BE1017434A3 - Inrichting voor het winnen van energie. - Google Patents

Abstract

Inrichting voor het winnen van energie, die hoofdzakelijk bestaat uit een onderstel (2), een door het onderstel(2) gedragen buisvormig windgeleidingselement (3), en een in het windgeleidingselement (3) voorziene windmolen (4), daardoor gekenmerkt dat het voornoemde windgeleidingselement (3) kantelbaar rond een horizontale of nagenoeg horizontale as op het onderstel (2) is aangebracht en dat de inrichting (1) aandrijfmiddelen (26) omvat voor het op- en neerwaarts kantelen van het windgeleidingselement (3).

Description

Inrichting voor het winnen van energie.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het winnen van energie, meer speciaal een inrichting voor het omzetten van windenergie in een andere energievorm, bijvoorbeeld elektrische energie.

Meer speciaal betreft de uitvinding een inrichting van het type dat hoofdzakelijk bestaat uit een onderstel, een door het onderstel gedragen buisvormig windgeleidingselement en een in het windgeleidingselement voorziene windmolen.

Een dergelijke inrichting wordt onder andere beschreven in de internationale octrooiaanvrage WO 98/17912, waarbij de windmolen kan worden verplaatst in het windgeleidingselement door middel van een slede waarop de windmolen is gemonteerd en van aandri j fmiddelen om de slede over een geleiding te verschuiven.

Ook uit het BE 1.013.284 kent men reeds zulke inrichting, waarbij middelen zijn voorzien voor het verplaatsen van de windmolen, die in dit geval bestaan Uit wentelbare armen die zich uitstrekken tussen, enerzijds, een frame, en anderzijds, de voornoemde windmolen, alsmede aandrijfmiddelen om de voornoemde armen te bewegen.

De huidige uitvinding heeft een verbeterde inrichting voor het winnen van energie als voorwerp, die van het hiervoor vermelde type is, en die het bijzonder kenmerk vertoont dat het voornoemde windgeleidingselement kantelbaar op het onderstel is aangebracht, rond een horizontale of nagenoeg horizontale as, en dat de inrichting aandrijfmiddelen omvat voor het op- en neerwaarts kantelen van het windgeleidingselement.

De inrichting volgens de uitvinding vertoont, dankzij het op- en neerwaarts kantelbaar uitvoeren van het windgeleidingselement, onder meer het voordeel dat het windgeleidingselement, afhankelijk van de op- en neerwaartse windrichtingscomponent, kan worden gekanteld zodat een optimaal rendement van de inrichting kan worden verkregen.

Een ander voordeel van een inrichting volgens de uitvinding is dat zij uiterst geschikt is om bijvoorbeeld te worden toegepast in valleien, op bergwanden en dergelijke, doordat rekening kan worden gehouden met eventuele berg- en dalwinden.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm is de voornoemde inrichting uitgevoerd in de vorm van een torenstructuur met meerdere boven elkaar aangebrachte niveaus, waarbij op elk niveau een respectievelijk windgeleidingselement met daarin een windmolen is aangebracht.

Zulke torenstructuur laat toe om op een relatief klein oppervlak een groot aantal windmolens te voorzien, waardoor een zeer goede efficiëntie en een grote energieopbrengst kan worden verwezenlijkt.

Met het inzicht de kenmerken van de huidige uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen van een inrichting volgens de uitvinding voor het winnen van energie beschreven, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 een zijaanzicht weergeeft van een inrichting volgens de uitvinding; figuur 2 een doorsnede weergeeft van een inrichting volgens figuur 1; figuur 3 een zicht weergeeft, gelijkaardig aan dat van figuur 2, doch met het windgeleidingselement in een andere positie; figuur 4 een gedeelte van een bovenaanzicht van een uitvoeringsvariante van een inrichting volgens de uitvinding weergeeft; figuur 5 het gedeelte weergeeft dat in figuur 4 is aangeduid met pijl F5.

De inrichting 1 volgens de uitvinding zoals weergegeven in de figuren 1 en 2, bestaat hoofdzakelijk uit een onderstel 2, een buisvormig windgeleidingselement 3, een in het windgeleidingselement 3 verplaatsbare windmolen 4, en middelen 5 voor het verplaatsen van de windmolen 4.

Het onderstel 2 bestaat hoofdzakelijk uit een pyloon 6, waarop een frame 7 verdraaibaar, rond een verticale as ΔΑ' is bevestigd, doordat dit frame 7 door middel van een axiaal druklager, bijvoorbeeld in de vorm van een taatslager, op de voornoemde pyloon 6 rust.

Het frame 7 bestaat in dit geval uit een horizontale draagstructuur 8, die is uitgevoerd in de vorm van een draagbalk, die op zijn vrije uiteinden is voorzien van opwaarts gerichte armen 9.

Volgens de uitvinding is het voornoemde windgeleidingselement 3 kantelbaar rond een horizontale of nagenoeg horizontale as op het onderstel 2 aangebracht, wat in dit geval is verwezenlijkt doordat de voornoemde armen 9 aan hun respectievelijke uiteinden zijn voorzien van een scharnier 10 waarmee het windgeleidingselement 3 scharnierbaar tussen deze armen 9 is opgehangen.

Het windgeleidingselement 3 vertoont minstens een, vanaf de ingang 11, volgens de windrichting W vernauwend, gedeelte 12 en bij voorkeur, zoals weergegeven, een daarop aansluitend, naar de uitgang 13 toe verwijdend, gedeelte 14.

Meer bepaald nog, vertoont het windgeleidingselement 3 hoofdzakelijk de vorm van een eenbladige hyperboloïde, waarvan de lengteas bedoeld is om evenwijdig met de windrichting te worden gedraaid.

De windmolen 4 bestaat hoofdzakelijk uit een rotor 15, met twee of meer wieken 16, die op de aandrijfas van een generator 17 is gemonteerd.

De voornoemde windmolen 4 is in dit geval axiaal verplaatsbaar in het windgeleidingselement 3 aangebracht, doordat de generator 17 wordt gedragen door wentelbare armen 18 en 19, in dit geval twee paar armen die, enerzijds, door middel van scharnierpunten 20 en 21 bevestigd zijn aan het windgeleidingselement 3 en, anderzijds, door middel van scharnierpunten 22 en 23 verbonden zijn met de windmolen 4.

De voornoemde middelen 5 voor het verplaatsen van de windmolen 4 zijn in dit geval uitgevoerd in de vorm van middelen voor het verdraaien van de wentelbare armen 18 en 19, welke middelen 5 in het weergegeven voorbeeld bestaan uit één of meer aandrijfcilinders, in dit geval twee aandrijfcilinders 24, die gemonteerd zijn tussen, enerzijds, steunen 25 aan het windgeleidingselement 3 en, anderzijds, één of meer van de voornoemde wentelbare armen 18 en/of 19. Uiteraard kunnen de voornoemde aandrijfcilinders 24 ook op een andere wijze worden gemonteerd.

Volgens de uitvinding omvat de inrichting 1 verder nog aandrijfmiddelen 26 voor het op- en neerwaarts kantelen van het windgeleidingselement 3 rond een horizontale of nagenoeg horizontale as, welke aandrijfmiddelen 26 in dit geval zijn uitgevoerd in de vorm van één of meer aandrijfcilinders 27, die zijn aangebracht tussen het voornoemde frame 7 en het voornoemde windgeleidingselement 3.

In dit geval strekt de aandrijfcilinder 27 zich uit tussen de horizontale draagstructuur 8 en een verstevigingsring 28 die rond het voornoemde windgeleidingselement 3 is aangebracht.

Volgens een bijzonder kenmerk van de uitvinding kan de inrichting 1 verder nog worden voorzien van een niet in de figuren weergegeven regelaar voor het aansturen van de voornoemde aandrijfmiddelen 26, op basis van metingen van de op- en neerwaartse windrichtingscomponent W'.

De werking van de inrichting 1 volgens de uitvinding is eenvoudig en als volgt.

Het frame 7 wordt steeds zo rond de verticale as A-A' verdraaid dat de ingang 11 in de wind staat. Dit kan ofwel met behulp van een niet weergegeven vin, waardoor het geheel zich automatisch in de wind draait, ofwel door middel van niet weergegeven gemotoriseerde aandrijfmiddelen om het frame 7 te verdraaien.

Zulke aandrijfmiddelen kunnen bijvoorbeeld worden uitgevoerd in de vorm van een hydraulische pomp of dergelijke die via een tandwiel gekoppeld is met een zijde van het voornoemd axiaal druklager waarmee het frame 7 op de pyloon 6 rust, één en ander zodat wordt toegelaten om het windgeleidingselement 3 en de windmolen 4 volledig rondom de verticale as A-A' te draaien.

Het spreekt echter voor zich dat deze aandrijfmiddelen op velerlei wijzen kunnen worden uitgevoerd en dat zij niet noodzakelijk dienen voorzien te zijn van een hydraulische pomp.

Al dan niet op basis van metingen, kan tevens de op- of neerwaartse kanteling van het windgeleidingselement 3 worden geregeld door middel van de voornoemde aandrijfmiddelen 26, zoals weergegeven in figuur 3 waarbij het windgeleidingselement 3 over een bepaalde hoek B naar achter is gekanteld doordat de stang van de aandrijfcilinder 27 naar buiten is geduwd, om bijvoorbeeld rekening te houden met berg- of dalwind.

Analoog kan het windgeleidingselement 3 in een meer horizontale positie worden gebracht door de stang van de aandrijfcilinder 27 verder in te trekken, zodat de hoek B kleiner wordt.

Doordat de kanteling van het windgeleidingselement 3 kan worden ingesteld, kan steeds een optimaal winddebiet doorheen dit windgeleidingselement 3 worden gestuurd, waardoor de inrichting 1 een hoog rendement vertoont.

Door de vorm van het windgeleidingselement 3, wordt de wind versneld, van de ingang 11 van dit windgeleidingselement 3, waar dit het breedst is, naar het midden van het windgeleidingselement 3, waar dit het smalst is.

Naar de uitgang 13 verbreedt het windgeleidingselement 3 opnieuw, zodat de snelheid van de lucht die door het windgeleidingselement 3 stroomt, opnieuw afneemt.

Afhankelijk van de windsnelheid, wordt de windmolen 4, zoals bekend, zodanig in het windgeleidingselement 3 gepositioneerd dat hij optimaal van de aanwezige windsnelheid kan gebruikmaken.

Met andere woorden, wanneer er weinig wind is, wordt de windmolen 4 in het smalste deel van het windgeleidingselement 3 gepositioneerd, waar de wind wordt versneld, zoals in volle lijn is weergegeven in de figuren 2 en 3.

Wanneer er daarentegen veel wind staat, wordt de windmolen 4 achteraan in het windgeleidingselement 3 geplaatst, zoals weergegeven in streeplijn in de figuren 2 en 3, om te verhinderen dat de windmolen 4 overbelast zou raken en/of beschadigd zou worden.

Het verplaatsen van de windmolen 4 ten opzichte van het windgeleidingselement 4 gebeurt door de armen 18 en 19 te wentelen door middel van de aandrijfmiddelen 26.

In figuur 4 is een gedeelte van een variant van een inrichting 1 volgens de uitvinding weergegeven, die is uitgevoerd in de vorm van een torenstructuur 29 met meerdere boven elkaar aangebrachte niveaus 30, waarbij op elk niveau 30 een aantal windgeleidingselementen 3 met daarin telkens een windmolen 4 zijn aangebracht.

De ingang 11 van elk windgeleidingselement 3 kan bij voorkeur steeds in de wind worden gebracht. Dit kan ofwel met behulp van een niet weergegeven vin, waardoor het geheel zich automatisch in de wind draait, ofwel door middel van niet weergegeven gemotoriseerde aandrijfmiddelen.

In dit voorbeeld is de vóornoemde torenstructuur 29 uitgevoerd in de vorm van een buizenconstructie, of een zogenaamd "vakwerk", die is opgebouwd uit modulaire standaardelementen, zodat wordt toegelaten om de afmetingen en/of de vorm van de torenstructuur 29 snel aan te passen en/of om de torenstructuur 29 zelfs te kunnen verplaatsen.

Daarenboven, doordat de uitvinding toelaat om gebruik te maken van een minimum aan verschillende standaardelementen, kan de torenstructuur 29 in serieproductie worden vervaardigd, wat goedkoop . en eenvoudig is.

De buizen van zulke buienconstructie kunnen bijvoorbeeld onderling worden verbonden door middel van daartoe voorziene rondsels of flenzen, zodat een sterke constructie wordt verkregen.

Een voordeel van zulke buisvormige torenstructuur 29 bestaat erin dat wind vrij door de toren kan waaien, zonder hierbij te worden gehinderd.

In dit geval, en zoals meer in detail is weergegeven in figuur 5, bestaat de buizenconstructie uit een aantal verticaal opgestelde tussenstukken 31 die dienst doen als kolom en die verbonden zijn door middel van horizontale, evenwijdige liggers 32 die een dubbelwandige omtrek van de torenstructuur 29 vormen en horizontale zijliggers 33 die de twee evenwijdige wanden van de torenstructuur 29 met elkaar verbinden.

Tenslotte is de buizenconstructie verder voorzien van niet in de figuur weergegeven centrale liggers die een eigenlijk niveau vormen waarop één of meer windmolens kunnen worden voorzien.

Een praktische realisatie van een inrichting 1 volgens de uitvinding kan bijvoorbeeld bestaan uit een torenstructuur met een diameter van nagenoeg 250 meter en een hoogte van ongeveer 1070 meter, die is voorzien van veertig niveaus waarop telkens vijfentwintig windmolens 4 zijn voorzien.

Het spreekt echter voor zich dat een inrichting 1 volgens de uitvinding eender welke hoogte of breedte kan vertonen en dat zij niet beperkt is tot de als voorbeeld beschreven afmetingen.

Onder aan de torenstructuur kan desgewenst een ruimte worden voorzien, die bijvoorbeeld kan worden gebruikt als magazijn, werkplaats, burelen of dergelijke.

Bij voorkeur zijn de windmolens hierbij elk op een afzonderlijke pyloon voorzien en zijn voor elk niveau, de windmolens over de volledige omtrek van dit niveau verspreid.

Elk van de windmolens 4 werkt bij voorkeur afzonderlijk en kan, afhankelijk van de windrichting en eventuele berg- of dalwind, rond een verticale as A-A' worden verdraaid en op- en neer worden gekanteld. Op deze wijze kan voor windmolens op verschillende niveaus, rekening worden gehouden met de verschillen van windrichting in de hoogte, zodat een optimaal rendement kan worden verkregen.

Volgens een bijzonder kenmerk van de uitvinding kan elk niveau van de torenstructuur als afzonderlijk werkende eenheid worden uitgevoerd, één en ander zodat wordt toegelaten om de torenstructuur te verhogen of te verlagen door het bijplaatsen of wegnemen van één of meer niveaus.

Een belangrijk voordeel van zulke uitvoeringsvorm is dat hij toelaat om op een in grootte beperkt grondoppervlak een optimaal rendement aan windenergie te bereiken door toepassing van meerdere boven elkaar geplaatste windmolens 4.

Een ander voordeel van zulke inrichting 1 volgens figuur 4 is dat de wind, noch bij het binnentreden in het windgeleidingselement 3, noch bij het uittreden ervan, gestoord wordt, zodat de verschillende windgeleidingselementen 3 met windmolens 4 elkaar niet beïnvloeden, wat uitgesloten is met klassieke windmolens.

Het is volgens de uitvinding dan ook mogelijk om de verschillende windgeleidingselementen 3 met hun respectievelijke windmolens 4 boven elkaar te monteren of in serie achter elkaar te plaatsen.

Volgens een niet in de figuren weergegeven variant kan een inrichting 1 volgens de uitvinding worden uitgevoerd in de vorm van een muurconstructie of dergelijke, in plaats van in de vorm van een torenconstructie.

De voornoemde aandrijfmiddelen 26 voor het op- en neerwaarts kantelen van het windgeleidingselement 3 zijn niet beperkt tot de als voorbeeld beschreven aandrijfcilinders 27, doch, kunnen tevens op andere wijzen worden verwezenlijkt, bijvoorbeeld in de vorm van een servomotor die, al dan niet via een overbrenging, de opwaarts gerichte positie van het windgeleidingselement 3 instelt.

Het is duidelijk dat de voornoemde windmolens 4 van eender welke vorm of type kunnen zijn, en dat hieronder ook windturbines en dergelijke dienen te worden verstaan.

In de weergegeven voorbeelden is de windmolen 4 verplaatsbaar in het windgeleidingselement 3, door middel van de armen 18 en 19, doch, het is duidelijk dat ook andere middelen kunnen worden voorzien voor het verplaatsen van de windmolen 4 in het windgeleidingselement 3, bijvoorbeeld in de vorm van een slede of dergelijke.

Het is volgens de uitvinding eveneens niet uitgesloten dat de windmolen 4 vast in het windgeleidingselement 3 wordt gemonteerd.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch, dergelijke inrichting voor het winnen van energie kan in verschillende vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (14)

1. Inrichting voor het winnen van energie, die hoofdzakelijk bestaat uit een onderstel (2), een door het onderstel (2) gedragen buisvormig windgeleidingselement (3), en een in het windgeleidingselement (3) voorziene windmolen (4), daardoor gekenmerkt dat het voornoemde windgeleidingselement (3) kantelbaar rond een horizontale of nagenoeg horizontale as op het onderstel (2) is aangebracht en dat de inrichting (1) aandrijfmiddelen (26) omvat voor het op- en neerwaarts kantelen van het windgeleidingselement (3).

2, - Inrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het windgeleidingselement (3) scharnierbaar is opgehangen in een frame (7) dat op het voornoemde onderstel (2) is aangebracht.

3, - Inrichting volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat het voornoemde frame (7) bestaat uit een horizontale draagstructuur (8) die is voorzien van twee armen (9), die aan hun respectievelijke uiteinden zijn voorzien van een scharnier (10), waarmee het windgeleidingselement (3) scharnierbaar tussen deze armen (9) is opgehangen.

4. Inrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde aandrijfmiddelen (26) voor het kantelen van het windgeleidingselement (3) één of meer aandrijfcilinders (27) omvatten.

5. Inrichting volgens conclusie 4, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde aandrijfcilinder (27) is aangebracht tussen het voornoemde frame (7) en het voornoemde windgeleidingselement (3).

6. Inrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde middelen (26) voor het kantelen van het windgeleidingselement (3) voorzien zijn van een servomotor.

7. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat zij is voorzien van een regelaar voor het aansturen van de voornoemde aandrijfmiddelen (26), op basis van metingen van de windrichting.

8. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het voornoemde buisvormig windgeleidingselement (3) een variërende diameter vertoont.

9. Inrichting volgens conclusie 8, daardoor gekenmerkt dat het windgeleidingselement (3) een, vanaf de ingang (11), volgens de windrichting (W) vernauwd, gedeelte (12) vertoont, evenals een naar de uitgang (13) toe verwijdend gedeelte (14).

10. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde windmolen (4) verplaatsbaar is uitgevoerd in het voornoemd windgeleidingselement (3), en dat de inrichting (1) middelen (5) omvat voor het verplaatsen van de windmolen (4) .

11. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het windgeleidingselement (3) verdraaibaar rond een nagenoeg verticale as (A-A') op het onderstel (2) is aangebracht, zodat het steeds in de richting van de wind kan worden gedraaid.

12. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat zij is uitgevoerd in de vorm van een torenstructuur (29), met meerdere boven elkaar aangebrachte niveaus (30), waarbij op elk niveau (30) een windgeleidingselement (3) met daarin een windmolen (4) is aangebracht.

13. Inrichting volgens conclusie 12, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde torenstructuur (29) is uitgevoerd in de vorm van een buizenconstructie.

14. Inrichting volgens conclusie 13, daardoor gekenmerkt dat de voornoemde buizenconstructie is opgebouwd uit modulaire standaardelementen.