 3 components of the equation increase; a) the potential energy of the water level difference h, b) the pressure energy "p" at the entry point of the deeper siphon line and c) the kinetic energy that affects the speed "v 2 " of the water flow due to the higher pressure energy "p".

Ob weitere Parameter für eine Vervielfachung des Basis-Drucks verantwortlich sind, konnte im Detail noch nicht abschließend geklärt werden. Sicher ist, dass der starke Unterdrück und die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Heberleitung eine beeindruckende Dynamik entwickeln, weil sich die Druckparameter und die Energieformen optimal ergänzen. Whether further parameters are responsible for a multiplication of the base pressure has not yet been conclusively clarified in detail. It is certain that the strong negative pressure and the flow speed within the siphon line develop impressive dynamics because the pressure parameters and the forms of energy complement each other perfectly.

Auf Grundlage der beschriebenen Vorgehensweise wurden zahlreiche Experimente durchgeführt, so dass insbesondere der Ertrag der Energiegewinnung deutlich höher als erwartet festgestellt werden konnte. Die Beweisführung wurde unter Benutzung von geeichten Messgeräten am Beispiel des Typs 5.2 zweifelsfrei erhoben und ist jederzeit reproduzierbar. Numerous experiments were carried out on the basis of the procedure described, so that in particular the yield from energy generation could be determined to be significantly higher than expected. The evidence was obtained beyond doubt using calibrated measuring devices using the example of type 5.2 and can be reproduced at any time.

7. Pumpenaggregate 7. Pump units

Die Pumpenaggregate der führenden Hersteller sind ähnlich und selbsterklärend, so dass für die Kalkulation des Wasserkreislaufes, bezogen auf die Parameter der Anlagen nur die Wahl für die leistungsfähigste Propellerpumpe (12) für den Typ 2.2 bis 4.2 bei geringstem Stromverbrauch zu treffen ist. Für den Typ 5.2 wird anstatt von Propellerpumpe(n) mindestens eine Kreiselpumpe (36) benötigt, weil dieser Anlagentyp für mittlere Wohngebäude und Industriegebäude mit verschiedenen Bauhöhen konzipiert wurde. The pump units of the leading manufacturers are similar and self-explanatory, so that when calculating the water cycle, based on the parameters of the systems, only the choice for the most powerful propeller pump (12) for the type 2.2 to 4.2 is to be met with the lowest power consumption. For type 5.2, at least one centrifugal pump (36) is required instead of propeller pump (s) because this type of system was designed for medium-sized residential buildings and industrial buildings with different heights.

8. Rohrturbine (10) mit Saugrohr (25), angeschlossenem Getriebe (23) und Generator (11) 8. Bulb turbine (10) with suction pipe (25), connected gear (23) and generator (11)

Die Rohrturbine (10) ist in ihrer Funktion weitgehend selbsterklärend. Zu beachten ist, dass diese Turbinenart auch waagerecht, quasi auf dem Boden der Anlage aufgesetzt werden kann, der Wasserzufluss zur Turbine (10) (oder auch zu Pumpe(n) (12) oder Pumpe(n) (36)) entsprechend der Beckengrößen der Anlage somit von unten oder auch seitlich erfolgt. Somit entstehen keine unnötigen Höhenverluste, die eine tiefere Baugrube zur Folge hätten. Ein Getriebe (23) kann zur Steigerung der Strom-Abgabeleistung bedarfsweise dem Generator (11) je nach Anlagentyp bzw. geplanter Wassermenge oder aber zur Drehzahlanpassung der Turbine (10) für eine Direkteinspeisung in das Stromnetz vorgeschaltet werden. Die zusätzliche Installation eines Saugrohrs (25) nach der Turbine soll wiederum den Transport des Wasserstroms durch die Turbine beschleunigen. Der ohnehin vorhandene Sogeffekt der Heberleitung (3) im Unterbecken (1) wird dadurch zusätzlich verstärkt. The function of the bulb turbine (10) is largely self-explanatory. It should be noted that this type of turbine can also be placed horizontally, so to speak on the floor of the system, the water inflow to the turbine (10) (or also to pump (s) (12) or pump (s) (36)) depending on the pool size the system thus takes place from below or from the side. This means that there are no unnecessary height losses that would result in a deeper excavation. A gear (23) can be connected upstream of the generator (11), depending on the type of system or the planned amount of water, to increase the power output, or to adjust the speed of the turbine (10) for direct feed into the power grid. The additional installation of a suction pipe (25) after the turbine should in turn accelerate the transport of the water flow through the turbine. The suction effect of the siphon line (3) in the lower basin (1), which is already present, is thereby additionally reinforced.

9. Hinweise zur Bauausführung 9. Notes on construction work

Bei der Planung der obigen Wasserkraftanlagen steht die Leistung der Vakuumpumpen (9) im direkten Zusammenhang zur geographischen Lage und damit zur Geländehöhe (35). Das heißt, auf Meeresniveau beträgt der vorherrschende Luftdruck rund 1 bar, der sich bei steigender Geländehöhe (35) im Bereich von 1.200 m Höhe auf ca. 850 mbar reduziert. Während der vorgenannten Experimente wurde eine hochmoderne Vakuumpumpe mit bis zu 98 Prozent Fein- Vakuum erfolgreich eingesetzt, so dass 8,50 m Saughöhe (26) auch in höheren Regionen kein Problem darstellen und in tieferen Regionen in Bezug zum Meeresniveau auch eine größere Saughöhe als 8,50 m (26) realisierbar wäre.When planning the above hydropower plants, the performance of the vacuum pumps (9) is directly related to the geographical location and thus to the terrain height (35). This means that at sea level the prevailing air pressure is around 1 bar, which is reduced to around 850 mbar with increasing terrain altitude (35) in the area of 1,200 m. During the aforementioned experiments, a state-of-the-art vacuum pump with up to 98 percent fine vacuum was successfully used, so that a suction height of 8.50 m (26) is also possible in higher Regions do not pose a problem and a suction height greater than 8.50 m (26) could be achieved in deeper regions in relation to sea level.

Die Wasserstände der Anlagen vom Typ 2.2 bis Typ 5.2 werden je nach Verdunstungsgrad mit 2-stufigen Wasserstands-Pegel-Sensoren (32) - Minimal / Maximal - an den 2 festgelegten Wasserspiegeln (31) & (18) überwacht und automatisch über die folgenden Einspeisevarianten am Einspeisepunkt (33): Grundwasserförderung, Vorratsbehälter, Wasserleitung, oder Wasseraufbereitungsanlage konstant gehalten. The water levels of the systems of type 2.2 to type 5.2 are monitored depending on the degree of evaporation with 2-stage water level sensors (32) - minimum / maximum - at the 2 specified water levels (31) & (18) and automatically via the following feed-in variants At the feed point (33): groundwater pumping, storage tank, water pipe, or water treatment system kept constant.

Anlagen vom Typ 2.2 bis 5.2 sind nach dem Prinzip der weißen Wanne für die Ewigkeit konzipiert, so dass aufgrund der permanent gleichen Betriebs- und Trinkwasserbedingungen im Wesentlichen nur die Lager und andere rotierende Bauteile turnusmäßig gewartet und Verschleißteile alle 20 Jahre vorsorglich ausgetauscht werden sollten. Systems of type 2.2 to 5.2 are designed for eternity according to the principle of the white tank, so that, due to the constant operating and drinking water conditions, essentially only the bearings and other rotating components should be regularly serviced and wear parts should be replaced every 20 years as a precaution.

Die Unterbecken (1) und Oberbecken (2) der Anlagen vom Typ 2.2 bis Typ 4.2 können in einer Vielzahl von Bauformen realisiert werden und können z.B. rund, eckig, ringförmig oder polygonal, bevorzugt quadratisch, hexagonal oder oktagonal ausgebildet sein. Es können pro Becken mehr als eine Heberleitung (3) und/oder mehr als eine Pumpe (12) oder (36) vorhanden sein. Bevorzugt sind 1 - 10, besonders bevorzugt 1 - 3, Heberleitungen und/oder bevorzugt 1 - 100, besonders bevorzugt 1 - 54, ganz besonders bevorzugt 1, 16 oder 54 Pumpen (12) oder (36) pro Anlage vorhanden. The lower basins (1) and upper basins (2) of the systems of type 2.2 to type 4.2 can be realized in a variety of designs and can, for example, be round, angular, ring-shaped or polygonal, preferably square, hexagonal or octagonal. There can be more than one siphon line (3) and / or more than one pump (12) or (36) per basin. Preferably 1 to 10, particularly preferably 1 to 3, siphon lines and / or preferably 1 to 100, particularly preferably 1 to 54, very particularly preferably 1, 16 or 54 pumps (12) or (36) are present per system.

In einer bevorzugten Ausführungsform (Typ 2.2) enthält die Anlage die folgenden Komponenten: (i) geeignet ausgeformte Unterbecken (1) und Oberbecken (2), (ii) eine Heberleitung (3) mit Vakuumpumpe (9), Turbine (10), Absperrschieber (13), Saugrohr (25), Getriebe (23) und Generator (11), (iii) eine Pumpe (12). In a preferred embodiment (type 2.2) the system contains the following components: (i) suitably shaped lower basins (1) and upper basins (2), (ii) a siphon line (3) with vacuum pump (9), turbine (10), gate valve (13), suction pipe (25), gear (23) and generator (11), (iii) a pump (12).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (Typ 3.2) enthält die Anlage die folgenden Komponenten: (i) direkt übereinander angeordnete und hexagonal ausgeformte Unterbecken (1) und Oberbecken (2), wobei das Unterbecken (1) wegen der erforderlichen Luftzufuhr (24) einen geringfügig größeren Grundriss als das Oberbecken (2) aufweist, (ii) eine Heberleitung (3) mit Vakuumpumpe (9), Turbine (10), Absperrschieber (13), Saugrohr (25), Getriebe (23) und Generator (11), (iii) 54 Pumpen (12). In a further preferred embodiment (type 3.2), the system contains the following components: (i) hexagonally shaped lower basins (1) and upper basins (2) arranged directly one above the other, with the lower basin (1) having a slight effect due to the required air supply (24) has a larger floor plan than the upper basin (2), (ii) a siphon line (3) with vacuum pump (9), Turbine (10), gate valve (13), suction pipe (25), gear (23) and generator (11), (iii) 54 pumps (12).

In einerweiteren bevorzugten Ausführungsform (Typ 4.2) enthält die Anlage die folgenden Komponenten: (i) direkt übereinander angeordnete und hexagonal ausgeformte Unterbecken (1) und Oberbecken (2), wobei das Unterbecken (1) wegen der erforderlichen Luftzufuhr (24) einen geringfügig größeren Grundriss als das Oberbecken (2) aufweist, (ii) drei Heberleitungen (3) mit je einer Vakuumpumpe (9), Turbine (10), Absperrschieber (13), Saugrohr (25), Getriebe (23) und Generator (11), (iii) 54 Pumpen (12). In a further preferred embodiment (type 4.2) the system contains the following components: (i) hexagonally shaped lower basins (1) and upper basins (2) arranged directly one above the other, the lower basin (1) being a slightly larger one because of the required air supply (24) Floor plan as the upper basin (2), (ii) three siphon lines (3) each with a vacuum pump (9), turbine (10), gate valve (13), suction pipe (25), gear (23) and generator (11), (iii) 54 pumps (12).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mindestens zwei der erfindungsgemäßen Anlagen in einer Baugruppe zusammengefasst. Die pro Baugruppe mögliche Anzahl der Anlagen ist nach oben im Prinzip unbegrenzt. Bevorzugt beträgt die Anzahl der Anlagen pro Baugruppe zwischen 2 und 100, besonders bevorzugt sind 16 der vorgenannten Anlagen des Typs 4.2 in einer Baugruppe zusammengefasst (siehe Figur 4/10). In a further preferred embodiment, at least two of the systems according to the invention are combined in one assembly. The number of systems possible per assembly is in principle unlimited. The number of systems per assembly is preferably between 2 and 100, particularly preferably 16 of the aforementioned systems of type 4.2 are combined in one assembly (see FIG. 4/10).

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform (Typ 5.2; Figur 8/10) ist besonders platzsparend ausgebildet und folgendermaßen konstruiert: Bezogen auf die geplanten Einsatzmöglichkeiten des Typs 5.2 mit einer Befestigung an Gebäudefassaden jeglicher Art, wurde der Anlagentyp 5.2 sehr schlank konstruiert. Das Oberbecken ist röhrenförmig ausgebildet und passt sich an die Gebäudefassade an. Die gesamte Technikeinheit einschließlich Unterbecken sind unterirdisch angeordnet. Somit kann der Typ 5.2 auch in Wohngebieten - nicht störend - zum Einsatz kommen. Der Vorteil der Anlage besteht darin, dass die Pumpen (36), aber auch die Pumpen (12) der Anlagen 2.2 bis 4.2, unter Wasser relativ geräuschlos arbeiten und die Getriebe (23) sowie die Generatoren (11) weitgehend gekapselt werden können. Another preferred embodiment (type 5.2; Figure 8/10) is designed to be particularly space-saving and is constructed as follows: In relation to the planned possible uses of type 5.2 with attachment to building facades of any kind, system type 5.2 has a very slim design. The upper basin is tubular and adapts to the building facade. The entire technical unit, including the basin, is located underground. This means that type 5.2 can also be used in residential areas - not in a disruptive manner. The advantage of the system is that the pumps (36), but also the pumps (12) of the systems 2.2 to 4.2, operate relatively noiselessly under water and the gears (23) and the generators (11) can be largely encapsulated.

Nach der eingesetzten Leistung bzw. Anzahl der Pumpen (12) oder (36) richtet sich die Dimension der Heberleitung, so dass mit einer leistungsfähigeren TurbineThe size of the siphon line depends on the power used or the number of pumps (12) or (36), so that with a more powerful turbine

(10) und dem entsprechenden Generator (11) ein höherer Energiegewinn erwirtschaftet werden kann. Die zweite Möglichkeit besteht darin, eine größere Fallhöhe durch eine Baugrube odereine Erhöhung der Anlage vorzunehmen, die bei der gleichen Anzahl von Aggregaten und einem dadurch höheren Eigenstromverbrauch der Pumpen, aber dennoch einen höheren Energiegewinn bereitstellen wird. Diese Variante bleibt den Gegenden Vorbehalten die über einen entsprechenden Baugrund verfügen oder für Anlagen mit einer größeren Höhe über Baugrund, die in Industriehallen oder entsprechend des Bebauungsplans in Gewerbe- oder Industriegebieten eine Erhöhung ermöglichen bzw. zulassen. Bei einer Erhöhung der Anlagen sind außerdem die Randbedingungen zur Leistungsstarke der Pumpen nach den Abschnitten 4a) oder 4b) dieser Anmeldung zu überprüfen. (10) and the corresponding generator (11) a higher energy gain can be earned. The second possibility is to undertake a greater height of fall through a construction pit or an elevation of the system, which with the same number of units and a consequent higher internal power consumption of the pumps, but still provides a higher energy gain. This variant is reserved for the areas that have a corresponding building site or for systems with a greater height above the building site that allow or allow an increase in industrial halls or according to the development plan in commercial or industrial areas. If the systems are increased, the boundary conditions for the performance of the pumps according to Sections 4a) or 4b) of this application must also be checked.

Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen autarken Wasserkraftanlage, welches die folgenden Schritte umfasst: The present invention also relates to a method for operating the self-sufficient hydropower plant according to the invention, which comprises the following steps:

Schließen des Absperrschiebers (13); Closing the gate valve (13);

Entlüftung der Heberleitung (3) und deren Auffüllung mit Wasser entweder durch Vent the siphon line (3) and fill it with water either through

(i) reine Vakuumentlüftung der Heberleitung (3) oder (i) pure vacuum ventilation of the siphon line (3) or

(ii) Wasserzufluss zum Abfluss-Heberabschnitt (6) mittels Kreiselpumpe (14) gefolgt von Vakuumentlüftung; (ii) water inflow to the drain siphon section (6) by means of a centrifugal pump (14) followed by vacuum venting;

Steuerung der Entlüftung der Heberleitung (3) per Signal über Sensor (15) und Management; Control of the venting of the siphon line (3) by signal via sensor (15) and management;

Öffnen des Absperrschiebers (13) nach der Entlüftung der Heberleitung (3) per Signal von Schwimmer (16) oder per Wasserpegelschalter (16); und Einschalten und stetige und synchrone Erhöhung der Leistung von Pumpen (12) bzw. (36) bis zum Leistungs-Maximum. eistungssteigerung der Strahlkraft Opening the gate valve (13) after venting the siphon line (3) by signal from float (16) or by water level switch (16); and switching on and continuous and synchronous increase in the output of pumps (12) or (36) up to the maximum output. increase in radiance

Vorzugsweise wird die Turbine (10) nicht, wie in der Wasserkraft üblich, überThe turbine (10) is preferably not, as is customary in water power, over

Nadeldüsen sondern über die viel effizienteren Flachstrahldüsen (42) angetrieben.Needle nozzles but driven by the much more efficient flat jet nozzles (42).

Diese Betriebsweise wird insbesondere im Anlagentyp 5.2 (Figur 8/10) vorteilhaft eingesetzt. In zahlreichen Experimenten konnte der Erfinder mittels Messgerät (37) und einem Kraftsensor (38) nachweisen, dass die Flachstrahldüse (Graph (40)) gegenüber der weltweit und ausnahmslos in der Wasserkraft eingesetztenThis mode of operation is particularly advantageous in system type 5.2 (Figure 8/10). In numerous experiments, the inventor was able to use a measuring device (37) and a force sensor (38) to prove that the flat jet nozzle (graph (40)) is used worldwide and without exception in hydropower

Nadeldüse (Graph (39)), eine zwischen 25 % und 30 % höhere Strahlkraft bzw.Needle nozzle (graph (39)), a between 25% and 30% higher jet force resp.

Aufprallkraft erzeugen kann (siehe Figur 9/10). Flachstrahldüsen (auch Fächerdüsen genannt) sind Düsen, welche für sämtliche Reinigungsprozesse und zum Beispiel in der Stahlindustrie, der Papierindustrie und in derCan generate impact force (see Figure 9/10). Flat jet nozzles (also called fan nozzles) are nozzles that are used for all cleaning processes and, for example, in the steel industry, the paper industry and in the

Oberflächentechnik zum Einsatz kommen. Eine Flachstrahldüse erzeugt einen intensiven und gleichmäßigen Wasserstahl und ist unempfindlich gegenüberSurface technology are used. A flat jet nozzle generates an intense and even jet of water and is insensitive to it

Druckschwankungen. Durch die Geometrie der Austrittsöffnung der Flachstrahldüse (42) entsteht ein flacher und fächerartiger Sprühstrahl mit gleichmäßigerPressure fluctuations. The geometry of the outlet opening of the flat jet nozzle (42) creates a flat and fan-like spray jet with a uniformity

Flüssigkeits- und Druckverteilung, der in voller Breite auf die Turbinenschaufel (41 ), die ein zur Breite des Sprühstrahls passendes Maß hat, auftrifft (siehe z.B. Der Zufluss der Turbine (10)

Figure imgf000017_0001
kann eine oder mehrere Flachstrahldüsen (42) enthalten. Vorzugsweise enthält jeder Turbinen-Zufluss eine Flachstrahldüse (42). Vorzugsweise sind Breite desLiquid and pressure distribution, which hits the turbine blade (41) in full width, which has a dimension suitable for the width of the spray jet (see e.g. the inflow of the turbine (10)
Figure imgf000017_0001
may contain one or more flat jet nozzles (42). Each turbine inlet preferably contains a flat jet nozzle (42). Preferably the width of the

Sprühstrahls der Flachstrahldüse (42) und Breite der Turbinenschaufel (41) identisch, wie in Figur 10/10, rechtes Bild, schematisch angedeutet. Das Blatt derThe spray jet of the flat jet nozzle (42) and the width of the turbine blade (41) are identical, as indicated schematically in FIG. 10/10, right picture. The sheet of

Turbinenschaufel (41) ist typischerweise gekrümmt und ist darüber hinaus durch eine scharfe Kante, die so genannte Mittelschneide (44), in zwei annähernd halbkugelförmige Halbschaufeln geteilt. In der Mitte der Schneide trifft derThe turbine blade (41) is typically curved and is also divided into two approximately hemispherical half-blades by a sharp edge, the so-called central cutting edge (44). The meets in the middle of the cutting edge

Wasserstrahl aus den Düsen tangential auf. Die Mittelschneide (44) hat dieWater jet from the nozzles tangentially. The central cutting edge (44) has the

Funktion, das Wasser in die entgegengesetzte Richtung umzulenken, damit die kinetische Energie nach dem Prinzip von Actio und Reactio an das Laufrad abgegeben werden kann. Damit wird eine ideale Gewichtsverteilung des Wassers von außen nach innen erzielt, wodurch die Fliehkräfte aus der Rotation der TurbineFunction to divert the water in the opposite direction so that the kinetic energy can be transferred to the impeller according to the principle of action and reaction. This achieves an ideal weight distribution of the water from the outside in, which reduces the centrifugal forces from the rotation of the turbine

(10) zur Leistungssteigerung genutzt werden können. Die Größe der Mittelscheide(10) can be used to increase performance. The size of the middle sheath

(44) richtet sich nach dem Krümmungswinkel der Turbinenschaufel (41), wobei die Höhe der Mittelschneide typischerweise zwischen 40 und 60 % der Schaufelbreite entspricht. Die beiden Umlenkwinkel der Mittelschneide sind tangential dem Sprühstrahl anzupassen. An mindestens einem der beiden lateralen Enden der Turbinenschaufel (41 ) kann diese außerdem eine ausgeformte Begrenzung (45) zur Umlenkung der auf der Schaufel strömenden Wassermenge enthalten. Im Falle deren Vorhandenseins ist eine solche Begrenzung (45) vorzugsweise an beiden lateralen Enden der Turbinenschaufel (41) angebracht (siehe schematische Darstellung der Begrenzung (45) in Figur 10/10). Die Begrenzung (45) kann vorteilhaft die Form einer Peltonschaufel (https://de.wikipedia.org/wiki/Pelton- Turbine) haben. Es sind jedoch auch andere Ausformungen möglich. Üblicherweise nimmt eine der Begrenzungen (45) etwa 1 - 20 % der Breite des gesamten Schaufelblattes ein, vorzugsweise 2 - 10 %. Weiterhin ist die Höhe der Mittelschneide (44) typischerweise kleiner oder gleich der Dimension der Begrenzung (45). Zusammenfassend ergibt sich über die Flachstrahldüse (42) eine deutlich höhere Strahlkraft der ankommenden Wassermenge (43) gegenüber einer Nadeldüse. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Aufprallkraft des Wassers auf eine identisch große Aufprallfläche der Turbinenblätter (41) wirken kann und keine unberührten Flächen die Effizienz der Turbine negativ beeinträchtigen. (44) depends on the angle of curvature of the turbine blade (41), the The height of the central cutting edge typically corresponds to between 40 and 60% of the blade width. The two deflection angles of the central cutting edge are to be adapted tangentially to the spray jet. At at least one of the two lateral ends of the turbine blade (41), the latter can also contain a shaped delimitation (45) for deflecting the amount of water flowing on the blade. If it is present, such a delimitation (45) is preferably attached to both lateral ends of the turbine blade (41) (see schematic illustration of delimitation (45) in FIG. 10/10). The limitation (45) can advantageously have the shape of a Pelton bucket (https://de.wikipedia.org/wiki/Pelton- turbine). However, other shapes are also possible. Usually one of the boundaries (45) takes up about 1-20% of the width of the entire airfoil, preferably 2-10%. Furthermore, the height of the central cutting edge (44) is typically less than or equal to the dimension of the boundary (45). In summary, the flat jet nozzle (42) results in a significantly higher jet force for the incoming amount of water (43) compared to a needle nozzle. This is particularly true when the impact force of the water can act on an identical large impact surface of the turbine blades (41) and no untouched surfaces adversely affect the efficiency of the turbine.

Claims

Patentansprüche Claims 1. Autarke Wasserkraftanlage zur Energiegewinnung, dadurch gekennzeichnet, dass sie die folgenden Komponenten enthält: 1. Self-sufficient hydropower plant for energy generation, characterized in that it contains the following components: Mindestens ein Unterbecken (1) für Wasser, At least one lower basin (1) for water, (ii) mindestens ein Oberbecken (2) für Wasser, (ii) at least one upper basin (2) for water, (iii) mindestens eine Heberleitung (3) zwischen Unterbecken (1) und Oberbecken (2), wobei die Heberleitung (3) einen Zufluss-Heberleitungsabschnitt (4), einen zu diesem gehörigen Zufluss-Stutzen (5), einen Abfluss-Heberabschnitt (6), einen zu diesem gehörigen Abfluss-Stutzen (7), und einen Verbindungsabschnitt (8) zwischen Zufluss- und Abfluss-Heberleitungsabschnitt, (iii) at least one siphon line (3) between the lower basin (1) and the upper basin (2), the siphon line (3) having an inflow siphon line section (4), an inflow nozzle (5) belonging to this, an outflow siphon section ( 6), a drainage nozzle (7) belonging to this, and a connecting section (8) between the inflow and outflow siphon line section, (iv) mindestens eine Vakuumpumpe (9) im Verbindungsabschnitt (8), (iv) at least one vacuum pump (9) in the connecting section (8), (v) mindestens eine Turbine (10), wobei der Zufluss der Turbine mit Abfluss-Stutzen (7) verbunden ist, der Abfluss der Turbine ins Unterbecken (1) erfolgt, die Turbine mit einem Generator (11) und mit einem Getriebe (23) verbunden ist und mindestens eine Turbinenschaufel (41) mit mindestens einer Mittelschneide (44) enthält, (v) at least one turbine (10), the inflow of the turbine being connected to an outflow nozzle (7), the outflow of the turbine into the lower basin (1), the turbine with a generator (11) and a gearbox (23 ) is connected and contains at least one turbine blade (41) with at least one central cutting edge (44), (vi) mindestens eine Propellerpumpe (12) oder mindestens eine Kreiselpumpe (36) zur Rückführung von Wasser von Unterbecken (1) zu Oberbecken (2), und (vi) at least one propeller pump (12) or at least one centrifugal pump (36) for returning water from the lower basin (1) to the upper basin (2), and (vii) mindestens einen im Unterbecken (1) angeordneten und der Turbine (10) nachgelagerten Absperrschieber (13) mit nachgelagertem Saugrohr (25). (Vii) at least one gate valve (13) with a downstream suction pipe (25) arranged in the lower basin (1) and downstream of the turbine (10). 2. Autarke Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine Kreiselpumpe (14) zur Förderung von Wasser aus Unterbecken (1) in Abfluss-Heberabschnitt (6) enthält. 2. Autonomous hydropower plant according to claim 1, characterized in that it additionally contains a centrifugal pump (14) for pumping water from the lower basin (1) in the drain siphon section (6). 3. Autarke Wasserkraftanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie 54 Propellerpumpen (12) oder mindestens 1 Kreiselpumpe (36) enthält. 3. Self-sufficient hydropower plant according to claim 1 or 2, characterized in that it contains 54 propeller pumps (12) or at least 1 centrifugal pump (36). 4. Autarke Wasserkraftanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fallhöhe (20) zwischen Oberkante des Verbindungsabschnitts (8) und Wasserspiegel (18) mindestens 9,00 m beträgt. 4. Self-sufficient hydropower plant according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the height of fall (20) between the upper edge of the connecting section (8) and water level (18) is at least 9.00 m. 5. Autarke Wasserkraftanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass 5. Autonomous hydropower plant according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that Unterbecken (1) und/oder Oberbecken (2) ringförmig oder polygonal, bevorzugt oktagonal und hexagonal ausgebildet sind; die Turbine (10) entsprechend der Anzahl Pumpe(n) (12) oder (36) größer oder kleiner ausgebildet wird; und der Wasserzufluss zu Turbine (10) oder Pumpe(n) (12) oder Pumpe(n) (36) entsprechend der Beckengrößen der Anlage von unten, oben oder auch seitlich erfolgt. Lower basin (1) and / or upper basin (2) are annular or polygonal, preferably octagonal and hexagonal; the turbine (10) is made larger or smaller according to the number of pump (s) (12) or (36); and the water inflow to the turbine (10) or pump (s) (12) or pump (s) (36) takes place from below, above or also from the side, depending on the size of the tank. 6. Autarke Wasserkraftanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass 6. Autonomous hydropower plant according to one or more of claims 1-5, characterized in that Absperrschieber (13) von einem Management gesteuert wird. Gate valve (13) is controlled by a management. 7. Autarke Wasserkraftanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass 7. Autonomous hydropower plant according to one or more of claims 1-6, characterized in that Absperrschieber (13) den Start der Entlüftung von Heberleitung (3) mittels Vakuumpumpe(n) (9), das synchrone Wirken von Heberleitung (3) und Pumpen (9) und (12), oder (9) und (36), den Betrieb der Anlage bei einem Pumpenausfall, den Wasserstrom sowie das Herunterfahren der Anlage steuert bzw. regelt. Gate valve (13) the start of venting of siphon line (3) by means of vacuum pump (s) (9), the synchronous operation of siphon line (3) and pumps (9) and (12), or (9) and (36), the Operation of the system in the event of a pump failure, controls or regulates the water flow and shutdown of the system. 8. Autarke Wasserkraftanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (26) des Zufluss-Heberabschnitts (4) oberhalb des Wasserspiegels (31) mindestens 8,50 m beträgt. 8. Self-sufficient hydropower plant according to one or more of claims 1-7, characterized in that the length (26) of the inflow siphon section (4) above the water level (31) is at least 8.50 m. 9. Autarke Wasserkraftanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (34) des Zufluss-Heberabschnitts (4) unter dem Wasserspiegel (31) 50 - 98%, bevorzugt 75 - 95 % der dort herrschenden Wassertiefe beträgt. 9. Autonomous hydropower plant according to one or more of claims 1-8, characterized in that the length (34) of the inflow siphon section (4) below the water level (31) 50-98%, preferably 75-95% of the water depth prevailing there amounts to. 10. Autarke Wasserkraftanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstand (31) des Oberbeckens (2) und der Wasserstand (18) des Unterbeckens (1) von Minimal - Maximal - Wasserstands-Pegel-Sensoren (32) überwacht und über die Einspeisevarianten am Einspeisepunkt (33): Grundwasserförderung, Vorratsbehälter, Wasserleitung oder Wasseraufbereitungsanlage konstant gehalten werden. 10. Self-sufficient hydropower plant according to one or more of claims 1 - 9, characterized in that the water level (31) of the upper basin (2) and the water level (18) of the lower basin (1) of minimum - maximum - water level sensors ( 32) monitored and kept constant via the feed variants at the feed point (33): groundwater pumping, storage tank, water pipe or water treatment system. 11. Autarke Wasserkraftanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberbecken röhrenförmig ausgebildet ist und eine Kreiselpumpe (36) zur Rückführung von Wasser von Unterbecken (1) zu Oberbecken (2) eingesetzt wird. 11. Self-sufficient hydropower plant according to one or more of claims 1 - 10, characterized in that the upper basin is tubular and a centrifugal pump (36) is used to return water from the lower basin (1) to the upper basin (2). 12. Autarke Wasserkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Anlagen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10 in einer Baugruppe zusammengefasst sind. 12. Self-sufficient hydropower plant, characterized in that at least two plants according to one or more of claims 1 to 10 are combined in one assembly. 13. Autarke Wasserkraftanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Baugruppe 16 Anlagen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4 enthält. 13. Self-sufficient hydropower plant according to claim 12, characterized in that the assembly contains 16 systems according to one or more of claims 1 to 4. 14. Autarke Wasserkraftanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Anlagen je eine Komponente (i) und (ii), je drei Komponenten (iii), (iv), (v) und (vii) und je 54 Komponenten (vi) enthält. 14. Autonomous hydropower plant according to claim 13, characterized in that each of the plants has one component (i) and (ii), three components (iii), (iv), (v) and (vii) and 54 components each (vi ) contains. 15. Autarke Wasserkraftanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufluss von Turbine (10) als mindestens eine Flachstrahldüse (42) ausgestaltet ist. 15. Autonomous hydropower plant according to one or more of claims 1-14, characterized in that the inflow from the turbine (10) is designed as at least one flat jet nozzle (42). 16. Autarke Wasserkraftanlage Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Sprühstrahls der mindestens einen Flachstrahldüse (42) identisch ist zur Breite der mindestens einen Turbinenschaufel (41). 16. Self-sufficient hydropower plant according to claim 15, characterized in that the width of the spray jet of the at least one flat jet nozzle (42) is identical to the width of the at least one turbine blade (41). 17. Autarke Wasserkraftanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der beiden lateralen Enden der Turbinenschaufel (41) eine ausgeformte Begrenzung (45) zur Umlenkung der auf der Schaufel strömenden Wassermenge enthält. 17. Autonomous hydropower plant according to one or more of claims 15 or 16, characterized in that at least one of the two lateral ends of the turbine blade (41) contains a shaped boundary (45) for deflecting the amount of water flowing on the blade. 18. Verfahren zum Betrieb einer autarken Wasserkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 - 17, umfassend die folgenden Schritte: 18. A method for operating a self-sufficient hydropower plant according to any one of claims 1 to 17, comprising the following steps: (a) Schließen des Absperrschiebers (13); (a) closing the gate valve (13); (b) Entlüftung der Heberleitung (3) und deren Auffüllung mit Wasser entweder durch(b) Vent the siphon line (3) and fill it with water either through (i) reine Vakuumentlüftung der Heberleitung (3) oder (i) pure vacuum ventilation of the siphon line (3) or (ii) Wasserzufluss zum Abfluss-Heberabschnitt (6) mittels Kreiselpumpe (14) gefolgt von Vakuumentlüftung; wobei Entlüftung der Heberleitung (3) per Signal über Sensor (15) und Management gesteuert wird; (ii) water inflow to the drain siphon section (6) by means of a centrifugal pump (14) followed by vacuum venting; wherein venting of the siphon line (3) is controlled by a signal via sensor (15) and management; (c) Öffnen des Absperrschiebers (13) per Schwimmer (16) oder Wasserpegelschalter (16); und (c) opening the gate valve (13) by means of a float (16) or water level switch (16); and (d) Inbetriebnahme und stetige und synchrone Erhöhung der Leistung der Pumpen (12) bzw. (36) bis zum Leistungs-Maximum. (d) Commissioning and constant and synchronous increase in the output of the pumps (12) or (36) up to the maximum output.
PCT/DE2020/100762 2019-09-06 2020-08-27 Energy generation using self-sufficient hydropower plants Ceased WO2021043371A1 (en)

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