CH655157A5

CH655157A5 - Vorrichtung zur gewinnung von energie mittels stroemungen.

Info

Publication number: CH655157A5
Application number: CH4852/81A
Authority: CH
Inventors: Martinez Valentin Zapata
Original assignee: Central Energetic Ciclonic
Priority date: 1980-07-24
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1986-03-27
Also published as: DE3128936A1; GB2081390B; FR2487441B1; US4452046A; ES493713A0; GB2081390A; ES8301330A1; FR2487441A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäss Oberbegriff von Anspruch 1. Ziel der Erfindung ist, das gesamte für die Menschheit erforderliche Energiespek-60 trum abzudecken, wobei die Ausführungen so beschaffen sein sollen, dass sie an jedem Standort aufgebaut werden können. Die gewonnene Energie soll durch künstliche Erzeugung - in geeigneten Konstruktionen - von bevorzugt zyklonischen Wirbelströmungen aus der kinetischen Energie der 65 Strömungen oder durch Nutzung der in der Atmosphäre vorhandenen Druckunterschiede sowie aus darin vorhandenen Wärmegradienten erhalten werden. Es sollen weiter bekannte Erscheinungen wie Zyklone, Tornados, Taifune, Wasser15

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hosen usw. simuliert werden und so deren Energie als auch in bestimmten Fällen entsalztes Wasser gewonnen werden.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet.

Ausführungen der Erfindung unterscheiden sich von früheren dadurch, dass 83% der Energie ausnutzbar sein können, gegenüber den weitaus geringeren Prozentsätzen der Windenergiesysteme. Die einwirkende Strömung kann zwangsläufig aus natürlichen Gründen einer konvektiven Beschleunigung ausgesetzt werden und nacheinander die drei Grundströmungen eines natürlichen Zyklons hervorgebracht werden, welche sind: die konvektive Strömung, die aufgrund des Gesetzes der Kontinuität beschleunigt wird, die nicht-rotationelle und die rotationelle Strömung, wobei für Kernwirbel begrenzten Ausmasses - ohne Begrenzung der Grösse der verwendeten Strukturen - hohe Energiekonzentrationsgrade erreicht werden können.

Eines der Grundelemente zur Erlangung von künstlichen Zyklonen und Antizyklonen können die Konvektoren sein, die vorteilhaft aus zwei senkrechten Membranen oder Windleitblechen bestehen, die etwa tangential zu einer zentralen zylindrischen Röhre verlaufen und die derart profiliert sein können, dass sie zusammen mit der Zentralröhre eine deutliche, durch die Gesetze der Aerodynamik bestimmte Beschleunigung der Strömung hervorrufen können, wodurch der natürliche Wind gezwungen wird, seine Geschwindigkeit zu erhöhen. Diese Beschleunigung erfolgt vorteilhaft an den drei nachfolgenden Punkten: am gebogenen Windleitblech, im eigentlichen Konvektor und im Wirbelkanal. Diese Konvektoren können in beliebiger Höhe angebracht sein, keine Verbindung mit der Strömung auf Erdbodenhöhe oder mit dem Fundament der ausgeführten Vorrichtung besitzen und zur konvektiven Leitung, Ablenkung und Beschleunigung der Strömung bestimmt sein, die transversal und im wesentlichen horizontal verlaufen kann.

Die Vorrichtung kann in geeigneten Ausführungen die Wiedergabe künstlicher, eingegrenzter ermöglichter Wirbel, welche - genau wie die natürlichen Zyklone - sowohl die Sonnenenergie als auch die kinetische und die Wärmeenergie der Umwelt nutzen können.

Auch kann vorteilhaft die thermische Ausgleichung des Meerwassers einbezogen werden, und zwar in einer technologischen Vorrichtung, die in einem Vorgang Wind-, Sonnen-und Wärmeenergie des Meeres zusammenfassen und umwandeln kann, wobei nicht nur die kinetische Energie des Windes, sondern auch potentielle oder barische Energie, ferner die Wärmeenergie aus der Luft, entsprechend ihrem Sättigungsgrad durch Wasserdampf, und die Wärme des Meerwassers eingesetzt werden können.

Eine vorteilhafte Anwendung kann die Gewinnung von entsalztem Wasser beim Vorgang der zyklonischen Umwandlung sein, und zwar für die Einheiten, die mit sekundärer Strömung arbeiten, die durch das Ansaugen der mit Wasserdampf gesättigten Luft entsteht.

Wie bereits erwähnt, kann sich die zyklonische Konversion durch die Eigenschaft auszeichnen, waagerechte Energieströmungen in senkrechte umzuwandeln, mit oder ohne Aufnahme von Energien anderer Herkunft, wie zum Beispiel Sonnenstrahlen oder Meereswärme.

Die folgende Zeichnungsbeschreibung bezieht sich auf verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Konvektor in schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen zyklonischen oder antizyklonischen Turm in schematischer Darstellung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Konvektorturm,

Fig. 4 einen vertikalen Schnitt durch einen zyklonischen Umwandlungsturm,

Fig. 5 einen zyklonischen Umwandlungsturm mit einem Wassertreibhaus,

Fig. 6 ein kombiniertes zyklonisches - antizyklonisches Umwandlungssystem,

s Fig. 7 eine schematische Darstellung verschiedener miteinander gekoppelter Kraftwerkseinheiten,

Fig. 8 eine schematische Darstellung einer Deflektor-Dif-fusor-Anordnung,

Fig. 9 eine Draufsicht zu Fig. 8,

io Fig. 10 einen Schnitt A-A gem. Fig. 8,

Fig. 11 eine Zykloneinheit mit feststehenden Windleitblechen,

Fig. 12 ein antizyklonisches System,

Fig. 13 eine Anordnung mit zwei gegenlaufenden Propel-ls lern,

Fig. 14 einen Stromsammler,

Fig. 15 eine Entzyklonisiervorrichtung,

Fig. 16 eine Regel Vorrichtung im Bereich des Kopfes eines Zyklonturms,

20 Fig. 17 eine Regel Vorrichtung im Bereich der Basis eines Zyklonturmes,

Fig. 18 eine weitere Regelvorrichtung.

Die Zyklontürme bestehen im wesentlichen aus Konvek-25 toren mit jeweiligem Wirbelkanal, wobei entsprechend Fig. 1 Membranen oder senkrechte Windleitbleche 2,4 jeweils durch Aussteifer miteinander verbunden sind, die aus horizontalen Platten bestehen, die im Querschnitt (bei 3 bzw. 5) aerodynamisch profiliert sind. Die senkrechten Windleit-30 bleche 4,2, von denen jeder Konvektor zwei enthält, sind auf einer Kurve erzeugt, sei es ein Kreis, eine Ellipse, eine Hyperbel, eine Parabel, eine logarithmische oder hyperbolische. Spirale usw. von geeigneter Höhe, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden jeweils ein Konverter gebildet ist, der 35 die Energieströmungen konzentriert. Diese Strömung fliesst in dem Wirbelkanal 1, an den alle Konvektoren angeschlossen sind, falls es mehr als einen gibt. Ein Zyklon- oder Antizyklonturm besteht - wie soeben beschrieben - aus einem oder mehreren Konvektoren, die zwischen zwei auf-40 einanderfolgenden Aussteifern und zwei Windleitblechen ausgebildet sind und mehrere Etagen bilden, wobei es sich um einen zyklonischen Turm handelt, wenn die Strömung dem Uhrzeigersinn entgegengesetzt verläuft; bei Verlauf gemäss dem Uhrzeigersinn, bezogen auf die nördliche Halb-45 kugel, ist der Turm antizyklonisch.

Figur 2 zeigt einen zyklonischen oder antizyklonischen schematisierten Turm. Man erkennt dabei vier Aussteifer 3, 5,8 und 13 und die Stützpfeiler 7 und 14 des Turmes. Auf dieser Abbildung zeigt der Pfeil 12 die Richtung des Windes an, der in den Turm eintritt. Pfeil 11 zeigt die Richtung der Strömung an, die bewirkt, dass dieser Turm zyklonisch ist, da sie von unten nach oben verläuft. Strömungen treten auch an den Stellen ein, die durch die Pfeile 15 und 6 gekennzeichnet sind, deren Strömung die entsprechende Konversionsvorrichtung betreibt, bei der es sich in Figur 2 um eine Turbine 16, im unteren Teil, handelt, während der obere Teil eine Gruppe von Propellern oder Schaufeln 9 zeigt, deren Rotoren Gegenrotoren sind und sich im Kopf des Turmes innerhalb der Diffusoren 10 befinden. Im unteren Teil von so

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Fig. 2 würden die Deflektoren liegen.

Sowohl am Sockel als auch am oberen Teil des Konverterturmes werden entweder an einem oder an beiden Enden Vorrichtungen angebracht, welche die kinetische Energie 65 oder Strömungen in elektrische oder mechanische Energie umwandeln; es können Pumpen, Generatoren, Kompressoren, Dynamos, Wechselstromtrafos usw. sein.

Figur 3 zeigt einen Querschnitt eines Konvektorturmes, bei

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dem ein Querschnitt durch zwei Konvektoren mit senkrechten Windleitblechen 2,4 und Verschlüssen 18 für den Eintritt der Strömung in den Wirbelkanal ersichtlich ist; die Verschlüsse 18 sind durch die Dämpferarme 17 gestützt, die in den Stützpunkten schwenkbar angelenkt sind und sich öffnen, wenn sie sich an einem Konvektor befinden, der den Durchgang einer Strömung zulässt, um ihn entsprechend der jeweiligen Windrichtung zu beaufschlagen. Das aerodynamische Profil der Verschlüsse verlagert sich dabei an die Stelle des geringsten Widerstandes. Dieser Verschluss schliesst sich jedoch, wenn die Strömung im Inneren des Konvektors versucht, aus dem bereits gebildeten Wirbel auszubrechen. Die Drehung des Verschlusses erfolgt, wenn die Luft in einem Konvektor eintritt, und zwar in einer Richtung, die auf den Verschluss von aussen nach innen schiebt, wobei er in die Position gebracht wird, bei der der Widerstand beim Eintritt der Luft am geringsten ist; bewegt sich die Luft von innen nach aussen, wird der entsprechende Konvektor verschlossen gehalten. Sie sind mit einem oder mehreren Rücklaufdämpfern versehen, die sich gemäss der jeweiligen Strömung verhalten.

Wenn bei den Konvektoren, die zu Figur 3 beschrieben wurden, die Verschlussvorrichtungen weggelassen und die Windleitbleche über die tangentiale Linie der Strömung verlängert werden, bis sie einen Teil des Wirbelkanals bilden, erhält man Konvektoren, die für Einheiten verwertbar sind, deren Leistung bis zu 5 kW beträgt, wobei die Effektivität eine weniger wichtige Rolle spielt, da man den Vorteil hat, dass bewegliche Elemente eliminiert werden. Wenn am vorher beschriebenen zyklonischen Umwandlungsturm an seiner Basis eine Oberfläche 20 (Fig. 4) vorgesehen wird, welche die Sonnenstrahlung 21 durchlässt - Abdeckung aus Glas, Kunststoff usw. - und eine Reflexion in die Umgebung verhindert wird, so gelingt es - aufgrund des bekannten Treibhauseffektes -, im Umkreis der sekundären Ansaugung des zyklonischen Umwandlers die Sonnenstrahlenenergie in Form von wandelbarer warmer Luft auszunutzen.

Um den thermischen Ausstrahlungseffekt des zyklonischen Solarsystems zu erhöhen, besitzt die Basis einen wärmeabsorbierenden schwarzen Untergrund 25, der aus geeignetem Werkstoff für die Speicherung von Wärme besteht.

Der Energieumwandler 24, der nach Figur 4 aus zwei auf gegenrotierenden Achsen montierten Propellern besteht, nimmt die thermische und die kinetische Strömung auf. So gibt es bei der Umwandlung der Strömung im Inneren des Wirbelleiters zwei energetische Vektoren: einen thermischen und einen durch Umsetzen der kinetischen Energie der Hauptströmung. Der Wärmespeicher und der schwarze wärmeabsorbierende Untergrund 25 bilden ein regulierendes Element, das die Wärme im Verlauf des Tages ansammelt und nachts den Überschuss abgibt, wodurch eine Gleichmäs-sigkeit der Wärme des Windes bewirkt wird.

Die thermische Energie gibt zusammen mit der umgewandelten kinetischen Energie den Energiekonvertern 24 und 9 gemäss Figur 4 die Summe ihrer Energien unter der interaktiven, regularisierenden Wirkung der gegenseitig erzeugten parawirbelartigen Strömungen ab.

Um den Nutzungsgrad der Anlage bei ruhiger oder bewölkter Witterung zu regulieren, wird dem Turm zusätzlich zur Strahlenenergie zu einer künstlichen thermischen Versorgung durch die Brenner 22 für flüssige Brennstoffe verholfen, die so gelagert sind, dass die heissen Verbrennungsgase tangential und horizontal der Basis des Wirbelkanals 23 zuströmen, derart, dass die Abgase, nachdem sie den Schaufelkonverter 24 betätigt haben, einen künstlichen Wirbel erzeugen, dessen Sog auf die Basis der sekundären Ansaugung 19 wirkt. Eine Einheit wie die soeben beschriebene gewährt die Möglichkeit der gemeinsamen oder getrennten

Verwertung von Wind- und Sonnenenergie und eventuell auch von Wärmeenergie, die aus der Verbrennung stammt. Man kann die in Figur 4 beschriebene Einheit noch mit einem Becken mit niedrigem Wasserspiegel 44 in der Basis (Fig. 5) ergänzen, das Warmwasser und gesättigte Luft aus Vordampferzeugern aufnimmt, sogenannten Wassertreibhäusern 30 mit schwarzem wärmeabsorbierenden Grund 32, die mit einer Transparentoberfläche 31 abgedeckt sind, die die folienartige Membranabdeckung bildet und eine Treibhauszone auf der Wasseroberfläche oder über Wasserschichten entstehen lässt, wobei das Wasser aus einer grossen natürlichen oder künstlichen Wasserader 36 zuströmt, nachdem es mit Sonnenstrahlen 21 vorgewärmt wurde und einen Ansammler für salziges Oberflächen wasser 37 durchlaufen hat. Es wird von einer Pumpe 38 gepumpt, gelangt durch die Leitung 39 zur Treibhauszone, wobei es sich über dem wärmeabsorbierenden Grund 32 ausbreitet und dort durch die Sonnenstrahlen 21, die auf die Abdeckung 31 fallen, noch weiter angewärmt wird. Durch die Leitung 40, die an die Zuführung gesättigter Luft angeschlossen ist, wird diese Luft auf den oberen Teil des Beckens 44 geführt. Auf die gleiche Weise wird dieses Becken 44 durch die Leitungen 43 mit warmem Wasser aus dem Wassertreibhaus 30 gefüllt, dessen Abdeckung 31 durch die Stützbalken 33 gehalten und mit Spannern 34 gestrafft wird. Durch den Eingang 35 erfolgt der Eintritt der Luft von aussen. Die Leitung 41 dient der Entnahme von Salzen. Im Inneren des Beckens 44 ist es möglich, dank des Wassers, das durch die Leitung 43 zuströmt, und bedingt durch die gesättigte Luft, die über dem Becken vom Wassertreibhaus 30 durch die Leitung 40 zugeführt wird, an der Basis des zyklonischen Umwandlers die thermischen Bedingungen eines natürlichen Zyklones zu schaffen.

Man erreicht durch diese Vorrichtungen eine Einbeziehung der kinetischen Energie des Windes, der Strahlenenergie der Sonne, der Energie, die aus der Verbrennung an der Basis des Wirbelkanals von Gasen oder flüssigem Treibstoff stammt, als auch der Energie aus der Oberflächenwärme des Meerwassers und aus den der Sonne ausgesetzten Wassertreibhäusern.

Bei der leichten Integration aller entzieht man jederzeit das höchste Mass an zur Verfügung stehenden Energien aus der Natur, sei es Windenergie, solare, thermische oder aus dem Meer herkommende Energie. Im Karenzfall kann die Energie aus flüssigen Brennstoffen erzeugt werden, wodurch das Verfahren unabhängig von den vorherrschenden klimatologi-schen Bedingungen wird. Bei dem in Figur 5 gezeigten Turm bildet die kinetische Energie des Windes eine Unterdrucksäule, die warme, wandelbare Luft aufsaugt, die vom Solartreibhaus 20, der wärmeabsorbierenden Oberfläche 25 und dem Speicher 45 erzeugt wird. Die aufsteigende Windsäule saugt bei 26 warme, gesättigte Luft aus den Rohrleitungen (z.B. 40) auf, während das warme Wasser durch die Leitungen 43 eintritt.

Mit den Verschlüssen 29, die als Drosseldeflektoren der sekundären Saugleitungen 40 wirken, kann man die geeignetsten Mischungen aus gesättigter Luft und Trockenluft 42 bestimmen.

Dieser zyklonische Turm, der voll regulierbar ist, lässt eine aufstrebende Säule aus Luft, durch Unterdruck, entstehen, der durch die kinetische Energie erzeugt wird. Die Kondensierung dieser Luft kann, wenn sie eine bestimmte Höhe im Turm erreicht, nach Wunsch kondensiertes und entsalztes Wasser erzeugen, das in den Wärmekondensatoren 27 aufgefangen und in Behältern 28 durch geeignete Kanäle oder Leitungen einem Speicher zugeführt wird. Die aus der Kondensation entstandene Wärme wird an die aufsteigende Luftsäule weitergegeben, stärkt die aufsteigende Strömung des s

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Wirbelstromes und vergrössert die Unterdrucksäule und die Parawirbelströmungen. Folglich kann die aufsteigende warme Säule, die so entstanden ist, die kinetische Energie des Windes so lange ersetzen, bis sich ein eingegrenzter, stabilisierter Zyklon gebildet hat.

Die Kondensation des Wassers aus der aufgesaugten gesättigten Luft bietet dem System eine Bezugsquelle äusserer thermischer Energie, welche den eingegrenzten Zyklon in Betrieb hält, sogar wenn Parawirbelströmungen fehlen, d. h. jene kinetische Grundströmung, die bei der Ausbreitung und beim Auslösen des Zyklons benötigt wird. Wenn man über ausreichend grosse Wassertreibhäuser verfügt, erhält man ein natürliches und wirtschaftliches System, um Solarenergie aufzufangen, indem man sie in kinetische Energie in Form aufsteigender Luft umwandelt, die einem Turbinenkonverter, Propeller, wie bei 9, usw. zugeführt und dort umgewandelt werden kann, um auf diese Weise elektrische Energie zu erzeugen.

Die trockene Luft 42 sowie die aus dem oberen Teil des Beckens 44 abgezogene Luft vermengen sich im Wirbelkanal 23, wobei sie die Propeller 24 beim Durchlauf antreiben. In Figur 5 ist auch erkennbar, dass die Strahlen 21 das Solartreibhaus 20 und Aussteifer 3,5 anwärmen, deren Querschritte aerodynamisch sind und zu den danebenliegenden Konvektoren gehören, durch welche die Luft geleitet wird, die aus einer Richtung gemäss Pfeil 12 kommt. Alle bisher in Figur 5 beschriebenen Bestandteile können zusammen oder separat verwendet werden. Die in der Zeichnung dargestellte Reihenfolge bzw. Anordnung der einzelnen Komponenten ist weder begrenzend noch bindend; das Trockentreibhaus, das Wassertreibhaus und die Brenner können in beliebiger Weise angebracht werden, soweit der physikalische Effekt im Hinblick auf die Reihenfolge und die Integration der Strömungen zusammen einen nach oben gerichteten Vektor der Luftsäule ergeben, welche die Konversionselemente zur Umwandlung in elektrische Energie betreibt, nämlich: Turbinen, Propeller usw., die an die erwähnten Generatoren angeschlossen sind oder an andere geeignete Mittel wie Pumpen, Kompressoren und Akkumulatoren.

Auf die gleiche Art, wie die zyklonischen Türme entstehen, erhält man - wenn sich die Richtung der eintretenden Luft ändert - einen antizyklonischen Turm mit der Eigenschaft, dass auf unserer Halbkugel der darin eintretende Wirbel statt von unten nach oben, von oben nach unten gerichtet ist, d.h., auf der anderen Halbkugel verläuft alles umgekehrt.

Figur 6 zeigt ein kombiniertes zyklonisch-antizyklonisches System, das synergetisch ist. Diese Figur zeigt, wie die kombinierten Effekte des zyklonischen Turmes mit dem antizyklonischen Turm genutzt werden. Mit einem antizyklonischen Turm 47 ist ein Entzyklonisierer 46 gekoppelt; die Strömung wird durch eine Leitung 56 geschickt, in der sie beim Durchgang durch einen energetischen Umwandler 52 einen elektrischen Generator 51 antreibt. Danach verläuft die Strömung in Richtung des Pfeiles 50 und in den zyklonischen Turm 49. Ein Verbrennungsmodul 55 komplettiert und verbessert das Verfahren. Es ist mit Brennern 54 ausgestattet, die für Energie sorgen, wenn die klimatischen Bedingungen das Funktionieren des Systems nicht begünstigen.

Schliesslich öffnet oder schliesst eine Plattenblende 53, die durch einen hydropneumatischen Servomechanismus gelenkt wird, die Saugleitung und steuert auf diese Weise den Ablauf und damit auch die Leistung des Systems. Wenn die Achsen der zyklonischen und antizyklonischen Türme in einem bestimmten Abstand im Hinblick auf die Richtung der vorherrschenden Strömung stehen, deren Abstand «Störungskote» genannt wird, verhält es sich so, dass der zweite Turm in Reihe mit der Hauptströmung den im ersten Turm in seiner Geschwindigkeit beeinträchtigten Strom aufnimmt,

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wobei sich die Energie im zweiten Turm um einen wesentlichen Koeffizienten erhöht, und zwar wegen der höheren Geschwindigkeit der Strömung, die durch den ersten Turm in Strömungsrichtung gestört ist.

s Die Kombination des zyklonischen mit dem antizyklonischen System mit Einschluss der Störungsströmung erfordert die Annäherung der Konversionseinheiten (Türme), während das konventionelle System mit Windrädern die Trennung der die Windräder tragenden Türme erfordert.

io In diesem Fall wird gezeigt, dass, ganz im Gegensatz dazu, wie es bei den konventionellen Konvertern durch Propellereinsatz geschieht, durch den Einfluss einer Strömung auf die andere die Kombination der beiden Türme mehr Energie erfasst, als sie getrennt aufnehmen würden.

15 Eine doppelte Kombination wie die eben beschriebene ist für Strömungen geeignet, die in einer einzigen Richtung verlaufen, wie z.B. in den Engpässen von Gebirgsketten für kata-batische Strömungen oder an Küsten mit warmen Winden. Diese Kombination von zyklonischen und antizyklonischen 20 Systemen wird durch Weglassen einiger luv- oder leewärtsgelagerter Windleitbleche zwischen den Türmen und dadurch, dass diese durch besondere Leitbleche ersetzt werden, verbessert. Die optimale Störungskote ist eine Funktion der Durchschnittsgeschwindigkeit der vorherrschenden Strömung. Den 25 Abstand, bei dem diese Erscheinung mit höchster Intensität auftritt, nennen wir «induzierte Störungskote».

Die kombinierte Aufstellung der Systeme, die gleichzeitig symmetrisch zyklonisch-antizyklonisch arbeiten, erlaubt es, auf relativ kleinen Oberflächen Aufnahme- und Umwand-30 lungssysteme für dichte solare Energie zu konzentrieren. Diese Erscheinung ist identisch und hat die gleichen Ursachen wie die Windstörungen zwischen grossen Gebäuden.

In Figur 7 wird schematisch die Koppelung diverser Kraft-35 Werkseinheiten wie der bisher beschriebenen gezeigt, die miteinander in verschiedenen Abständen, genannt «induzierte Störungskote», aufgestellt werden; wie bereits gesagt kommt es auf diesen Abstand an, wenn man Höchstleistungen erzielen will, wobei die Einheiten so zusammengestellt 40 werden, dass die Streuung dem Winddiagramm und den vorherrschenden Geschwindigkeiten der Winde am Ort entspricht. Dank dieser vielseitigen Kombination erzielt man eine induzierte Störungsströmung, die hier kurz mit Poly-Fluper (Abkürzung des spanischsprachigen Ausdrucks poli-45 flujo-perturbado) bezeichnet wird. Hiermit erhält man eine hohe Leistung an energetischer Windkonzentration. Daher ist diese Aufstellung am besten für grosse Windenergiegewin-nungszentralen geeignet, wobei man Leistungen erzielen kann, die denjenigen von grossen Wärmekraftwerken sowie so Wasser- oder Atomkraftwerken gleichkommen. Gemäss Figur 7 wird als Beispiel eine vielfache Kombination für allseitige Windrichtung gezeigt, bei der eine Einheit zyklonisch und mehrere antizyklonisch sind, die auf einer horizontalen Ebene, gemäss dem in Frage kommenden Diagramm der ss Winde und deren vorherrschenden Richtungen, aufgestellt wird. Aus dieser Figur wird ersichtlich, wie verschiedene antizyklonische Einheiten wie 58 mit dem dazugehörigen Entzyklonisierer 57, ferner 47 und weitere über 61 und 59 in den Sammler 60 konvergent einfliessen, wobei die aus dem 60 Sammler kommende Strömungsenergie, nachdem sie die Blende durchläuft, die vom Servomechanismus 48 reguliert wird, in die Konvertereinheit 52 eintritt und den elektrischen Generator 51 betreibt und dann durch eine Leitung tritt, an der die Wasserstoff- oder sonstigen Treibstoff-Brenner 58 65 periferisch gelagert sind, und schliesslich das zyklonische Modul 49 durchquert und dort mit dessen Strömung zusam-menfliesst und dadurch ein Höchstmass an Energie erzeugt wird.

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Nachfolgend werden detailliert einige Bestandteile der hier gegenständlichen Systeme beschrieben.

Die Verschlüsse des Wirbelkanals neigen dazu, sich zu schliessen, wenn die Luft versucht, aus dem Wirbelkanal nach aussen zu gelangen, und sie öffnen sich, wenn die Luft versucht, in den Wirbelkanal einzuströmen. Obgleich die Deflektoren und Diffusoren entgegengesetzten Zwecken dienen, können beim zyklonisch-antizyklonischen energetischen System die Baukonzepte wegen der axialen Symmetrie der Strömungen des einen oder anderen Konzepts identisch sein, denn das, was beim antizyklonischen Strom die Strömung deflektiert, kanalisiert und konzentriert, kann bei einem zyklonischen System die entgegengesetzte Funktion erfüllen, nämlich die austretende Strömung ausbreiten und verbreiten.

Figur 8 zeigt schematisch einige Deflektoren-Diffusoren mit Rohrkrümmern, welche die Auffang- und Transformationsleistung der Energie der Anlage verbessern und erhöhen.

Obwohl in der Konstruktion die geometrischen Verhältnisse verschieden sind, was die geeignetste allseitige Orientierung am Wind betrifft, ist das Prinzip das gleiche.

Figur 9 ist eine Draufsicht auf die Abbildung gemäss Figur 8, und Figur 10 ist ein Querschnitt A-A gemäss Figur 8. Die in 69 eintretende Strömung, die aus 68 (Fig. 8) kommt, überlagert sich der sekundären Strömung, die vom Wirbelkanal 65 in einem zyklonischen System mit Windbeaufschlagung aus Richtung 66 angesagt wird. Ebenso ist es bei dem auf den Diffusor 63 von aussen einwirkenden Strom 64, wobei ein Unterdruck im Windschatten gebildet wird, der das Ansaugen und Verteilen der austretenden Strömung unterstützt. Auf diese Weise erhält man die geometrische Addition der energetischen Vektoren, die durch 67,69 und 64, alle in gleicher Richtung, erzeugt werden. Es ist klar ersichtlich, dass der Diffusor, der als solcher bei 63 wirkt, bei 62 die Funktion eines Deflektors erfüllt. Für ein gleiches System wirken beim Wechsel auf die andere Halbkugel der Erde die Deflektoren als Diffusoren und die Diffusoren als Deflektoren und werden in diesem zyklonisch-antizyklonischen System zum ersten Mal verwendet, gleichgültig ob sie orientierbar oder statisch konzentrisch sind, wie in Figur 11 dargestellt; bei dieser Figur handelt es sich um eine zyklonische Vorrichtung mit feststehenden Windleitblechen 74, durch welche die entsprechenden Konvektoren gebildet werden, die mit Verschlüssen versehen sind, wie mit 18 in Figur 3 gezeigt, die entsprechend der Richtung der Hauptströmung verschwenkbar sind. Im Falle der Figur 11 können die Deflektoren und Diffusoren in Form einer Scheibe mit Öffnung in der Mitte des aerodynamischen Bereichs parallel konvergent und/oder divergent von innen nach aussen oder von aussen nach innen gebaut werden, je nachdem ob die Funktion Diffusion oder Deflektion (Fig. 12) erwünscht ist. Bei Figur 11 für ein zyklonisches System, das den horizontalen Wind 75 in einen Wirbel 71 mit Antrieb in Richtung 72 auf der nördlichen Halbkugel umwandelt, ist 73 ein Kopfverteiler zur Aufnahme der Aufwärtsströmung, der das Auftreten horizontaler Schnittkräfte am Ausgang des Wirbelstromes aus dem Turm verhindert und damit die weiche Inflexion zum Windschatten des Wirbels und die gleichmässige Verteilung in der Hauptströmung fördert. Auf gleiche Weise wirkt der Sockelde-flektor 70 am unteren Teil. Er vermeidet die Bildung von niedrigem Druck. In diesem Fall könnte eine bedeutsame Änderung die Konvergenz im Diffusor oder in den Diffusoren und die Divergenz in den Deflektoren sein, wie aus Figur 12 ersichtlich wird, welche ein antizyklonisches System darstellt. Bei dieser Figur 12 verursacht die aus Richtung 80 einwirkende energetische Strömung mit einer Drehung im Uhrzeigersinn 77 eine zu den Konvertern absteigende Strömung 78. Die Kopfdeflektoren 79 zwingen die Strömung

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durch den Wirbelkanal hinabzuströmen, während die Basis-diffusoren 76 aufgrund ihrer Konvergenz einen Unterdruck erzeugen, der den Austritt des absteigenden Stromes fördert.

Folglich besteht der Deflektor-Diffusor aus einer, zweien s oder mehreren Scheiben verschiedener Ausmasse, mit zentraler aerodynamischer Öffnung, welche konvergent und/ oder divergent von innen nach aussen oder von aussen nach innen, je nachdem ob sie die Funktion eines Diffusors oder eines Deflektors erfüllt, ausgebildet sind.

10 Auf der nördlichen Halbkugel sind die Deflektoren 79 für ein antizyklonisches System (Fig. 12) divergent zur Mitte, während die Diffusoren 76 zur Achse hin konvergent sind.

Selbstverständlich werden ebenso häufig Deflektoren-Diffusoren der Typen «venturi» oder zylindrische oder halbkugelförmige aus doppelt pendelnden Platten sowie kombinierte Deflektoren-Diffusoren für alle oben aufgeführten Anwendungen benutzt.

Für die energetische Umwandlung und Nutzung der aufgefangenen Strömung (oder sekundär als aufsteigender oder absteigender, linearer oder drehender Wirbel) verwendet man verschiedene Vorrichtungen wie konzentrische Turbinen, gegenrotierende, doppelte oder einfache sowie konventionelle oder abgeänderte Propeller je nach Geometrie und linearem Verlauf des Energiestromes oder auch Doppelpropeller, die gegenrotierend sind, um sowohl die Saug- oder Druckströmung auszunutzen oder auch gegebenenfalls die aufsteigenden thermischen Strömungen für die zyklonischen und antizyklonischen Systeme, die hier beschrieben wurden, wie der Hauptparawirbel oder die horizontale Strömung.

Andere mögliche Vorrichtungen sind Turbinen mit mehrfachen Schaufeln und feststehendem oder Rotationsdeflektor für Luft und/oder warme Gase in einfachen zyklonischen, kombinierten antizyklonischen oder Mehrzweck-Poly-35 Fluper-Systemen.

Auf jeden Fall bietet die Verwendung von einfachen Propellern oder Turbinen für die Umwandlung der verlagerten oder induzierten energetischen Strömung eine niedrige Auffangleistung, die höchstens 59% entspricht. Um diese Lei-40 stung zu steigern, werden an die zyklonischen und antizyklonischen Systeme gegenkreisende doppelte Energiekonverter angeschlossen, wobei Auffangkoeffizienten von ca. 83% erreicht werden. Hierbei ist es erforderlich, die Richtung der Umkreisung der sich daraus ergebenden Kraft umzukehren, 45 indem man diese Kraft zu derjenigen der anderen in Figur 13 gezeigten konzentrischen Vorrichtung hinzuaddiert. Gemäss Figur 13 kreist der Propeller 85, der auch durch einen Rotor oder eine Turbine ersetzt werden kann, in einer festgelegten Richtung, wobei sich die Welle 86 mitdreht, z.B. im Uhr-50 zeigersinn, während der Propeller 84 mit der Welle 83 in entgegengesetzter Richtung dreht. Durch die Kegelräder 87 und 82 wird der Drehsinn umgekehrt, so dass das Zahnrad 81 in gleicher Richtung wie die Welle 86 umläuft und die beiden Wellen über einen Keil 88 übereinstimmend auf den Abtrieb 55 treiben. Der Stromsammler (Fig. 14) ist dafür vorgesehen, die Strömungen, die von verschiedenen antizyklonischen Systemen kommen oder von Zyklonen aufgesaugt werden, zum gemeinsamen Energiekonverter zu kanalisieren und zu orientieren; für diesen Zweck besteht er hauptsächlich aus 60 einem Körper 89, dessen Wände konzentrische oder nicht konzentrische Zylinder sind, die oben und unten geschlossen sind. In diesen Körper 89 münden Leitungen 90, welche die aus dem antizyklonischen System kommende Strömung transportieren. Die Strömung kreist durch den zylindrischen 65 Aufbau und lässt nachfolgend die Zuführung von Strömungen aus anderen Systemen bis zu einer bestimmten Stelle zu, an der ein tangentiales Wirbelleitblech 92 mit einer gemeinsamen Austrittsleitung 91 verbunden ist.

Die aus 91 kommende Strömung kann an einen Energiekonverter und saugseitig an einen zyklonischen Turm angeschlossen werden. Wenn es erforderlich ist, erneut die nicht-rotationale und rotationale Strömung des Wirbels in eine lineare Strömung umzuwandeln, um sie in einer gemeinsamen Strömung zu vereinen, z.B. durch Entzyklonisieren oder Entwirbeln, werden Vorrichtungen verwendet, welche mit Entzyklonisatoren oder Entwirbeler bezeichnet werden; gemäss Figur 15 bestehen derartige Vorrichtungen im wesentlichen aus zwei konzentrischen Zylindern 95 und 94. Im Innern dieser Zylinder ist eine deflektierende, kegelförmige Oberfläche 97 angebracht, die die Strömung zwangsläufig in die länglich gebogene Leitung 98 drängt. Die rotierende Strömung 96 vereinigt sich im asymmetrischen hosenförmigen Rohrstutzen 99 mit der linearisierten Strömung aus dem absteigenden Wirbel 93 innerhalb der Leitung 101. Diese linearisierte Strömung 100 kann einen Sammler für Strömungen anderer Herkunft oder Türmen zugeführt werden. Indem man den Strom am Anfang oder am Ende der Wirbelsäule drosselt, ändert sich das Flussvolumen in dieser Säule und folglich auch die Energie pro Zeiteinheit. Regelvorrichtungen, wie in Figur 16 gezeigt, übernehmen die Regelung am Kopf oder, wie in Figur 17 gezeigt, an der Basis. Beide Vorrichtungen regulieren mit Hilfe einer zylindrischen, elastischen Membrane 104 oder 105. Sie liegen jeweils am Ende bzw. am Anfang der Wirbelsäule. Die Regelvorrichtung nach Figur 16 entlässt den Strom durch die Düse 102, nachdem die elastische Membrane 104 durchlaufen wurde, die von einem Servokompressor und dem Führungsventil 103 dirigiert wird.

Die Regelvorrichtungen bestehen aus einem äusseren, resistenten Zylinder und einem flexiblen, konzentrischen, blendenartigen Zylinder, dessen Durchmesser sich in Funktion des Druckes und/oder Soges ändert, die im Inneren oder Hohlraum beider zylindrischer Körper durch einen Servokompressor und ein Steuerventil 103 oder einen Servoregler 106 eingestellt werden. Am untereren Teil sieht man die Verteilervorrichtungen oder Deflektoren 107.

Figur 18 zeigt eine Regelvorrichtung, die am Anfang und/ oder am Ende des Wirbelkanals vorgesehen ist. Diese Regelvorrichtung besteht im wesentlichen aus Schiebern, z.B. in Art von Rolläden in verschiedener Anzahl, die den Wirbelkanal öffnen oder schliessen, wobei sie den Durchgang des Stromes regulieren. Aus dieser Abbildung kann man leicht ersehen, wie die Schieber 108 der Regelvorrichtung offen stehen, während sie bei 109 geschlossen sind.

Die Sonnenenergie fällt so unregelmässig an, dass es erforderlich ist, die überschüssige Energie zu sammeln, um die Nachfrage zu decken, wie es bei der Wasserkraft ja auch der Fall ist. Eine der wesentlichen Anwendungen des beanspruchten Systems besteht in einer massenhaften Energieerzeugung zur Ansammlung der Sonnen-, bzw. Windenergie, wie wir nachfolgend getrennt erklären werden.

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Zunächst kann man ein Hydro-Windsystem wie folgt ausbilden:

Die elektrische Energie aus den zyklonischen und/oder antizyklonischen Zentralen kann an reversible Pumpen, Tur-s binen oder Generatoren angeschlossen werden, wobei das Wasser aus den Talsperren bei Wasserkraftanlagen zurückgepumpt wird, wodurch der Verbrauch an Wasser für die Elektrizitätserzeugung nur noch durch die Verdampfung oder Filtration reduziert wird. Hiermit werden bisher ungeahnte io Möglichkeiten eröffnet. In erster Linie ermöglicht es die Nutzung von Wasserbecken, die sonst wegen zu grossen Gefälles die Möglichkeit ausschliessen, Staudämme mit derart grosser Ausdehnung und Auffangmenge zu bilden, welche den Bau eines Wasserkraftwerkes rechtfertigten. In zweiter Linie 15 werden an denjenigen Orten, wo bereits Staudämme existieren, beträchtliche Mengen Wassers für industrielle, landwirtschaftliche oder häusliche Zwecke frei, die bis jetzt nur für Energiezwecke in den grossen Staudämmen zur Verfügung stehen.

20 Das zyklonisch-antizyklonische System ermöglicht eine Nutzung von Windenergie, solarer Energie und der thermischen Energie des Meeres, deren Nutzung die Voraussetzung ist für den Bau grosser Anlagen mit einer Leistung, die der von Wärme- und Wasserkraftwerken entspricht. Auf diese 25 Weise werden die bisher gegebenen Voraussetzungen für die Nutzung des zur Verfügung stehenden Wassers und der Energie verändert.

Hydro-zyklonisches System: Bei Verwendung der Energie aus den zyklonischen-antizyklonischen Einheiten, mit oder 30 ohne elektrolytischen Modulen, die mit Meereswasser oder Solewasser versorgt werden, erreicht man die Gewinnung von Wasserstoff zu niedrigen Kosten, ermöglicht durch Anwendung der entsprechenden Verfahren mit Methanol oder flüssigem Brennstoff oder einer Kombination von Koh-35 lenwasserstoffen.

Eine Wasserstoff-Wind-Einheit kann Energie und andere wichtige Produkte erzeugen, wie: Wasserstoff, Sauerstoff, Salze jeder Art, entsalztes Wasser. So wie die Anwendung des Hydro-Wind-Systems in gebirgigen Ländern gerechtfertigt 40 ist, so ist das Wasserstoff-Wind-System besonders für Länder mit Küstengebieten oder Meeren und Binnenseen geeignet. Es wird noch vermerkt, dass die Systeme für die Gewinnung von Energie mittels Strömungen, die denjenigen ähneln, die einen natürlichen Zyklon oder Antizyklon bilden, in geeig-45 neter Form und Grössenordnung hergestellt werden können, und zwar mit den am geeignetsten erscheinenden Materialien für jeden konkreten Fall, ohne dass diese Variationen, die in ihren Einzelheiten im Hinblick auf Form und Ausführung noch einbezogen werden, den beanspruchten Gegenstand so wesentlich verändern, wodurch die Systeme, die innerhalb dieser Charakteristika unter Einschluss von Änderungen jeder beliebigen Art verwirklicht werden, weitere mögliche Varianten sind.

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9 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Energie mittels Strömungen, die denjenigen ähneln, die natürliche Zyklone oder Antizyklone bilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Konverterturm (47,49) vorgesehen ist, welcher eine Ansammlung von durch Leitbleche (4) gebildete Konvektoren umfasst, die alle um eine Symmetrieachse des Turms gelegen und auf Windleitbleche gerichtet sind, welche in trompetenförmigen Drehkörpern angebracht sind und am obersten oder untersten Ende des mindestens einen Turms Diffusoren und Deflektoren zur Erhöhung der Leistung der Vorrichtung bilden, wobei diese Windleitbleche am Kopfende oder an der Basis des Konverterturms angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis des Turms Mittel zur Gewinnung von Solarenergie aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvektoren aus zwei vertikalen Windblechen (4) gebildet sind, deren Profile tangential zur Richtung der Strömung verlaufen und die durch Versteifung mit aerodynamischem Profil verbunden sind, die den Konvektor zusammen mit den Windleitblechen bilden, welche vorzugsweise jeweils eine Verlängerung aufweisen, die einen Teil des Wirbelkanals ausbildet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aerodynamisch ausgebildete Verschlüsse angebracht sind, welche sich auf Dämpferarme stützen und um diese verschwenkbar sind und die sich schliessen, wenn die Strömung aus dem Inneren des Wirbels kommt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Konvektor aus einem Hohlkörper besteht, der eine gewölbte oder pyramidenstumpfförmige Oberfläche bildet und mit Verschlüssen versehen ist, die aus Schiebern mit vertikaler Achse mit aerodynamischen Abschnitten oder Flächen mit Dämpfern bestehen und auch über Servovorrichtungen verfügen, welche die Antriebsleistung der Strömungen steigern und sich so lagern, dass sie den geringsten Widerstand bieten odersich schliessen, wenn besagte Strömung aus dem Wirbelkanal austritt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich eine Einheit mit Treibhauseffekt umfasst, die in der Basis vorgesehen ist, derart, dass die auf solarer Energie und Windenergie fussende Vorrichtung bei der Bildung eines Temperaturgradienten eine aufsteigende Strömung erzeugt, die sich der durch das zyklonische System aufgesaugten Strömung zumischt, und dass ein konventionelles Erhitzungssystem durch Verbrennung flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe vorgesehen ist, welches die aufsteigende, warme Strömung ersetzt oder ergänzt, falls aufgrund der Witterungsbedingungen nicht genügend Solarenergie zur Verfügung steht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter an der Basis des Konverterturms ein Wasserbecken mit schwarzem, wärmeabsorbierendem Grund aufweist, in welches vorgewärmtes Wasser einspeisbar ist, dass das Becken mit der Achse des Konverterturms durch eine Leitung verbunden ist, in welche gesättigte Luft aus dem Becken einführbar ist, dass in der Basis des Turms Auffangkanäle für Kondenswasser vorgesehen sind und dass das gesamte Becken von einem Wärmesammler umgeben ist, welcher an seiner Oberfläche mit wärmeabsorbierendem Material versehen ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein antizyklonischer Konverterturm dadurch gebildet ist, dass die Windbleche (4) gleichsinnig gekrümmt angeordnet sind, wobei alle Elemente mit Ausnahme der am Kopf und am Fuss angebrachten Deflektoren und Diffusoren zur Längsachse des Turms symmetrisch angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch s gekennzeichnet, dass an derselben Kote zyklonische Konvertertürme mit antizyklonischen Konvertertürmen kombiniert sind, in denen das Impulsieren einer Strömung durch das Ansaugen der Strömung aus den zyklonischen Konvertern erfolgt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei zyklonischen und antizyklonischen Konvertertürmen ein Entzyklonisierer angeordnet ist, der über einem gemeinsamen Generator oder Energiekonverter mit den zyklonischen oder antizyklonischen Türmen verbunden ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Wind-, Solar- oder kombinierte Energiezentralen miteinander unter Berücksichtigung des günstigsten Strömungsabstands der zyklonisch-antizyklonischen Einheiten verbunden sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Umwandlung der Strömung in Energie in konzentrischen gegenkreisenden Turbinen, konventionellen Propellern, solchen mit entsprechend der Geometrie der Energieströmung abgeändertem Profil oder gegenläufigen Doppelpropellern erfolgt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversion und Transformation der Energie mit Mehrfachschaufelturbinen und festsitzenden oder drehenden Diffusoren für Luft und/oder Verbrennungsgase erfolgt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungssammler mit zyklonischen und antizyklonischen, kombinierten oder Mehrfachkonvertertürmen im wesentlichen aus zwei walzenförmigen exzentrischen oder konzentrischen Hohlkörpern besteht, die oben und unten geschlossen und mit Leitungen aus den antizyklonischen Vorrichtungen verbunden sind und ausserdem über ein tangentiales Windleitblech verfügen, das an eine gemeinsame Austrittsleitung angeschlossen ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Energie durch Drosselung der Strömung mittels elastischer Zylinder erfolgt, die jeweils am Ende und am Anfang des Wirbelkanals vorgesehen sind, oder durch eine Gruppe mehrerer Schieber, die den Wirbelkanal öffnen oder schliessen und dabei die Strömung durch diesen ändern.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie am untersten Ende des Wirbelkanals und an der Innenseite der Turmbasis Sammler in Form von Kanälen besitzt, die das entsalzte Kondenswasser aus dem Wirbelkanal aufnehmen.