Die Erfindung betrifft eine Einrichtung, die aus einem Grund-Energiepotenzialsystem, bestehend aus einer Energieträgerart, z.B. Flüssigkeit, und einem Ergänzungs- Energiepotenzialsystem, bestehend aus einer anderen Energieträgerart, z.B. Gas, gebildet wird. Beide Energiepotenzialsysteme bestehen jeweils aus einem Energiepotenzial mit höherer und einem Energiepotenzial mit niedrigerer Potenzialenergie. Daraus können zwei energieträgerspezifische Differenz- Energiepotenziale gebildet und deren Wirkungen so harmonisiert werden, dass oberhalb des höheren Energiepotenzials des Grund-Energiepotenzialsystems ein gleichartiges energieträgerspezifisches Energiepotenzial wirksam wird, welches teilweise oder ganz in kinetische Energie umgewandelt werden kann.

Eine praktische Ausführungsform wird folgend am Beispiel eines hydrostatischen Energiepotenzials als Grund- Energiepotenzialsystem mit dem Energieträger Wasser und einer statisch wirkenden Pneumatik als Ergänzungs- Energiepotenzialsystem mit dem Energieträger Luft beschrieben. Die maximale Höhe des hydraulischen Energiepotenzials kann das Maß des Luftdruck- Flüssigkeits- Aquivalents – mit Wasser z.B. in der Größenordnung von 10 m – erreichen.

In der Technik wird der Höhenunterschied von natürlichen Gewässern und/oder künstlich angelegten Wasserreservoiren mit freien Wasseroberflächen verschiedenartig genutzt. Die Wasserversorgung mit Nutz- und Trinkwasser kann über Hochbehälter oder hoch gelegene Wasserbehälter erfolgen.

Springbrunnen können durch höher gelegene künstliche oder natürliche Wasservorräte betrieben werden. Außerdem sind sogenannte artesische Brunnen bekannt. In all diesen Fällen findet jegliche Energieumwandlung von hydrostatischer in hydrokinetische Energie nach dem Prinzip der kommunizierenden Gefäße unterhalb der zu Oberst gelegenen freien Wasseroberfläche statt. Mit dem bekannten hydraulischen Widder wird allerdings aus tiefer gelegener Lage Wasser auf höher gelegene Lage gehoben. Hierbei wird aber im umgekehrten Energieumwandlungsprozess, als dies erfindungsgemäß geschieht, kinetische Energie in Lageenergie umgewandelt. Beim Heronsbrunnen sprudelt eine Fontäne senkrecht nach oben. Als besonderes Merkmal und wesentlicher Unterschied zum Erfindungsgegenstand ist die Tatsache, dass sowohl die oberste Flüssigkeitsoberfläche des Heronsbrunnens als auch die Fontäne vom Luftdruck beaufschlagt sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es beispielsweise im Gravitationsfeld der Erde wirkende Energiepotenziale so zusammenzuführen, dass eine Energieumwandlung von potenzieller in kinetische Energie oberhalb der am höchsten gelegenen Lageenergie möglich wird.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die potenzielle Energie eines hydrostatisch wirkenden Systems, bestehend aus einem höher und einem niedriger angeordneten Flüssigkeitsbehälter mit freien Flüssigkeitsoberflächen, mit der potenziellen Energie eines statisch wirkenden pneumatischen Systems kombiniert wird. Das statisch wirkende pneumatische System besteht aus dem Luftdruck und einem Unterdruck der in einem Druckbehälter eingeschlossen wird. Die Kopplung des hydrostatischen mit dem pneumatischen System erfolgt mittels Steig- und Fallrohren, die aus dem Unterdruckbehälter herausführen und unter die Flüssigkeitsoberflächen der Flüssigkeitsbehälterfüllungen mit freien Flüssigkeitsoberflächen eintauchen. Die Funktion einer solchen Einrichtung ist gewährleistet, wenn das gesamte System einem Umgebungsdruck mit natürlichem Luftdruck ausgesetzt ist, aber auch, wenn der Umgebungsdruck in einem geschlossenen System größer oder kleiner als der natürliche Luftdruck ist.

Einrichtung zur Erzeugung zumindest eines hydrostatischen Potenzials in erhöhter Lage unter Verwendung von zwei unterschiedlichen hydrostatischen Potenzialen und zwei unterschiedlichen pneumatischen Potenzialen, wobei das zumindest eine hydrostatische Potenzial in erhöhter Lage ein höheres Niveau aufweist als das höhere der beiden unterschiedlichen hydrostatischen Potenziale. Somit ist es möglich oberhalb des oberen hydrostatischen Potenzials einen Flüssigkeitsüberlauf zu haben.

Es ist möglich, dass das eine hydrostatische Potenzial in erhöhter Lage zumindest teilweise in kinetische Energie umwandelbar ist, mit dem zusätzlichen Vorteil der Nutzung von kinetischer Energie an höher gelegener Stelle.

Als vorteilhaft erweist es sich, dass das eine pneumatische Potenzial, der Luftdruck der Umgebung ist, weil er allgegenwärtig und unaufhörlich wirkt.

Besonders günstig ist es, dass das andere pneumatische Potenzial niedriger als der Umgebungs- bzw. Luftdruck ist, weil die Kombination aus Luftdruck und Unterdruck einfach zu handhaben ist.

Aus dem günstigen Umstand, dass die hydrostatischen Potenziale von 2 Flüssigkeitsvorräten gebildet sind, deren Oberflächen mit dem Luftdruck in Verbindung stehen und deren Oberflächen eine Höhendifferenz aufweisen, resultiert die Möglichkeit die beiden hydrostatischen Potenziale leicht durch 2 unterschiedlich hoch angeordnete Flüssigkeitsbehälter zu errichten.

Dadurch, dass sich der Unterdruckraum mit dem eingeschlossenen Unterdruck oberhalb der oberen Flüssigkeitsoberfläche befindet, kann der visuelle Eindruck verstärkt werden. Eine zweite vorteilhafte Wirkung, welche diese Erfindung gleichzeitig vom Heronsbrunnen unterscheidet, besteht darin, dass die Fontäne als interne Systemeinheit, in einem vom Luftdruck hermetisch abgeschlossenen Raum, solange oberhalb der obersten Flüssigkeitsoberfläche kontinuierlich sprudelt, als Flüssigkeitsvorrat im oberen Behälter vorhanden ist.

Aus einer integrierten Bauweise resultiert ein vorteilhafter Aufbau, der darin besteht, dass eine Verbindung, die zwischen dem Unterdruckraum und dem unteren Flüssigkeitsbehälter als Fallrohr dient, dessen oberes Ende den Unterdruckraum bildet und mit dem unteren Ende in die Flüssigkeit des unteren Flüssigkeitsbehälters eintaucht, und aus einer zweiten Verbindung die als Steigrohr dient, dessen oberes offenes Ende sich im Unterdruckraum befindet und dessen unteres Ende in die Flüssigkeit im oberen Flüssigkeitsbehälter eintaucht, so dass sich durch den auf beide Flüssigkeitsoberflächen gemeinsam wirkenden Luftdruck, ein geschlossenes Funktionssystem mit einem wirkfähigen Energiepotenzial oberhalb der freien oberen Flüssigkeitsoberfläche ergibt. Daraus ergibt sich ein symmetrischer und kompakter Aufbau.

Durch eine aufgelöste Bauart wird es möglich, dass zwischen einem gemeinsamen Druckbehälter in dem sich ein Unterdruck befindet und dem unteren Flüssigkeitsbehälter, eine Verbindung zu legen, die als Fallrohr dient, dessen oberes Ende mit dem Druckbehälter hermetisch verbunden zum Unterdruckraum führt und mit dem unteren Ende in die Flüssigkeit des unteren Flüssigkeitsbehälters eintaucht, und aus einer zweiten Verbindung die als Steigrohr dient, dessen oberes offenes Ende in den Unterdruckraum hineinragt und dessen unteres Ende in die Flüssigkeit im oberen Flüssigkeitsbehälter eintaucht, so dass sich durch den auf beide Flüssigkeitsoberflächen gemeinsam wirkenden Luftdruck ein geschlossenes Funktionssystem mit einem wirkfähigen Energiepotenzial oberhalb der oberen freien Flüssigkeitsoberfläche ergibt, womit ein aufgeschlossener Aufbau erzielt werden kann.

Es wirkt sich optisch vorteilhaft aus, dass die kinetische Energie beispielsweise in Form einer Fontäne umwandelbar ist und zwar oberhalb der oberen freien Flüssigkeitsoberfläche.

Die Umwandlung von potenzieller in kinetische Energie oberhalb der oberen freien Flüssigkeitsoberfläche kann als vorteilhafte Wirkung in der Weise gezeigt werden, dass mit der Energie des Fontänenstrahls Wasserbzw. Turbinenräder in Bewegung gesetzt werden. Die kinetische Energie kann auf diese Weise sichtbar gemacht und wirkungsvoll eingesetzt werden.

In vorteilhafter Weise sind Formgestaltungen der Einrichtung derart möglich, dass die Flüssigkeitsoberflächen in konstanter oder annähernd konstanter Höhe, mit einer sich daraus ergebenden Höhendifferenz gehalten werden kann, so dass ein Dauerbetrieb eines wassergetriebenen Systems möglich wird.

Die Wahl der Auslegung für die Einrichtung kann so erfolgen, dass die Flüssigkeitsoberflächen nicht in konstanter Höhe gehalten werden, so dass die Fontäne gleich einer erlöschenden Kerzenflamme beim Leerlaufen des oberen Flüssigkeitsbehälters versiegt, womit ein Zeitablaufeffekt erzielbar ist.

Es wird vorgeschlagen, dass der visuelle Effekt durch äußere und/oder innere Lichtquellen ergänzt bzw. überlagert wird, wodurch zusätzliche optische Effekte erzielt werden können.

In vorteilhafter Weise kann die Gestaltung in der Form erfolgen, dass die den Unterdruckraum umgebende Wandung durchsichtig, durchscheinend, oder teils durchsichtig und teils durchscheinend, teils durchscheinend und teils undurchsichtig, oder teils durchsichtig und teils undurchsichtig ist, was optische Effekte ergibt, die durch unterschiedlich abgestufte Lichtdurchlässigkeiten und Einfärbungen erweitert und/oder verstärkt werden können.

Eine vorteilhafte Wirkung zur Luftbefeuchtung resultiert daraus, dass sich die Flüssigkeitsvorräte ständig in volumetrisch veränderlicher Bewegung befinden, wodurch die Grenzschicht zwischen Luft- und Wasser für die Luftbefeuchtung verstärkt durchlässig wird. Somit ergeben sich günstige Voraussetzungen für einen Duftlampeneffekt, wenn dem Wasser Duftöl beigemischt wird.

1 zeigt ein gegenständliches Gebilde des Erfindungsgegenstandes, welches eine Wasserstrahlkerze darstellt.

Zur Vermeidung einer Vielzahl von Figuren sind in 1 die Oberflächen (O₀/O₁ und O_FR/O_SR) für den Anfangszustand, vor dem Evakuierungsvorgang dargestellt. Die Fontäne (F) gibt es in diesem Anfangszustand noch nicht. Diese erreicht erst dann die dargestellte maximale Höhe h_Fmax, wenn der Endzustand der schon genannten Evakuierung erreicht ist. Dann befindet sich die Flüssigkeitsoberfläche (O_SR) im Steigrohr (SR) an der Kante (OR), der Düse (DV) und die Flüssigkeitsoberfläche (O_FR) im Fallrohr (FR) an der Marke (HES). Außerdem ist in 1 ein Hilfssystem, bestehend aus Pumpe (P), Ansaugschlauch (S₀) und Druckschlauch (S₁), gestrichelt eingezeichnet, mit welchem ein ständiger Wasserkreislauf zwischen Basisbehälter (B₀) und Hochbehälter (B₁) aufrecht erhalten werden kann.

2 veranschaulicht eine weitere mögliche Bauform der Erfindung. Bei dieser Bauform ist der obere Teil des Fallrohres (FR) zu einem Druckbehälter (DB) erweitert in den das Steigrohr (SR) hineinragt. Ansonsten ist einschließlich der Funktion alles identisch mit den Details der Wasserstrahlkerze in 1. Daher werden in 2 nur die Hauptgruppen mit Bezugszeichen beschriftet, alle anderen Bezugszeichen können sinngemäß übertragen werden.

3 zeigt eine mögliche abgewandelte Form der Wasserstrahlkerze, wie sie beispielsweise an einem Flussstauwehr mit angenähert konstanter Höhendifferenz (h_E) der Wasseroberflächen des Ober- und Unterlaufs, realisiert werden können. Dabei entspricht der Wasservorrat des Unterlaufs dem Wasservorrat (F_V0) des Basisbehälters (B₀) und der des Wasseroberlaufs dem Wasservorrat (F_V1) des Hochbehälters (B₁).

Eine praktische Realisierung wird in folgendem Beispiel beschrieben:

Die Wasserstrahlkerze besteht gemäß 1 aus dem Basisbehälter B₀, der bis zur Flüssigkeitsoberfläche O₀ mit Flüssigkeit, vorwiegend mit Wasser gefüllt wird. In das im Basisbehälter B₀ befindliche Wasser ragt das Fallrohr FR in die Tiefe, so dass zwischen der Fallrohrunterkante FRU und dem Boden B_B0 des Basisbehälters B₀ ein freier Durchflussquerschnitt Q₀ erhalten bleibt. Am Fallrohr FR ist oberhalb der Wasseroberfläche O₀ beispielsweise ein Hochbehälter B₁ angeordnet, der bis zu seiner Wasseroberfläche O₁ mit Wasser gefüllt wird. Somit ergibt sich eine potenzielle Energie mit der Höhe h_E = h₁ – h₀. Im Inneren des Fallrohres FR kann sich, z.B. in der Mitte, das

Steigrohr SR befinden, welches im unteren Bereich SRU, beispielsweise rechtwinklig abgebogen die Wandung des Fallrohres FR durchdringt und somit mit dem Innenraum des Hochbehälters B₁ verbunden ist. Bei dem in 1 dargestellten Falle befindet sich zweckmäßigerweise die Unterkante USR des Steigrohres SR möglichst in gleicher Höhe mit der Bodeninnenkante BI₁ des Hochbehälters 81. Das obere Ende des Steigrohres SR kann als düsenförmige Verengung DV den Austrittsquerschnitt des Steigrohres bilden. Der Innenraum des Fallrohres FR, der im unteren Bereich durch die Wasseroberfläche O_FR abgeschlossen wird, bildet den Unterdruckraum UR. Dieser wird im unteren Bereich des Steigrohres SR durch die Wasseroberfläche O_SR abgeschlossen. Der Flüssigkeitsstand mit der Oberfläche O_FR im Fallrohr FR kann bezüglich des Standes der Oberfläche O₀ im Basisbehälter B₀ verschiedene Höhen einnehmen. Zur Evakuierung des Unterdruckraumes UR kann beispielsweise ein nicht eingezeichnetes Evakuierungsventil verwendet werden, welches zweckmäßigerweise am oberen Ende des Fallrohres FR angebracht sein kann, oder ein nicht eingezeichneter Evakuierungsschlauch, der durch den Durchflussquerschnitt Q₀ in den Unterdruckraum UR eingeführt wird. Eine lösbare oder feste Fixierung des Fallrohres FR, an dem sich der Hochbehälter B₁ befinden kann, kann zum Basisbehälter B₀ hin auf verschiedene Arten erfolgen. Z.B. mittels nicht eingezeichneten Haltestegen oder mittels eines nicht eingezeichneten Sockelfußes, der mit dem Fallrohr FR, unter Berücksichtigung der Notwendigkeit eines freien Durchflussquerschnittes Q₀ verbunden ist, oder in sonst geeigneter Weise.

Eine Zusatzeinrichtung zur Aufrechterhaltung der Oberflächenhöhen h₀ und h₁ kann mittels einer Fremdenergie gespeisten Pumpe P erfolgen indem Flüssigkeit durch einen Schlauch S₀ aus dem Basisbehälter B₀ entnommen und mittels eines Schlauches S₁ in den Hochbehälter B₁ gepumpt wird. Die Konstanz von h₁ und h₀ kann dadurch erreicht werden, dass der Hochbehälter B₁ mit einem den Basisbehälter B₀ speisenden, nicht eingezeichneten Überlauf versehen ist. Außerdem könnte beispielsweise eine Konstanthaltung der Differenzhöhe h_E = h₁ – h₀ dadurch erreicht werden, dass mittels nicht eingezeichneter Schwimmerschalter eine von den Flüssigkeitsoberflächen O₀ oder O₁ vom Basis-bzw. Hochbehälter B₀/B₁ konstant gehalten wird.

Schritt 1: Basis- und Hochbehälter, B0 und B1, mit Flüssigkeit, vorwiegend mit Wasser befüllen.

Schritt 2: Mit beginnender Evakuierung des Unterdruckraumes UR steigen im Steigrohr SR und im Fallrohr FR Wassersäulen an, deren Oberflächen O_SR und O_FR zu jeder Evakuierungsphase um den Differenzbetrag h_E verschieden hoch sind.

Schritt 3: Wird die Evakuierung dann unterbrochen, wenn die Wassersäule im Steigrohr SR den oberen Rand OR der Düsenverengung DV erreicht hat, dann befindet sich die Oberfläche O_FR der Wassersäule im Fallrohr FR an der Marke HDS, weil h_DS = h_D ist.

Schritt 4: Wird nun die dosierte Evakuierung fortgesetzt, dann steigt die Wassersäule mit der Oberfläche O_FR im Fallrohr FR weiter an. Im Steigrohr SR ist ein weiteres Ansteigen nicht möglich, weil das Steigrohr SR am oberen Rand OR der Düse DV zu Ende ist. Folglich wird das Wasser mit zunehmender Evakuierung aus dem Steigrohr SR als zunehmend größer werdende Fontäne F, mit zunehmender Fontänenhöhe h_F austreten, die ihren Maximalwert h_Fmax <= h_E dann erreicht hat, wenn sich die Wassersäule mit der Oberfläche O_FR im Fallrohr FR an der Marke HES befindet, weil h_ES = h_E ist. Mit dem Erreichen der Marke HES in der Höhe h₀ + h_DS + h_ES wird die maximal mögliche hydrostatische Potenzialenergie h_E in die höchst mögliche hydrokinetische Energie h_Fmax umgewandelt.

Schritt 5: Das als Fontäne ausströmende Wasser fällt im Fallrohr FR auf die Oberfläche O_FR zurück und fließt durch das Fallrohr FR in den Basisbehälter B₀, in dem die Wasseroberfläche O₀ steigt und somit die Höhe h₀ zunimmt. Gleichzeitig wird das Wasser im Hochbehälter B₁ weniger, wodurch die Wasseroberfläche O₁ fällt und die Höhe h₁ abnimmt. Somit wird h_E und als abhängige Variable auch h_Fmax der Wasserfontäne F, gleich einer erlöschenden Kerzenflamme stetig kleiner, und versiegt schließlich ganz, wenn die Wasseroberfläche O₁ im Hochbehälter B₁ einen Mindeststand erreicht hat oder, wenn der Hochbehälter B₁ leer gelaufen ist.

hFmax

Maximale Fontänenhöhe

hD

Höhe der Flüssigkeitssäule im Steigrohr bezüglich

der Flüssigkeitsoberfläche (O1) im Hochbehälter (B1).

h1

Potenzialhöhe der Flüssigkeitsoberfläche (O1).

h0

Potenzialhöhe der Flüssigkeitsoberfläche (O0).

DV

Düse an der Oberseite des Steigrohres (SR).

FR

Fallrohr.

SR

Steigrohr.

O1

Flüssigkeitsoberfläche im Hochbehälter (B1).

Bl1

Bodeninnenkante des Hochbehälters (B1).

O0

Flüssigkeitsoberfläche im Basisbehälter (B0).

BB0

Bodeninnenkante des Basisbehälters (B0).

UD

Unterdruck im Unterdruckraum (UR).

OR

Oberer Rand der Düsenverengung (DV).

OSR

Oberfläche der Flüssigkeitssäule im Steigrohres (SR).

SRU

(Bogen) im unteren Bereich des Steigrohres (SR).

USR

Unterkante des Bogens am Steigrohr (SR).

OFR

Oberfläche der Flüssigkeitssäule im Fallrohr (FR).

LD

Umgebungs- bzw. Luftdruck.

UR

Unterdruckraum.

F

Fontäne.

HES

Marke am Fallrohr (FR) in der Höhe (h0 + hDS + hES)

hES

Äquivalente Höhe zu hE, welche das systembezogene

maximale hydrostatische Potenzial repräsentiert.

HDS

Marke am Fallrohr (FR) in der Höhe (h0 + hDS).

hDS

Äquivalente Höhe zu hD (s. dort).

FV1

Flüssigkeitsvorrat im Hochbehälter (B1).

Q0

Durchflussquerschnitt zwischen der Fallrohrunterkante

(FRU) und dem Boden des Basisbehälters (B0).

S1

Schlauch an der Fremdenergie gespeisten Pumpe (P).

P

Fremdenergie gespeiste Pumpe.

B1

Hochbehälter.

S0

Schlauch an der Fremdenergie gespeiste Pumpe (P).

FVO

Flüssigkeitsvorrat im Basisbehälter (B0).

FRU

Fallrohrunterkante.

B0

Basisbehälter (B0).

hE

Systembezogenes maximales hydrostatisches Potenzial

(hE = h1 – h0).

DB

Druckbehälter

hF

Variable Fontänenhöhe.