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DE102008038702A1 - Flow wall for use as tidal power station, for extracting energy from natural water body, has rotation bodies e.g. cylinders, connected with each other, and energy producing systems for using traction forces and movements of rotation bodies - Google Patents

Flow wall for use as tidal power station, for extracting energy from natural water body, has rotation bodies e.g. cylinders, connected with each other, and energy producing systems for using traction forces and movements of rotation bodies Download PDF

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DE102008038702A1
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DE
Germany
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flow wall
wall according
cylinder
flow
cylinders
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102008038702A
Other languages
German (de)
Inventor
Hans Erich Gunder
Heide Gunder
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Individual
Original Assignee
Individual
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    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
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    • F03B17/065—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having a cyclic movement relative to the rotor during its rotation
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    • F03B17/068—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having a cyclic movement relative to the rotor during its rotation the cyclic relative movement being positively coupled to the movement of rotation and a rotor of the endless-chain type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05B2240/00—Components
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Abstract

The wall has rotation bodies e.g. cylinders (1), connected with each other, where the cylinders are pulled transverse to flow of slow running liquid i.e. natural water body, by lifting forces produced during rotation of the rotation bodies. Energy producing systems use traction forces and movements of the rotation bodies, where the rotation bodies move bidirectionally in a circular path transverse to the flow of the slow running liquid. The rotation bodies are divided into a set of sections and are attached to force-transmitting traction systems by an intermediate layer.

Description

Stand der TechnikState of the art

Wasserkraft wird schon seit Urzeiten zum Antrieb von Maschinen ausgenutzt.Hydropower has been used since ancient times to drive machines.

Alle vorhandenen Anwendungsformen vom Wasserrad bis zu den verschiedenen Turbinenformen sind stationäre Maschinen, denen das Wasser zugeführt wird.All existing forms of application of the water wheel to the various Turbine shapes are stationary Machines to which the water is supplied.

Dabei wird versucht, den Energieinhalt durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Fallhöhe zu erhöhen. Für die verschiedenen Potentiale stehen dann angepaßte Turbinentypen zur Verfügung.there Trying to increase the energy content by increasing the flow rate or the fall height to increase. For the Different potentials are then matched turbine types available.

Anlagen, die mit großen Flächen kleine Energieinhalte ausnutzen, sind nur als Durchströmturbinen bekannt. Hierbei handelt es sich eigentlich um das gute alte Wasserrad wesentlich vergrößert und mit besseren Profilen.Attachments, those with big ones surfaces exploit small energy content, are only as Durchströmturbinen known. This is actually the good old waterwheel significantly enlarged and with better profiles.

Damit gibt es zur Zeit kaum oder keine Diskussionen um weitere oder andere Möglichkeiten der Energiegewinnung aus Wasserkraft. Dadurch sind die langsam fließenden Wassermassen, das größte einfach zugängliche Energiepotential der Erde, fast ungenutztIn order to There is currently little or no discussion about more or others options energy production from hydropower. As a result, the slowly flowing masses of water, the biggest easy accessible Energy potential of the earth, almost unused

Die im Patentanspruch 1 vorgeschlagene Strömungswand arbeitet auf einem völlig anderen physikalischen Prinzip und ist daher mit Wasserrädern oder Turbinen nicht zu vergleichen.The proposed in claim 1 flow wall works on a completely other physical principle and is therefore with water wheels or Not to compare turbines.

Bei der im Patentanspruch 1 beschriebenen Strömungswand aus rotierenden und wandernden Zylindern werden die Strömungseffekte genutzt, die als Magnuseffekt in der Physik seit 1853 bekannt sind.at the flow wall of rotating and described in claim 1 wandering cylinders are used the flow effects, which as Magnus effect in physics since 1853 are known.

Die theoretischen Grundlagen des Magnuseffektes sind in der Literatur vielfältig beschrieben.The Theoretical foundations of the Magnus effect are in the literature diverse described.

Praktische Meßreihen und damit Zahlenmaterial zur Dimensionierung sind veröffentlicht.practical test series and thus the sizing material has been published.

Als technische Anwendung im Leistungsbereich 1000 kW ist der Einsatz als Segel im Schiffsbau als sogenannter Flettnerrotor bekannt.When Technical application in the power range 1000 kW is the use known as a sail in shipbuilding as a so-called Flettnerrotor.

Aufgabetask

Grundlage der Aufgabe ist es, aus einer langsam fließenden natürlichen Strömung ohne ihre Veränderung und ohne ökologische Folgen Energie zu entnehmen.basis The task is to get out of a slow flowing natural flow without its change and without ecological Follow energy to take.

Die Energieentnahme soll vorher und im weiteren Fließverlauf der Strömung nicht erkennbar sein.The Energy extraction should not before and in the further flow of the flow be recognizable.

Das vorhandene Ökosystem soll nicht gestört werden.The existing ecosystem should not be disturbed become.

Lösungsolution

Um die angestrebte Aufgabe zu lösen, müssen 2 Ziele erfüllt werden.Around to achieve the desired task have to 2 goals fulfilled become.

Da die Strömungsgeschwindigkeit klein und der Energieinhalt von V2 abhängig ist, muß die Energieentnehme großflächig möglich sein.Since the flow rate is small and the energy content of V 2 depends, the Energieentnehme must be possible over a large area.

Da die Energieentnahme keine Auswirkungen auf Ökologie und Strömungszustand vor und hinter der Entnahme haben darf, kann sie nur fließoffen und ohne örtliche Veränderung oder bauliche Einschränkung erfolgen.There the extraction of energy has no effect on ecology and flow state Before and behind the removal may have, it can only be flowed and without local change or structural restriction respectively.

Zum Erreichen der vorstehenden Ziele wird die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebene Erfindung vorgeschlagen.To the Achieving the above objectives will be in the characterizing part of the patent claim 1 specified invention.

Statt mit Maschinenelementen, die direkt angetrieben werden wie Wasserräder oder Turbinen wird der Magnuseffekt als Sog auf wandernde Rotationskörper, d. h. Zylinder, zur Energieentnahme genutzt.Instead of with machine elements that are driven directly like water wheels or Turbines, the Magnus effect as a pull on moving bodies of revolution, d. H. Cylinder, used for energy extraction.

Vorteileadvantages

Wenn vorstehende Lösungsansätze eingehalten werden, ist das System in allen Bereichen mit langsamen Strömungen einsetzbar.If The above solutions are respected The system can be used in all areas with slow flows.

Die nächstliegende technische Möglichkeit ist Ebbe und Flut, aber auch bei sonstigen Meeresströmungen oder Flüssen ist das System einsetzbar.The nearest technical possibility is Ebb and flood, but also with other ocean currents or rivers the system can be used.

Aus ökologischer Sicht ist es jedem einschließenden und verändernden System, wie z. B. Staumauern überlegen, da es keine Änderungen in der Strömung und im Ökosystem gibt.From ecological Visibility is inclusive to everyone and changing System, such as B. Defensive dams, because there are no changes in the flow and in the ecosystem gives.

Dabei kann die optimale Energieausbeute pro Fläche und Durchsatzmenge durchaus ein untergeordnetes Kriterium sein. Wesentlicher ist die Einhaltung der ökologischen Anforderungen. Die örtliche Bandbreite der Anforderungen, z. B. als Fischdurchlaß vom Hering bis zum Wal, erfordert zwar die Kenntnis der Ansprüche, dDiese sind dann aber einfach zu erfüllen.there can the optimal energy yield per area and throughput quite be a child criterion. More important is the compliance the ecological Conditions. The local bandwidth the requirements, eg. B. as fish passage from herring to whale requires while the knowledge of the claims, But these are easy to fulfill.

Eintauchtiefe und Maschenweite sind in allen Größenordnungen zu verändern, wenn die optimale Ausnutzung der durchströmten Fläche ein untergeordnetes Kriterium ist.Immersion depth and mesh size are changing in all sizes, though the optimal utilization of the area through which flows is a subordinate criterion is.

Rotierende und langsam wandernde glattwandige runde Rohre, also Zylinder, sind im Hinblick auf Umweltveränderungen und Beschädigungen unstrittige Formen.rotating and slowly migrating smooth-walled round tubes, so cylinders are with regard to environmental changes and damage undisputed forms.

Von Vorteil ist z. B. auch bei der Ausnutzung von Ebbe und Flut, daß die Energieentnahme ganzjährig gleichmäßig, wenn auch gleichmäßig periodisch, möglich ist.From Advantage is z. B. also in the use of low tide and high tide, that the energy all year even if evenly periodically, possible is.

Ein weiterer Vorteil ist die einfache Regelung der Energieentnahmemenge durch Regelung der Rotationsgeschwindigkeit der Zylinder von Null bis zur maximalen Auslegung.One Another advantage is the simple control of the energy extraction quantity by controlling the rotational speed of the cylinders from zero up to the maximum dimension.

Da die gewonnene Energie als Bewegungsenergie in den Zugelementen zur Verfügung steht, ist die Umwandlung in andere Energieformen einfach, da vielfältige Technik für die verschiedenen Anwendungen vorhanden ist.There the energy gained as kinetic energy in the tension elements for disposal is, the conversion into other forms of energy is simple, because of a variety of technology for the different applications exists.

Wesentlichen Einfluß auf die Energieumformung wird die Möglichkeit des Abtransportes der Energie haben.essentially Influence on the energy transformation becomes the possibility have the removal of energy.

Betrachtet man einen vorteilhaften praktischen Einsatz, z. B. in Kombination mit Offshore Windkraftanlagen, so wäre eine periodische Grundlast vorhanden, die sich zudem sehr schnell in der Große regeln läßt.considered one advantageous practical use, for. B. in combination with offshore wind turbines, so would be a periodic base load present, which also regulate very quickly in the big leaves.

Erläuterung der Erfindung an AusführungsbeispielenExplanation of the invention of embodiments

Im Wesentlichen sind die Ausführungsbeispiele Prinzipdarstellungen, denn die zusammengeführten Teile sind in den Grundformen mit den unterschiedlichsten Materialien im Maschinenbau vorhanden und eingesetzt.in the Substantial are the embodiments Schematic representations, because the merged parts are in the basic forms available with the most diverse materials in mechanical engineering and used.

Fragen wie Süßwasser, Salzwasser, Strömungsgeschwindigkeit, Meerestiefe, Wandlänge, Zylinderabstand, Zylinderdurchmesser oder Maschenweite bestimmen Grundformen und Materialauswahl.ask like freshwater, Salt water, flow rate, Depth of the sea, wall length, Determine cylinder spacing, cylinder diameter or mesh size Basic shapes and material selection.

Nicht anders ist es bei den Zugelementen. Vom Seil, selbst hier unterschiedliches Material, bis zur Zahnradkette ist alles vorhanden und einsetzbar.Not It is different with the tension elements. From the rope, even here different Material, up to the gear chain, everything is available and usable.

Glattwandige Zylinder sind Voraussetzung, aber das Material spielt überhaupt keine Rolle, wenn es zur örtlichen Anforderung paßt. Natürlich kann eine besondere Beschichtung, z. B. Haifischhaut, kurzfristig die Strömungswerte optimieren und langfristig besser garantieren.smooth-walled Cylinders are a prerequisite, but the material plays at all no matter if it is local Requirement fits. Naturally can a special coating, for. B. sharkskin, short term the flow values optimize and better guarantee in the long term.

Das in Prinzipbildern dargestellte Grundsystem führt im Maschinenbau vorhandene Elemente zu einer neuen Funktion zusammen.The Basic system illustrated in basic diagrams leads to existing mechanical engineering Elements to a new function together.

Die physikalischen Voraussetzungen sind als Magnuseffekt seit 1853 bekannt. Die notwendigen Meßwerte wurden schon vor fast 100 Jahren in der Göttinger Versuchsanstalt ermittelt.The physical conditions are known as the Magnus effect since 1853. The necessary measured values were determined almost 100 years ago in the Göttingen research institute.

Die Einsatzmöglichkeiten unter dem Begriff ”langsam strömende Flüssigkeiten” sind sehr vielseitig. Hier sollen Ebbe und Flut als sicherlich ein Haupteinsatzgebiet zur Darstellung des Prinzips benutzt werden. Aber überall, wo eine solche Strömungswand etwa quer zur Strömung einsetzbar ist, kann sie genutzt werden.The applications under the term "slow flowing Fluids "are very versatile. Here are ebb and flow as certainly a main area of application used to represent the principle. But everywhere, where such a flow wall approximately across the flow can be used, it can be used.

Es zeigenIt demonstrate

Bild 1 die Komponenten, die zum Aufbau einer Strömungswand notwendig sind.image 1 the components that are necessary to build a flow wall.

Bild 2 die Strömungsverhältnisse und Kräfteverhältnisse, wie sie bei Änderung der Drehzahl entstehen.image 2 the flow conditions and balance of power, as they change the speed arise.

Bild 3 die Zylinder in der Wand und die erforderlichen Drehrichtungen.image 3 the cylinders in the wall and the required directions of rotation.

Bild 4 den prinzipiellen Aufbau einer Strömungswand mit Energiegewinnungssystemen mitten in der Wand und am Ende.image 4 the basic structure of a flow wall with energy recovery systems in the middle of the wall and at the end.

Bild 5 die Aufteilung der Wand in zwei Abschnitte und den Ausgleich der Zugkräfte bei entsprechender Drehrichtung der Zylinder.image 5 dividing the wall into two sections and balancing the tensile forces with appropriate direction of rotation of the cylinder.

Im Bild 1 sind die Komponenten zum grundsätzlichen Aufbau einer mehrstufigen Strömungswand dargestellt.in the Figure 1 shows the components for the basic structure of a multi-level system flow wall shown.

Das eigentliche Arbeitselement sind die glattwandigen Zylinder 1, deren Durchmesser 2 aus der Relation von effektiver Anströmgeschwindigkeit des Mediums zur Umfangsgeschwindigkeit der Zylinderwand bestimmt wird.The real work item is the smooth-walled cylinder 1 whose diameter 2 is determined from the relation of the effective flow velocity of the medium to the circumferential velocity of the cylinder wall.

Damit die Zylinder 1 senkrecht im Wasser stehen, sind im oberen Teil Auftriebskörper 3 notwendig. Zweckmäßigerweise sind auch in den unteren Zylindern 1 kleinere Auftriebskörper 4 angeordnet, um die senkrechte Lage zu stabilisieren und die Komponenten des Gesamtsystems zu entlasten bzw. zu tragen.So the cylinders 1 standing vertically in the water, are in the upper part buoyancy 3 necessary. Conveniently, are also in the lower cylinders 1 smaller buoyancy bodies 4 arranged to stabilize the vertical position and to relieve the components of the overall system or wear.

Der Auftriebskörper 3 im oberen Zylinder 1 mit wenig Wasserdruck könnte auch eine Kammer sein. Die Auftriebskörper 4 in den unteren Zylindern 1 sind günstiger als nicht anhaftende Auftriebskörper 4 ausgebildet. So bleiben die Zylinder 1 ganz geflutet, dünnwandig und drucklos.The buoyancy body 3 in the upper cylinder 1 With little water pressure could also be a chamber. The buoyancy bodies 4 in the lower cylinders 1 are cheaper than non-adherent buoyancy bodies 4 educated. This is how the cylinders stay 1 completely flooded, thin-walled and depressurized.

Um eindeutige Last- und Auftriebsverhältnisse zu erreichen, müssen die Zylinder 1 über Ausströmöffnungen 21 entlüftet werden.To achieve clear load and buoyancy, the cylinders must 1 via outflow openings 21 be vented.

An den Enden der Zylinder 1 sind zweckmäßig Endscheiben 5 zur Verbesserung des Strömungsverhaltens anzuordnen. Da ja nur die von der rotierenden Wand ausgehende Strömung Wirbel bildet, reichen bei gefluteten Zylindern 1 auch Endringe 6, die nach außen und innen abschirmen.At the ends of the cylinders 1 are expedient end discs 5 to arrange the flow behavior. Since only the outgoing flow from the rotating wall forms vortices, flooded cylinders are enough 1 also end rings 6 that shield outside and inside.

Dazu ergeben die Endscheiben 5 oder Endringe 6 einen stabilen Übergang zwischen dünnwandiger Haut des Zylinders 1 und der Zylinderachse 7.These are the end plates 5 or end rings 6 a stable transition between thin-walled skin of the cylinder 1 and the cylinder axis 7 ,

Die Zylinderachsen 7 können als Achszapfen an den Zylinderenden angebracht sein oder als durchlaufende Achsen 7 zusammen mit Aussteifungen 18 die Zylinder 1 stabilisieren.The cylinder axes 7 can be mounted as axle journals on the cylinder ends or as continuous axles 7 together with stiffeners 18 the cylinders 1 stabilize.

Die Zylinderachsen 7 drehen sich in Hauptlagern 8. Da mehrstufige Einheiten eine lange Achse bilden, ergeben sich Probleme aus der Rotation und aus unterschiedlichen Belastungen in natürlichen Gewässern. Daher ist es zweckmäßig, zwischen Zylinderachsen 7 und Hauptlager 8 relativ flexible Kupplungen 9 als Biegepunkte einzusetzen.The cylinder axes 7 turn in main bearings 8th , Since multi-level units form a long axis, problems arise from the rotation and different loads in natural waters. Therefore, it is useful between cylinder axes 7 and main camp 8th relatively flexible couplings 9 to use as bending points.

Die Hauptlager 8 sind dann an das Zugsystem 10 kraftschlüssig angeschlossen, wobei diei Form der Befestigung vom gewählten Zugsystem 10 abhängt. Je nach Art des Zugsystems, z. B. Stahlseile, kann es auch notwendig sein, Torsionsausgleichselemente 11 vorzusehen.The main camp 8th are then to the train system 10 frictionally connected, whereini the form of attachment of the selected train system 10 depends. Depending on the type of train system, z. As steel cables, it may also be necessary Torsionsausgleichselemente 11 provided.

Die Zylinder 1 benötigen zum Rotieren einen entsprechenden Zylinderantrieb 12, der in diesem Ausführungsbeispiel ein Elektromotor sein soll, was er in großen Anlagen in der Regel auch sein wird.The cylinders 1 need to rotate a corresponding cylinder drive 12 which is to be an electric motor in this embodiment, which he will usually be in large plants as well.

Dazu benötigt jeder Zylinder 1 ein Zylindersteuerelement 13, das in der Lage ist, an den Wendepunkten 16 die Drehrichtung des Zylinders 1 umzusteuern. Ob auch eine Drehzahlsteuerung übernommen wird, ist wieder eine Frage des Systemaufbaus. Bei zentraler Stromversorgung der Motoren ist es natürlich auch möglich, z. B. durch Frequenzvorgabe, die Drehzahl aller Zylinder 1 gleichmäßig zu regeln, um damit eine gleichmäßige Lastverteilung zu erreichen.This requires each cylinder 1 a cylinder control element 13 that is capable at the turning points 16 the direction of rotation of the cylinder 1 change course. Whether or not a speed control is adopted is again a question of the system structure. In central power supply of the motors, it is of course possible, for. B. by frequency specification, the speed of all cylinders 1 To regulate uniformly, so as to achieve a uniform load distribution.

Natürlich wäre es auch sinnvoll, Zylinder 1 durch direkten Antrieb aus der Strömungsenergie, z. B. mit Savoniusrotoren oder Kleinturbinen, hier nicht dargestellt, anzutreiben. Das bedingt aber sehr unterschiedliche Baumaße, denn der Durchmesser eines Savoniusrotors zum Durchmesser des Zylinders 1 ergibt sich in der Anwendung zu etwa 10:1.Of course, it would also make sense, cylinder 1 by direct drive from the flow energy, for. B. with Savoniusrotoren or small turbines, not shown here, drive. However, this requires very different dimensions, because the diameter of a Savoniusrotors to the diameter of the cylinder 1 results in the application to about 10: 1.

Eine zweckmäßigere und besser zu steuernde Möglichkeit wäre, am Zugsytem 10 mitlaufende kleine Stromerzeuger 14, z. B. Savoniusrotoren oder Mantelturbinen mit Generatoren, die dann einen oder auch mehrere Zylinder 1 antreiben können. Das würde bessere Steuerungsmöglichkeiten einsetzbar machen.A more convenient and easier to control option would be on the train system 10 accompanying small power generator 14 , z. B. Savoniusrotoren or shell turbines with generators, which then one or more cylinders 1 can drive. That would make better control options usable.

Bei sehr großen Systemen wäre es zudem möglich, die Bewegungen in den Zugelementen 10 durch zwischengeschaltete Stabilisierungsstangen 15 zu verringern.For very large systems, it would also be possible to control the movements in the tension elements 10 through intermediary stabilizing rods 15 to reduce.

Zweckmäßig wäre es, das obere Zugsystem 10 so anzuordnen, daß es ständig im Wasser geführt wird. Damit erreicht man, daß die Belastung gleichmäßig ist und nicht durch Auf- und Eintauchen des Zugsytems 10 der sich ändernde Auftrieb zu Belastungsschwankungen führt.It would be useful, the upper train system 10 to arrange so that it is constantly led in the water. This ensures that the load is uniform and not by immersion and immersion of Zugsytems 10 the changing buoyancy leads to load fluctuations.

Um die Bewegungen in starkem Wellengang auszugleichen, wäre es zweckmäßig, das Zugsystem 10 im Bogen auszulegen. Zweckmäßig, vielleicht auch notwendig, wird in einem Gezeiteneinsatz dann ein Vorspanner 22, damit in der Umkehrphase der Strömung Vor- und Rücklauf sich nicht berühren.In order to compensate for the movements in strong waves, it would be useful, the train system 10 to lay out in a bow. Expedient, perhaps necessary, then becomes a pretensioner in a tidal operation 22 so that in the reversal phase of flow flow and return do not touch.

Bild 2 zeigt den Zusammenhang zwischen Strömung, Zylinderrotation und den entstehenden Kräften aus Auftrieb Ca und Widerstand Cw. In dieser Darstellung sind die Zylinder in Ruhe. Ohne Zylinderrotation ergibt sich nur ein geringer Widerstand Cw in Strömungsrichtung 20 und keiner in Antriebsrichtung.Figure 2 shows the relationship between flow, cylinder rotation and the resulting forces of buoyancy Ca and resistance Cw. In this illustration, the cylinders are at rest. Without cylinder rotation results in only a small resistance Cw in the flow direction 20 and none in the drive direction.

Mit Beginn der Rotation erhöht sich die Kraft in Strömungsrichtung und zusätzlich entsteht eine stärkere Kraft aus dem Sog senkrecht zur effektiven Anströmung. Die Größe dieser Kräfte ist vom Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit des Zylinders 1 zur relativen Anströmung abhängig, wenn die Zylinder sich in Bewegung setzen.With the beginning of the rotation, the force increases in the flow direction and in addition a stronger force arises from the suction perpendicular to the effective flow. The size of these forces is the ratio of the peripheral speed of the cylinder 1 depending on the relative flow, when the cylinders are moving.

Mit der effektiven Anströmung aus der Fließgeschwindigkeit des Mediums und der Geschwindigkeit des Systems erhält der Widerstand natürlich auch eine negative Antriebskomponente und die Änderung der Richtung des Auftriebs ergibt dann einen Widerstandsanteil.With the effective flow from the flow rate of the medium and the speed of the system receives the resistance of course, too a negative drive component and the change in the direction of lift then gives a resistance component.

Betrachtet man in Bild 3 die Zylinder 1 in einem umlaufenden System, so erkennt man, daß man die Drehrichtung des Zylinders 1 umkehren muß, damit die rücklaufenden Zylinder 1 in der gleichen Zugrichtung angetrieben werden.Looking at Figure 3, the cylinders 1 in a revolving system, it can be seen that the direction of rotation of the cylinder 1 must reverse so that the returning cylinders 1 be driven in the same direction of pull.

Gleichzeitig sieht man, daß sich die Drehrichtung des Systems bei Umkehr der Strömung auch umkehrt. Dies ist zu umgehen, wenn die Zylinder bei Umkehr der Strömung ihre Drehrichtung ändern. Dann kann das System in der gleichen Richtung weiterlaufen.simultaneously you can see that the direction of rotation of the system also reverses upon reversal of the flow. This is to circumvent when the cylinders change their direction of rotation upon reversal of the flow. Then the system can continue in the same direction.

Im Prinzipbild 4 ist ein Ausschnitt aus einer Strömungswand dargestellt, um den Einsatz der wesentlichen Elemente aufzuzeigen. Hier ist eine zweistufige Wand dargestellt, aber die Anzahl der Stufen ist theoretisch unbegrenzt. Die Größe der Zylinderabschnitte 1 und die Anzahl der Zugelemente 10 ist eine Frage der Kräfte und Materialien, also der Bemessung.In the schematic diagram 4, a section of a flow wall is shown in order to show the use of the essential elements. Here is a two stepped wall, but the number of stages is theoretically unlimited. The size of the cylinder sections 1 and the number of tension elements 10 is a question of forces and materials, so the design.

Hier hat der obere Abschnitt eine Auftriebskammer 3, der untere ein selbständiges Auftriebselement 4. Die Zylinder 1 sind geflutet und entlüftet. Denkbar wäre auch die Füllung mit einem Balastkörper, aber das macht den Anlauf, das Abbremsen und alle Bauarbeiten schwieriger.Here the upper section has a buoyancy chamber 3 , the lower an independent buoyancy element 4 , The cylinders 1 are flooded and vented. It would also be possible to fill it with a ballast body, but that makes starting up, slowing down and all construction work more difficult.

Der Antrieb der Zylinder 1 erfolgt in diesem Beispiel mit Elektromotor, die notwendige Energiegewinnung über ein am Zugsystem hängende Turbine 14 mit Generator. Die Drehzahländerung des Antriebs erfolgt dann, wenn notwendig, über Funksignale. Die Umschaltung in Rechts- oder Linkslauf ist über die gleiche Regelung wie die Drehzahländerung möglich.The drive of the cylinders 1 takes place in this example with electric motor, the necessary energy through a turbine hanging on the train system 14 with generator. The speed change of the drive is then, if necessary, via radio signals. Switching to clockwise or counterclockwise rotation is possible via the same control as the speed change.

Die Umkehrpunkte 16 und Energiegewinnungssysteme 17 sind nur angedacht, denn sie ändern sich mit jedem Einsatzort.The reversal points 16 and energy recovery systems 17 are only considered, because they change with each location.

Ebenso gibt es keine näheren Angaben zur Energiegewinnung, denn z. B. Getriebe und Generatoren sind allgemeiner Maschinenbau.As well there are no closer ones Information on energy production, because z. As transmissions and generators are general engineering.

Dargestellt in Bild 5 ist die Unterteilung der Strömungswand in Teilwände 38. Damit läßt sich die Energieentnahme in technisch vorteilhafte Größenordnungen zerlegen. Zudem brauchen nur die Endpunkte eine Verankerung zur Gesamtlastaufnahme. In den Zwischenstationen heben sich bei gleich großen Abschnitten die Zugkräfte auf.Shown in Figure 5 is the subdivision of the flow wall into partial walls 38 , Thus, the energy extraction can be broken down into technically advantageous orders of magnitude. In addition, only the endpoints need anchoring to the total load. In the intermediate stations, the tensile forces cancel out at equally large sections.

Letzteres wäre z. B. bei einem Einsatz als Strömungswand zwischen Offshore Windkraftanlagen von Vorteil.The latter would be z. B. when used as a flow wall between offshore wind turbines advantage.

Unterschiedliche Abstände zwischen den Festpunkten ließen sich dann durch Drehzahlsteuerung ausgleichen. Auch unterschiedlich schnell laufende Strömungen ließen sich ausregeln.different distances between the benchmarks then compensate by speed control. Also different fast flowing currents could to balance.

Durch unterschiedlichen Abstand der Zylinder 1 in den einzelnen Abschnitten ließe sich die gleiche Leistungsfläche auch als bautechnische Vorgabe erreichen.By different distance of the cylinder 1 in the individual sections, the same performance area could also be achieved as a technical specification.

Zudem heißt ”quer zur Strömung” bei der Systemanordnung, daß sich das Maximum der möglichen Leistungsentnahme über einen größeren Winkelbereich nur wenig ändert.moreover means "across to Flow "in the system arrangement, that yourself the maximum of possible Power extraction via a larger angular range only little changes.

Dargestellt sind in Bild 5 Zugseilvorspanner 22. Diese sind entsprwechend der Vorspannung nur im Ruhezustand des Systems wirksam und verhindern, daß bei einem Gezeitenkraftwerk und stehendem Wasser sich Vor- und Rücklauf tangieren.Shown in Figure 5 Zugseilvorspanner 22 , These are entsprwechend the bias only in the resting state of the system effective and prevent tangential in a tidal power plant and stagnant water flow and return affect.

11
Zylinder (Rotationskörper)cylinder (Body of rotation)
22
ZylinderdurchmesserCylinder diameter
33
Aftriebskörper oben (Kammer)Aftriebskörper above (Chamber)
44
Auftriebskörper ohne ZylinderwandanbindungBuoyancy body without Cylinder wall connection
55
Endscheibenendplates
66
Endringeend rings
77
Zylinderachse, AchszapfenCylinder axis, journal
88th
Hauptlagermain bearing
99
Kupplungen zwischen Zylinder und Hauptlagerclutches between cylinder and main bearing
1010
Zugsystemtrain system
1111
TorsionsausgleichselementTorsionsausgleichselement
1212
Zylinderantrieb, z. B. ElektromotorCylinder drive, z. B. electric motor
1313
ZylindersteuerelementCylinder control
1414
Stromerzeuger zum Zylinderantriebpower generator to the cylinder drive
1515
Stabilisierungsstangenstabilizer bars
1616
Wendepunkte der Strömungsketteturning points the flow chain
1717
EnergiegewinnungssystemeEnergy recovery systems
1818
Aussteifungen im Zylinderstiffeners in the cylinder
1919
StrömungswandabschnitteFlow wall sections
2020
Medium mit Strömungsrichtungmedium with flow direction
2121
Entlüftung der ZylinderVent the cylinder
2222
Vorspanner des Zugsystemspretensioner of the train system
nn
Drehzahlrotation speed
nM n M
Maximale Drehzahlmaximum rotation speed
CaCa
Auftriebsbeiwertlift coefficient
Cwcw
Widerstandsbeiwertdrag
Cncn
NormalkraftbeiwertNormalkraftbeiwert

Claims (40)

Strömungswand zur Entnahme von Energie aus langsam fließenden Flüssigkeiten, insbesondere natürlichen Gewässern ohne Störung des Ökosystems, dadurch gekennzeichnet, daß miteinander verbundene Rotationskörper hier Zylinder durch die bei der Rotation entstehenden Auftriebskräfte, d. h. Sog, quer zur Strömung gezogen werden und diese Zugkräfte und Bewegungen von Energiegewinnungssystemen genutzt werden.Flow wall for the removal of energy from slowly flowing liquids, especially natural waters without disturbing the ecosystem, characterized in that interconnected rotation body here cylinders are pulled by the resulting buoyancy forces during the rotation, ie suction, transverse to the flow and these tensile forces and movements of energy recovery systems be used. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder in einer Ringbahn etwa quer zur Strömung hin und zurück laufen und den den Umkehrpunkten die Drehrichtung der Zylinder umgesteuert wird.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder run in a circular path about transverse to the flow and back and the reversal points reversed the direction of rotation of the cylinder becomes. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Umkehr der Strömung, z. B. Ebbe und Flut, die Strömungswand und damit das Gesamtsystem seine Richtung ändert.flow wall according to claim 1, characterized in that when reversed the flow, z. As low tide and high tide, the flow wall and so that the whole system changes direction. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß trotz Umkehr der Strömung die Strömungswand ihre Bewegungsrichtung nicht ändert, wenn die Drehrichtung der Zylinder geändert wird.Flow wall according to claim 1, characterized in that, despite reversal of Strö mung flow wall does not change its direction of movement when the direction of rotation of the cylinder is changed. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder glattwandige runde Säulen sind, die ein- oder beidseitig gelagert sind und mit einem die Kräfte aufnehmenden Zugsystem verbunden sind.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder smooth-walled round columns are one or both sides are stored and with one forces Train system are connected. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderwände strömungsverbessernd beschichtet sind, z. B. mit Haifischhaut.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder walls improve flow are coated, for. With shark skin. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder in mehrere Elemente oder Abschnitte unterteilt sind und durch Zwischenlager an kräfteaufnehmende Zugsysteme angeschlossen sind.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder are divided into several elements or sections and by intermediate storage at strength-absorbing Zugsysteme are connected. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder bei der Belastung aus Eigengewicht und Systemkomponenten durch eine entsprechende Auftriebsverteilung senkrecht im Wasser stehen.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder in the case of load from own weight and system components by a corresponding buoyancy distribution are vertical in the water. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskörper ausreichenden Auftrieb besitzen, um die gesamte Wand zu tragen.flow wall according to claim 1, characterized in that the buoyancy body sufficient Boost to carry the entire wall. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Zylinderabschnitte durch Auftrieb anteilig Lasten aufnehmen.flow wall according to claim 1, characterized in that the different Cylinder sections by lift proportionately absorb loads. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im oberen Teil des Zylinders eine Zylinderkammer als Auftriebsteil dient.flow wall according to claim 1, characterized in that in the upper Part of the cylinder is a cylinder chamber as a lift part. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskörper als von der Zylinderwand unabhängige eigene Körper aufgebaut sind.flow wall according to claim 1, characterized in that the buoyancy bodies as of the cylinder wall independent built your own body are. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder entlüftet und geflutet werden, um eindeutig definierte Auftriebs- und Lastverhältnisse zu erreichen.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder vented and flooded to clearly defined buoyancy and load conditions to reach. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderabschnitte durch Endscheiben abgeschlossen sind.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder sections through End discs are completed. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderabschnitte mit Endringen abgeschlossen sind, die die innere und äußere Strömung begrenzen.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder sections with End rings are closed, which limit the inner and outer flow. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderabschnitte mit Lagerzapfen abgeschlossen sind.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder sections with Bearing journals are completed. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Zylinder eine kraftaufnehmende Innenachse verläuft.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder is a force-absorbing inner axis. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zylindern Aussteifungen angebracht sind, die gegebenenfalls Kräfte auf die Innenachse übertragen können.flow wall according to claim 1, characterized in that in the Cylinders braces are attached, which may force forces on transmit the inner axis can. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen zwischen Zylindern und Hauptlagern Bewegungen ausgleichen können.flow wall according to claim 1, characterized in that the couplings between cylinders and main bearings can compensate for movements. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Zylindern andere senkrechte, feste Verbindungen zwischen den Zugelementen zur Stabilisierung und Schwingungsdämpfung eingesetzt sind.flow wall according to claim 1, characterized in that in addition the cylinders other vertical, firm connections between the tension elements used for stabilization and vibration damping. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugsysteme im freien Bogen laufen, damit sich die Strömungswand aus dem Vorrat dem Wellengang beweglich anpassen kann.flow wall according to claim 1, characterized in that the tension systems run in the free arc, so that the flow wall from the supply to the Swell can adapt to moving. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Zugverbindungen an den Zylindern so befestigt sind, daß sie ganz im Wasser liegen, um wechselnde Belastungen aus wechselnden Gewichten durch mehr oder weniger Auftrieb beim Eintauchen zu verhindern.flow wall according to claim 1, characterized in that the upper Train connections are attached to the cylinders so that they are completely lie in the water to changing loads from changing weights by preventing more or less buoyancy during immersion. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorspannsystem die Zugelemente im Ruhezustand soweit strafft, daß Vor- und Rückrichtung sich nicht berühren können.flow wall according to claim 1, characterized in that a biasing system the tension elements tightens so far at rest that pre and reverse direction do not touch each other can. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zugelementen, wenn nötig, z. B. bei Seilen, Torsionsausgleichselemente eingebaut werden.flow wall according to claim 1, characterized in that in the Pulling elements, if necessary, z. As in ropes, Torsionsausgleichselemente be installed. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche Zugbelastungen zwischen den Zugsystemen durch Gleichlauf bei der Energiegewinnung ausgeglichen werden, und nicht zu erzwungenen Neigungen der Zylinder führen.flow wall according to claim 1, characterized in that different Tensile loads between the train systems due to synchronization in the Energy recovery, not forced inclinations lead the cylinder. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder von ergänzenden Antriebselementen, wie z. B. Savoniusrotoren, aus der gleichen Strömungsenergie direkt angetrieben werden.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder from complementary Drive elements, such. B. Savoniusrotoren, from the same flow energy be driven directly. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder von ergänzenden Antriebselementen indirekt angetrieben werden, z. B. Savoniusrotor-Generator-Motor, und Rotor und Generator als eigenständiges System mit den Zugelementen verbundenr sind.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder from complementary Drive elements are driven indirectly, z. B. Savonius rotor generator motor, and rotor and generator as an independent system with the tension elements are connectedr. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder durch zugeführte Fremdenergie, z. B. elektromotorisch, angetrieben werden.flow wall according to claim 1, characterized in that the cylinder supplied by Foreign energy, z. B. electromotive, are driven. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Zylinder zur Leistungsanpassung regelbar ist.flow wall according to claim 1, characterized in that the rotational speed the cylinder is adjustable for power adjustment. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung der Zylinder an den Wendepunkten entsprechend dem gewählten Antrieb mit allen bekannten Formen von mechanischen Schaltmechanismen bis zur satelitengestützen Elektronik geändert werden kann.flow wall according to claim 1, characterized in that the direction of rotation the cylinder at the turning points according to the selected drive with all known forms of mechanical switching mechanisms up for satellitgestützen Electronics changed can be. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftentnahme an den Energiegewinnungspunkten in verschiedenen Formen, wie sie z. B. vom Antrieb von Seilbahnen bekannt sind, erfolgen kann.flow wall according to claim 1, characterized in that the force extraction at the energy points in different forms, as they z. B. from the drive of cable cars are known, can take place. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiegewinnungspunkte an dem Ende der Ringbahn, also den Umkehrpunkten, angeordnet sind.flow wall according to claim 1, characterized in that the energy recovery points at the end of the ring path, so the reversal points are arranged. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Energiegewinnungspunkte in der Ringbahn angeordnet sind.flow wall according to claim 1, characterized in that energy recovery points are arranged in the circular path. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrpunkte und Energiegewinnungssysteme an Land aufgebaut sind. flow wall according to claim 1, characterized in that the turning points and energy recovery systems are built ashore. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrpunkte und Energiegewinnungssysteme auf Schwimmkörpern aufgebaut sind, die am Grund, an Festpunkten oder an Land verankert sind und diese Verankerung zur Lagestabilisierung bei Ebbe und Flut in der Länge nachgeregelt wird.flow wall according to claim 1, characterized in that the turning points and energy recovery systems are built on floats, the Reason, are anchored to fixed points or shore and this anchorage Regulated for the stabilization of the position at low tide and high tide becomes. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrpunkte und Energiegewinnungssysteme auf oder an im Wasser stehenden Festpunkten aufgebaut sind.flow wall according to claim 1, characterized in that the turning points and energy recovery systems on or at fixed points in the water are constructed. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungswand in mehrere Wandabschnitte mit unterschiedlichen Bewegungsrichtungen unterteilt ist, so daß sich die Zugkräfte aufheben.flow wall according to claim 1, characterized in that the flow wall in several wall sections with different directions of movement is divided so that the tensile forces cancel. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Strömungswand aus Wandabschnitten unterschiedlicher Länge durch entsprechenden Abstand der Zylinder gleiche Leistungsflächen und Zugkräfte erreicht werden.flow wall according to claim 1, characterized in that at a flow wall from wall sections of different lengths by appropriate distance the cylinder has the same power surfaces and tensile forces be achieved. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Strömungswand aus Wandabschnitten unterschiedlicher Länge durch unterschiedliche Geschwindigkeiten der Zylinderwände gleiche Leistungen und Zugkräfte erreicht werden.flow wall according to claim 1, characterized in that at a flow wall from wall sections of different lengths by different Speeds of the cylinder walls same benefits and tensile forces be achieved. Strömungswand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch extreme Lastverteilung in den Zylindern durch Auftrieb oben und Balastkörper unten aus Eigengewicht so viel Stabilität erreicht wird, daß auf Energieentnahme in den unteren Ebenen verzichtet werden kann.flow wall according to claim 1, characterized in that extreme load distribution in the cylinders by buoyancy above and Balastkörper down from its own weight so much stability is achieved that on energy extraction can be dispensed with in the lower levels.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19629417C2 (en) * 1996-07-22 2002-06-27 Eckhardt Hans Guenter Process and suspended energy converter for the use of flow energy

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19629417C2 (en) * 1996-07-22 2002-06-27 Eckhardt Hans Guenter Process and suspended energy converter for the use of flow energy

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