DE10129620A1 - Production of a hurricane energy transformer for utilizing fluid force in Newtonian fluids comprises producing air vortices on primary rotational axes, adjusting primary rotations of turbines, and forming vortices on secondary rotating axes - Google Patents
Production of a hurricane energy transformer for utilizing fluid force in Newtonian fluids comprises producing air vortices on primary rotational axes, adjusting primary rotations of turbines, and forming vortices on secondary rotating axesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Hurricanenergy Transformer, zur mehrfachen Konzentration, Speicherung und zur energetischen Nutzung von Arbeit in Hohlzylindern, wobei in einer oder mehreren Ebenen einer Parallelströmung Strömungsenergie in Wirbeln und/oder Wirbelströmungen geschwindigkeits- und massenkonzentriert wird. Durch technische Nachbildung atmosphärischer Wirbel in kleineren Wirkungsräumen wird die energetische Nutzung in technischen Einrichtungen zu verschiedenen Anwendungszwecken möglich. The invention relates to a hurricane energy transformer, for multiple concentration, storage and energetic Use of work in hollow cylinders, being in one or more Levels of a parallel flow flow energy in vortices and / or Eddy currents is speed and mass concentrated. Through technical replication of atmospheric vortices in smaller ones Effective spaces become the energetic use in technical Facilities for various purposes possible.
Beispielsweise werden zur Herstellung von technischen Potentialwirbeln in Strömungsmodulen angeordnete mechanische Lüfter eingesetzt. Strömungsmodule können gleiche oder unterschiedliche Funktionen bei der Nutzung der Fluidkraft haben. Die Strömungsmodule weisen Einström- und Ausströmöffnungen sowie mittige Durchströmöffnungen auf. In einem Strömungsmodul ist ein antreibender Potentialwirbel hergestellt, in dessen Wirbelkern eine Turbine angetrieben wird. Eine Turbine ist auf einer Generatorwelle angeordnet. In einem Vertikalachsen-Hohlkörper-Rotor werden bei Abbremsung durch Energieaustrag Lastwirbel generiert. In einem anderen Strömungsmodul ist ein expandierender Potentialwirbel generiert, der nach der Kontinuitätsbedingung aus dem Unterdruckkern des antreibenden Potentialwirbels und aufgrund des Entropieverhaltens der Atmosphäre, einen Massestrom abzieht. In beiden Strömungsmodulen rotieren gleiche Massen. Mit Anwendung des Verfahrens wird eine Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeiten des antreibenden Potentialwirbels unter Last erreicht, es können größere Masseströme durch das Wirbelsystem durchgesetzt werden. Die Lastkennlinie des Rotors wird annähernd kongruent zu einer Generatorkennlinie eingestellt. Es resultiert ein stabiles Leerlauf-Lastverhalten des Rotors. For example, for the manufacture of technical Mechanical fans arranged in flow modules used. Flow modules can be the same or different Have functions in the use of fluid power. The flow modules have inflow and outflow openings as well as central ones Flow openings on. In a flow module is a driving one Potential vortex produced, in the vortex core a turbine is driven. A turbine is on a generator shaft arranged. In a vertical axis hollow body rotor are at Braking generated by energy discharge. In another Flow module an expanding potential vortex is generated which according to the continuity condition from the vacuum core of the driving potential vortex and due to the entropy behavior withdrawing a mass flow from the atmosphere. In both Flow modules rotate equal masses. With the application of the procedure an increase in the peripheral speeds of the driving Potential eddies reached under load, larger mass flows can occur be enforced by the vortex system. The load characteristic of the Rotors becomes almost congruent to a generator curve set. The result is a stable idle load behavior of the Rotor.
Aus der DE-Zeitschrift Sonnenenergie 2/84 ist die Theorie der Strömungsenergiekonzentration, aus der DE-PS 33 30 899 eine Anordnung zur Konzentration von Strömungsenergie bekannt. From DE magazine Sonnenenergie 2/84 is the theory of Flow energy concentration, from DE-PS 33 30 899 a Arrangement for the concentration of flow energy known.
Das Strömungsfeld um einen beliebig geformten Wirbelfaden und das elektrotechnische Feld um einen beliebig gebogenen, drahtförmigen Leiter werden durch den gleichen Zusammenhang beschrieben: das Biot-Savartsche Gesetz. Wickelt man einen Wirbelfaden mit der Induktion Γ zu einer Spule auf, kommt es zu einer Konzentration von Geschwindigkeit über der Wickelachse. Die Zusatzgeschwindigkeit vz ergibt sich aus der Beziehung vz = Γ.n/l, wobei n die Wirbelzahl und l die Spulenlänge in Metern analog zur Elektrotechnik sind. Werden Wirbel an sternförmig schräg aufgestellten Tragflügeln generiert, entstehen der Tragflügeltheorie entsprechende Randwirbel, welche durch Eigeninduktion stromab eine Doppelwirbelschichtspule bilden. Man kann auf diese Weise mehrere Wirbelfäden zu einem mehrgängigen Wirbelspulen-Konzentrator aufwickeln. Erstmals wurde nachgewiesen, daß aus einer Druckdifferenz zum statischer Druck der Atmosphäre mit technischen Systemen partiell direkt in kinetische Energie gewandelt werden kann. Alle Vorgänge sind in einer Parallelströmung mit in dieser partiellen Ordnung strömenden Masseteilchen nachvollziehbar. Es können getriebelose Anlagen zur Nutzung der erzeugten Kernströmung errichtet werden. The flow field around an arbitrarily shaped vortex filament and the electrotechnical field around an arbitrarily curved, wire-shaped conductor are described by the same connection: the Biot-Savarts law. If you wind a vortex thread with induction Γ into a bobbin, there is a concentration of speed above the winding axis. The additional speed v z results from the relationship v z = Γ.n / l, where n is the number of eddies and l is the coil length in meters analogous to electrical engineering. If vortices are generated on wings that are set at an angle in a star shape, edge vortices corresponding to the wing theory are formed, which form a double fluidized bed coil downstream due to self-induction. In this way, several vortex threads can be wound into a multi-course vortex coil concentrator. For the first time it has been proven that technical systems can partially convert directly from a pressure difference to the static pressure of the atmosphere into kinetic energy. All processes can be traced in a parallel flow with mass particles flowing in this partial order. Gearless systems can be set up to use the generated core flow.
Strömungsenergie wird direkt genutzt, die Pulsation des Windes wirkt in senkrechter Anströmung schwingungserzeugend und damit nachteilig auf den Konzentrator. Die Konzentratorfläche wird größer als die projizierte Anströmfläche freifahrender Windräder vergleichbarer Leistung. Eine wirtschaftliche Nutzung wurde nicht bekannt. Flow energy is used directly, the pulsation of the wind acts in a vertical flow to generate vibrations and thus detrimental to the concentrator. The concentrator area will larger than the projected inflow area of free-moving wind turbines comparable performance. An economic use was not known.
Aus der WO 92/ 21878 ist ein Verfahren zur Herstellung einer dynamischen Wirbelspule bekannt, wobei in einem Strömungsmodul aus einem Potentialwirbel mittels ortsfester oder rotierender Wirbelerzeuger Wirbelströmungen generiert und danach innerhalb des Strömungsmoduls in der Hauptströmung zu einer induzierenden Wirbelspule aufgewickelt werden. Es resultiert ein leistungsstabiles Verhalten einer Turbine, die nach diesem Verfahren arbeitet. Die Drehzahlkennlinien sind linearisiert, die Leistungskennlinie ist einer Generatorkennlinie angepaßt. Problematisch ist die erzielbare Leistung, da sie direkt vom durchgesetzten Volumenstrom abhängt. Es sind Verstärkungen des Volumenstromes vorgeschlagen, die jedoch in nur einer strömungsmechanischen Variante nutzbar wurden. WO 92/21878 describes a method for producing a dynamic vortex coil known, being made in a flow module a potential vortex by means of stationary or rotating Vortex generators generate vortex flows and then within the Flow module in the main flow to an inducing Eddy coil are wound up. The result is a stable performance Behavior of a turbine that works according to this method. The Speed curves are linearized, the performance curve is adapted to a generator curve. It is problematic achievable performance, since it is directly from the volume flow depends. Enhancements to the volume flow are proposed however, they could only be used in a fluid-mechanical variant.
Weiter ist ein Verfahren vorgeschlagen, wonach in mehreren Ebenen einer oder mehrerer, quadratischer und/oder rechteckiger Anströmflächen parallele Wirbel generiert und Geschwindigkeitskonzentrationen unter Anströmdruck in Wirbelerzeugern hergestellt werden. Die Übertragung der in der Parallelströmung in Wirbelröhren geschwindigkeitskonzentrierten Strömungsenergie erfolgt durch Wirbelstreckungen. Die Anzahl der formierten Wirbel geht proportional in die induzierte Zusatzgeschwindigkeit ein und bestimmt wesentlich die Leistungsfähigkeit dieser Wirbelspulen. Furthermore, a method is proposed, according to which several levels one or more, square and / or rectangular Flow areas generated parallel vortices and Velocity concentrations under inflow pressure are produced in vortex generators. The transmission of the in parallel flow in vortex tubes velocity-concentrated flow energy takes place through Vortex stretching. The number of vertebrae formed is proportional into the induced additional speed and determined essentially the performance of these vortex coils.
Über die Saugrohre werden Masseströme aus den antreibenden Potentialwirbeln abgezogen. Mass flows from the driving are via the suction pipes Potential vortexes subtracted.
Nach dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, auf größeren Anströmflächen die mittlere Energie einer Anströmung in einer Vielzahl von Geschwindigkeitskonzentrationen in Wirbelröhren mit hoher Stabilität in höhere und niedere Energieniveaus in und an einer Vorrichtung zu disproportionieren. In einem derartigen Wirbelsytem einer Vorrichtung sind die gewünschten Masseströme stufenweise und stufenlos einstellbar. According to the proposed procedure it is possible to go to larger ones Inflow areas mean energy of an inflow in a Variety of velocity concentrations in vortex tubes with high stability in higher and lower energy levels in and on disproportionate a device. In such a The vortex system of a device is the desired mass flow gradually and continuously adjustable.
Insbesondere kann die Anwendung des Verfahrens mehrfach in Baugruppen und Modulen einer Vorrichtung erfolgen. Die hergestellten Saugzüge lassen sich auf einen größeren Saugzug in der Vorrichtung konzentrieren, so daß auf diese Weise die gewünschten, nutzbaren Massenströme mit höheren Geschwindigkeiten hergestellt werden können. In particular, the method can be used several times in Assemblies and modules of a device are made. The manufactured Suction units can be placed on a larger suction unit in the device concentrate, so that the desired, usable Mass flows are produced at higher speeds can.
Es können auch bei Dauerbetrieb der Vorrichtungen keine Umweltbeeinträchtigungen produziert werden. Lebende Arten können nicht beeinträchtigt werden. Even with continuous operation of the devices, none can Environmental impacts are produced. Live species cannot be affected.
Bei allen bekannten Verfahren und vorgeschlagenen Lösungen ist es nachteilig, dass beispielsweise in der Atmosphäre energetisch nutzbare Strömungen nur natürlicherweise existieren. Die Erzeugung von Elektroenergie ist demzufolge mit wechselndem Strömungsenergiedargebot diskontinuierlich und sehr standortabhängig. It is with all known methods and proposed solutions disadvantageous that, for example, energetic in the atmosphere usable currents only exist naturally. The production of electrical energy is therefore changing Flow energy supply discontinuous and very location-dependent.
Weiterhin ist es nachteilig, dass die mittlere Energie einer Strömungsfläche in der Atmosphäre aufgrund der geringen Dichte der Luft nach der Beziehung Pw = ρ/2.A.vW 3 (W) mit der Geschwindigkeit in der dritten Potenz zu- oder abnimmt. Furthermore, it is disadvantageous that the mean energy of a flow area in the atmosphere increases or decreases with the speed in the third power due to the low density of the air according to the relationship P w = ρ / 2.Av W 3 (W).
Der Erfindung liegt die neue Aufgabe zugrunde, einen Hurricanenergy Transformer zu schaffen, nach welchen es möglich wird, in jedem newton'schen Fluid natürliche Wirbel in Hohlzylindern technisch nachzubilden. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, einen Hurricanenergy Transformer so auszubilden, das mechanisch erzeugte Strömungsenergie in einem Kreisprozeß stabil dem natürlichen Hurrican oder Tornado analoge, kontrahierende Potentialwirbel ausbildet und dadurch erneuerbare Energieträger erzeugt und den Aufwand für die Erzeugung von Elektroenergie gegenüber den bisher angewendeten Verfahren verringert. The invention is based on the new object To create hurricanenergy transformers, according to which it becomes possible in everyone Newtonian fluid technically natural swirls in hollow cylinders replicate. It is also an object of the invention, one To train hurricanenergy transformers so that the mechanically generated Flow energy in a cycle is stable to the natural Hurrican or tornado analog, contracting potential vortices trains and thereby generates renewable energy sources and the effort for the generation of electrical energy compared to the previous applied procedures reduced.
Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Hurricanenergy Transformer so auszublilden, dass zusätzlich eine Strömungsenergienutzung erfolgen kann und eine Serienfertigung von montierbaren Baugruppen zur weiteren Erhöhung der Wirtschaftlichkeit möglich ist. It is also an object of the invention to provide a hurricane energy transformer to train so that additional flow energy use can take place and series production of assemblies is possible to further increase the economy.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch dessen kennzeichnenden Teil gelöst. This object is achieved according to the preamble of Main claim solved by its characteristic part.
Erfindungsgemäß werden in einem Fluid strömungsmechanisch miteinander gekoppelte Strömungsmodule angeordnet, welche auf äußeren Radien zwischen Quellströmungen und Senkenströmungen einen Druckverteilerkanal aufweisen. In einem die Strömungsmodule verbindenden Ansaugkanal sind Lüfter angeordnet, welche Quellströmungen erzeugen, wodurch in einem Kreisprozeß in den Strömungsmodulen tangentiale Senkenströmungen hervorgerufen und energetisch nutzbare Potentialwirbel ausgebildet werden. According to the invention are fluid mechanical in a fluid coupled flow modules arranged on outer Radii between source currents and sink currents one Have pressure distribution channel. In one the flow modules connecting intake duct fans are arranged, which source flows generate, resulting in a cycle in the flow modules tangential sink currents and energetically usable Potential vortices are formed.
Eine Quelle, beispielsweise zur Nutzung der Fluidkraft der Atmosphäre ein Querstromgebläse, zieht einen Massestrom auf äußeren Radien aus einem Strömungsmodul, im Folgenden auch als Quellmodul bezeichnet, ab und ruft einen expandierenden Wirbel hervor. Der Massestrom generiert in einem anderen Teil des Strömungsmoduls oder einem anderen Strömungsmodul, im Folgenden auch als Leistungsmodul bezeichnet, einen geschwindigkeitskonzentrierenden Potentialwirbel, welcher kinetische Energie nach der Beziehung Ekin = (Γ2ρh/4π)ln Ra/Ri (J = WS) speichert. Es wird ein rotierender Arbeitsspeicher hergestellt, der zugleich ein Drehfeld für eine Turbine ist. Auf äußeren Radien Ra wird dadurch eine Senke hervorgerufen. Die lineare Funktion der Quellströmung wird über der Zeit in eine quadratische Funktion der Akkumulierung und Speicherung kinetischer Energie überführt. Je größer der äußere Radius Ra der Senke ist, je größer wird die Zirkulation Γ(m2/s) und der Betrag von Γ2. A source, for example a cross-flow fan for utilizing the fluid force of the atmosphere, draws a mass flow on outer radii from a flow module, also referred to below as the source module, and causes an expanding vortex. The mass flow generates in another part of the flow module or another flow module, hereinafter also referred to as the power module, a velocity-concentrating potential vortex, which kinetic energy according to the relationship E kin = (Γ 2 ρh / 4π) ln R a / R i (J = WS) saves. A rotating working memory is produced, which is also a rotating field for a turbine. This causes a depression on outer radii R a . The linear function of the source flow is transformed over time into a quadratic function of the accumulation and storage of kinetic energy. The larger the outer radius R a of the sink, the larger the circulation Γ (m 2 / s) and the amount of Γ 2 .
Geometrisch sind Quellen und Senken vorzugsweise so an Strömungsmodulen angeordnet, dass Quellen und Senke vorrangig aufeinander wirken und der von den Quellen gelieferte Massenstrom direkt von Senken aufgenommen werden kann. Auf diese Weise wird das umgebende Fluid kaum belastet, der im Fluid in Gang gesetzte Kreisprozeß zur Aufladung eines Arbeitsspeichers hat keine umweltbelastenden Rückwirkungen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe für den Betriebszustand "Lastlauf" dadurch gelöst, dass im Arbeitsspeicher zugleich mit dem Austrag nutzbarer Energie, in Abhängigkeit vom Betrag der ausgetragenen Energie, Lastwirbelströmungen mit einer Zirkulation Γ in den Rotorschaufeln eines Vertikalachsenrotors generiert und, in den Wirbelkern des Potentialwirbels eingelagert, zu induzierenden Wirbelspulen aufgewickelt werden. Die induzierte Zusatzgeschwindigkeit vz ist von der Anzahl der Wirbel und von dem Betrag ihrer Zirkulation Γ nach der Beziehung vz = Γ.n/l sowie vom Steigungswinkel eines mehrgängigen Schraubenwirbels abhängig. n bedeutet hier die Anzahl der Wirbel, l die Länge der Wirbelspule. Es wird ein zusätzlicher Axialstrom im Unterdruckkern des antreibenden Potentialwirbels hervorgerufen, welcher drehachsenparallel eine Ausströmöffnung mittels Anströmdruck öffnet, als Quellströmung in das umgebende Fluid ab- und zu einer selbsttätig öffnenden Senke hinströmt. Die nunmehr im Inneren der Strömungsmodule resultierende Massendifferenz muß, aus Gründen der Massen- und Energieerhaltung, entsprechend vu.R = konstant, über die Senke aus dem Entropieverhalten der Atmosphäre ausgeglichen werden, es resultiert eine Beschleunigung des Potentialwirbels, welche die Senke verstärkt. Geometrically, sources and sinks are preferably arranged on flow modules in such a way that sources and sinks act primarily on one another and the mass flow supplied by the sources can be absorbed directly by sinks. In this way, the surrounding fluid is hardly loaded, the cyclic process started in the fluid for charging a working memory has no environmentally harmful repercussions. According to the invention, the task for the “load run” operating state is achieved in that, in the working memory, along with the discharge of usable energy, depending on the amount of the discharged energy, load vortex flows are generated with a circulation Γ in the rotor blades of a vertical axis rotor and are stored in the vortex core of the potential vortex , to be induced to induce eddy coils. The induced additional speed is v z depends on the number of the vertebrae and of the amount of its circulation Γ according to the relation v z = Γ.n / l as well as from the angle of inclination of a multi-start helical vortex. n means the number of vertebrae, l the length of the vortex coil. An additional axial flow is created in the vacuum core of the driving potential vortex, which opens an outflow opening by means of inflow pressure parallel to the axis of rotation, flows off as a source flow into the surrounding fluid and flows to an automatically opening depression. The now resulting in the interior of the flow modules mass difference must be, according to v u .R = constant, balanced for reasons of mass and energy conservation across the valley from the Entropieverhalten the atmosphere, it results in an acceleration of the potential vortex, which amplifies the sink.
Erfindungsgemäß entsteht die neue Wirkung, dass zur Erzeugung nutzbarer Energie durch Erzeugung erneuerbarer Energieträger in Form von Potentialwirbeln unabhängig von den Bewegungen des umgebenden Fluids ein zeitlich ununterbrochener Kreisprozeß ausgenutzt werden kann. Bezogen auf den wirtschaftlichen Ertrag in einem Jahresgang können 8760 Stunden vollständig zur Erzeugung nutzbarer Energie genutzt werden. Zusätzlich kann Strömungsenergie nach bereits vorgeschlagenen Verfahren zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit der Energieerzeugung entsprechend dem natürlichen Dargebot genutzt werden, indem der innen erzeugte Axialstrom von außen durch zusätzliche Quellströmungen verstärkt wird. Es wurde gefunden, dass der Aufwand an einzusetzender Energie durchschnittlich < 50 W pro m3 Hohlzylindervolumen ist (Systemenergie). According to the invention, the new effect arises that a cycle that is uninterrupted in time can be used to generate usable energy by generating renewable energy sources in the form of potential eddies, regardless of the movements of the surrounding fluid. Based on the economic yield in one year, 8760 hours can be fully used to generate usable energy. In addition, flow energy can be used according to previously proposed methods to increase the cost-effectiveness of energy generation in accordance with the natural supply, in that the axial flow generated internally is amplified from the outside by additional source flows. It was found that the amount of energy to be used is on average <50 W per m 3 of hollow cylinder volume (system energy).
Erfindungsgemäß entsteht auch die neue Wirkung, dass alle Prozesse der Erzeugung erneuerbarer Energieträger unter Ausnutzung der Gesetzmäßigkeiten atmosphärischer Wirbel und nachfolgend nutzbarer Energie vollautomatisch regelbar und an den Energiebedarf anpassbar sind. Ein generierter Potentialwirbel hat eine Akkumulationsfunktion, da die parallelen Senkenströmungen in parallele Drehströmungen gewandelt und in Arbeit gespeichert werden, solange er mit der o. g. Systemenergie aufrecht erhalten wird. Arbeit ist entropiefrei und thermodynamisch Wärme unendlicher hoher Temperatur gleichwertig. Sie ist deshalb in der mathematischen Formulierung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik mit Q/T∞ = 0 nicht enthalten. Wird aus dem Arbeitsspeicher Energie ausgetragen, dann kann der Betrag der ausgetragenen Energie aus der inneren Energie der Moleküle, dem Entropieverhalten der Atmosphäre als auch durch Erhöhung des Massenstromes der erzeugten Quellströmungen als Arbeit wieder eingetragen werden. Dazu können auch in einfacher Weise mehrere Quellströmungen erzeugende Fördereinrichtungen auf äußeren Radien wirken. In Potentialwirbeln finden selbsttätige Austauschprozesse mit Impulsgeschwindigkeit statt. According to the invention, there is also the new effect that all processes of generating renewable energy sources can be regulated fully automatically and can be adapted to the energy requirement, taking advantage of the laws of atmospheric vortices and subsequently usable energy. A generated potential vortex has an accumulation function, since the parallel sink currents are converted into parallel three-phase currents and stored in work as long as it is maintained with the above-mentioned system energy. Work is entropy-free and thermodynamically equivalent to heat at infinite high temperature. It is therefore not included in the mathematical formulation of the second law of thermodynamics with Q / T ∞ = 0. If energy is discharged from the working memory, the amount of energy discharged from the internal energy of the molecules, the entropy behavior of the atmosphere and also by increasing the mass flow of the generated source flows can be entered again as work. To this end, a plurality of conveying devices which generate source flows can act on outer radii in a simple manner. In swirls of potential there are automatic exchange processes with impulse speed.
Besonders vorteilhaft und dringend geboten ist die Nutzung vorhandener Hochbauten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sowohl zur Erzeugung von Elektroenergie als auch zur Verringerung der CO2- Produktion von Heizungsanlagen. Mit der breiten Anwendung des erfindungsgemäßen Hurrican Energy Transformers können sehr große Beiträge zur Verringerung der CO2-Produktion mit geringem Aufwand geleistet und bestehende Umweltprobleme verringert bzw. teilweise gelöst werden, ohne neue Umweltprobleme zu produzieren. Dazu ist eine Vielzahl von Strömungsmodulen leistungsmäßig an die vorhandenen Heizungsanlagen anzupassen, so dass mit Einsatz von Elektroenergie, sowie zusätzlicher Windenergie in der Heizperiode, im Rücklauf der Heizungsanlage Wärme erzeugt wird und die vorhandenen Regelungen automatisch den Brennstoffverbrauch verringern. Ganzjährig kann die Herstellung von Gebrauchswarmwasser mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgen. Da die Heizlastkurven mit dem Windenergiedargebot im Jahresgang korrelieren, können hier mit geringen Kosten große Brennstoffeinsparungen und damit wesentliche Reduzierungen der CO2-Produktion erzielt werden. The use of existing buildings according to the method according to the invention is particularly advantageous and urgently required, both for generating electrical energy and for reducing the CO 2 production of heating systems. With the widespread use of the hurrican energy transformer according to the invention, very large contributions to reducing CO 2 production can be made with little effort and existing environmental problems can be reduced or partially solved without producing new environmental problems. For this purpose, a large number of flow modules must be adapted to the existing heating systems so that heat is generated in the return of the heating system with the use of electrical energy and additional wind energy in the heating period, and the existing regulations automatically reduce fuel consumption. The production of domestic hot water can be carried out all year round using the method according to the invention. Since the heat load curves correlate with the wind energy supply in the course of the year, large fuel savings and thus significant reductions in CO 2 production can be achieved at low cost.
Eine neues Anwendungsgebiet wird durch den Einsatz der technischen Potentialwirbeln zur Elektroenergieerzeugung und gleichzeitig für Klimaanlagen zur Kühlung von Kühlmedien auf die erforderlichen niedrigen Temperaturen erschlossen. Dazu werden stationäre Hohlkörperschaufeln in der Umgebung des Vertikalachsenrotors angeordnet. Die im Inneren des technischen Potentialwirbels aufgrund der Radienverringerung erzeugten hohen Umfangsgeschwindigkeiten haben eine entsprechend große Kühlwirkung an feststehenden Flächen. Die Hohlkörperschaufeln sind konstruktiv so ausgebildet, dass sie von einer relativ ungestörten Strömung umströmt werden. Durch die Hohlkörperschaufeln wird Kühlmedium geleitet, abgekühlt und Klimaanlagen zugeführt. Diese neue Anwendung ist insbesondere für klimatisierte Hochbauten in Klimazonen mit höheren Umgebungstemperaturen wirtschaftlich und kostensparend. Eine weitere Erhöhung der Kühlleistungen durch höhere Strömungsgeschwindigkeiten kann dadurch erreicht werden, das die Rotorschaufeln als Hohlkörper ausgebildet und vom Kühlmedium durchströmt werden. Aufgrund des schwingungsfreien Betriebes der Vertikalachsenrotoren in technischen Potentialwirbeln kann der Mehraufwand konstruktiv in Grenzen gehalten werden. Bei Hurrican Energy Transformern mit Arbeitsspeichern im Megawattsekundenbereich sind die Radien der Vertikalachsenrotoren groß genug, so dass stationäre Hohlkörperschaufeln direkt im Inneren der Turbine im Wirbelkern des technischen Potentialwirbels angeordnet werden können. Hier herrschen die maximalen Umfangsgeschwindigkeiten, woraus sich die maximale Kühlleistung ergibt. Sie werden in einfacher Weise an den Trennscheiben zwischen Leistungsmodul und Quellmodul angeordnet und ragen von oben in den Vertikalachsenrotor hinein. A new area of application is the use of technical Potential eddies for the generation of electrical energy and at the same time for Air conditioning systems for cooling cooling media to the required opened up at low temperatures. This will be stationary Hollow body blades in the vicinity of the vertical axis rotor arranged. The inside of the technical potential vortex due to the Radius reduction have high peripheral speeds a correspondingly large cooling effect on fixed surfaces. The Hollow body blades are designed so that they are from flow around a relatively undisturbed flow. Through the Hollow body blades, coolant is passed, cooled and Air conditioning supplied. This new application is especially for Air-conditioned buildings in climates with higher Ambient temperatures are economical and cost-saving. Another increase in Cooling capacities due to higher flow speeds can can be achieved that the rotor blades as a hollow body trained and flowed through by the cooling medium. Because of the vibration-free operation of the vertical axis rotors in technical potential eddies can constructively limit the additional effort being held. With hurrican energy transformers with Memory in the megawatt-second range are the radii of the Vertical axis rotors large enough so that stationary hollow body blades right inside the turbine in the vortex core of the technical Potential vortex can be arranged. The maximum prevails here Circumferential speeds, resulting in the maximum cooling capacity results. They are easily attached to the cutting discs arranged between the power module and the source module and protrude from above into the vertical axis rotor.
Die erfindungsgemäßen Hurrican Energy Transformer können in allen newtonschen Fluiden eingesetzt werden. Die Fluidförderer sowie die Baugrößen sind konstruktiv entsprechend den Bedingungen des zu nutzenden Fluids anzupassen. The hurrican energy transformers according to the invention can be used in all Newtonian fluids are used. The fluid conveyors as well as the Sizes are constructive according to the conditions of the adapting using fluids.
Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: The invention will be described in more detail below using an exemplary embodiment are explained. In the accompanying drawings:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hurrican Energy Transformers mit geöffnetem Ansaugkanal; Figure 1 is a schematic representation of a hurrican energy transformer with an open intake duct.
Fig. 2 den Schnitt B-B durch ein Leistungsmodul; Fig. 2 shows the section BB by a power module;
Fig. 3 den Schnitt A-A durch ein Quellmodul; Fig. 3 shows the section AA by a source module;
Fig. 4 den Schnitt B-B durch ein Leistungsmodul mit Generator und Turbine; Fig. 4 shows the section B-B through a power module with generator and turbine;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Hurrican Energy Transformers im Betriebszustand; Figure 5 is a schematic representation of a hurricane Energy Transformers in the operating state.
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Hurrican Energy Transformers im Schnitt B-B zur Elektroenergieerzeugung und Kühlmittelkühlung in Kühlkreisläufen. Fig. 6 is a schematic representation of a hurrican energy transformer in section BB for electrical power generation and coolant cooling in cooling circuits.
In einem newtonschen Fluid werden auf äußeren Radien von Strömungsmodulen 24; 25 Quellströmungen mit Senkenströmungen durch eine energetisch nutzbare, strömungsmechanische Durchflutung eines Hurricanenergy Transformers gekoppelt. In a Newtonian fluid, flow modules 24 ; 25 source currents coupled with sink currents through an energetically usable, fluid mechanical flow through a hurricane energy transformer.
Die strömungsmechanische Durchflutung läuft als Kreisprozeß ab und ist die Grundlage der Erzeugung nutzbarer Energie. In der strömungsmechanischen Durchflutung werden zwei Strömungszustände hergestellt. Das Volumen eines Leistungsmoduls 24 wird durch den an einer Durchströmöffnung 13 in einem Quellmodul 25 von einem Lüfter 10 erzeugten Unterdruck durch einen über einen Ansaugschlitz 12 tangential einströmenden Massenstrom in einem Potentialwirbel geschwindigkeitskonzentriert und ein rotierender Arbeitsspeicher hergestellt. Der Massenstrom ist dem Arbeitsspeicher überlagert. Aus dem Arbeitsspeicher kann mittels einer Vertikalachsenrotors 18 Energie ausgetragen werden. The fluid mechanical flow takes place as a circular process and is the basis for the production of usable energy. Two flow states are created in the fluid mechanical flow. The volume of a power module 24 is speed-concentrated by the negative pressure generated at a throughflow opening 13 in a source module 25 by a fan 10 through a mass flow flowing tangentially through an intake slot 12 in a potential vortex and a rotating working memory is produced. The mass flow is superimposed on the main memory. Energy can be discharged from the main memory by means of a vertical axis rotor 18 .
Wie in Fig. 1 bis 5 dargestellt, besteht ein Hurrica Energy Transformer aus einem Leistungsmodul 24 und einem Quellmodul 25. Das Leistungsmodul 24 besteht aus einem Hohlzylinder 1, einer Grundplatte 6 und einem Ansaugkanal 3. Das Leistungsmodul 24 ist mit einem Quellmodul 25 gleichen Durchmessers durch eine Trennplatte 7mit einer mittigen Durchströmöffnung 13 mechanisch und strömungsmechanisch verbunden. As shown in FIGS. 1 to 5, a Hurrica Energy Transformer consists of a power module 24 and a source module 25 . The power module 24 consists of a hollow cylinder 1 , a base plate 6 and an intake duct 3 . The power module 24 is mechanically and fluid mechanically connected to a source module 25 of the same diameter by a partition plate 7 with a central throughflow opening 13 .
Am Quellmodul 25 ist ein großer Ansaugkanal 9 angeordnet, welcher zum Leistungsmodul 24 heruntergeführt ist. Im Ansaugkanal 9 ist im Bereich des Leistungsmoduls 24 ein Lüfter 10 angeordnet. Der Lüfterauslaß 11 ist zum Druckverteilerkanal 5 geöffnet, welcher durch die Einströmfläche 4 des Ansaugkanals 3, die Grundplatte 6, die Trennplatte 7 und die Abdeckhaube 22 mit Ansaugklappe 23 gebildet ist. A large intake duct 9 is arranged on the source module 25 and leads down to the power module 24 . A fan 10 is arranged in the intake duct 9 in the area of the power module 24 . The fan outlet 11 is open to the pressure distribution duct 5 , which is formed by the inflow surface 4 of the intake duct 3 , the base plate 6 , the partition plate 7 and the cover 22 with the intake flap 23 .
In Fig. 4 ist schematisch die mittige Anordnung eines Generators 17 mit einem am Generator 17 angeordneten Vertikalachsenrotor 18 dargestellt. Der Generator 17 ist vorzugsweise als Außenläufer mit Kreisringflansch ausgebildet, so dass in einfacher Weise auf dem Kreisringflansch die Rotorgrundplatte 19 aufgeschraubt werden kann. In FIG. 4, the central arrangement is illustrated a generator 17 with a generator 17 arranged on the vertical axis rotor 18 schematically. The generator 17 is preferably designed as an external rotor with an annular flange, so that the rotor base plate 19 can be screwed onto the annular flange in a simple manner.
Der Vertikalachsenrotor 18 ist durch Rotorschaufeln 20 und Rotorringe 21 gebildet. Die Rotorschaufeln 20 sind mit der Rotorgrundplatte 19 kraftschlüssig verbunden und zwischen Rotorgrundplatte 19 und Trennplatte 7 in ein oder mehreren Rotorringen 21 mit elastischen, kraftschlüssigen Verbindungen angeordnet. Die Rotorringe 21 bestehen aus Metall- oder Kunststoffscheiben. Auf der Rotorgrundplatte 19 ist eine nicht dargestellte Auswuchtscheibe angeordnet, welche die Unwuchtschwingungen der über dem Kreis verteilten Massen aufnimmt und den Vertikalachsenrotor 18 im Anfahrzustand automatisch im Schwerpunkt des rotierenden Systems auswuchtet. Unter der Rotorgrundplatte 19 kann zweckmäßig eine mechanische oder elektromagnetische Betriebsbremse angeordnet sein. The vertical axis rotor 18 is formed by rotor blades 20 and rotor rings 21 . The rotor blades 20 are non-positively connected to the rotor base plate 19 and are arranged between the rotor base plate 19 and the separating plate 7 in one or more rotor rings 21 with elastic, non-positive connections. The rotor rings 21 consist of metal or plastic disks. A balancing disk (not shown) is arranged on the rotor base plate 19 , which absorbs the unbalance vibrations of the masses distributed over the circle and automatically balances the vertical axis rotor 18 in the starting position in the center of gravity of the rotating system. A mechanical or electromagnetic service brake can expediently be arranged under the rotor base plate 19 .
Da der Vertikalachsenrotor 18 im Wirbelkern eines technischen Potentialwirbels gleichmäßig angeströmt und durchströmt wird, resultieren eine schwingungsfreie Rotation sowie kostengünstige Herstellungstechnologien. Bei Umfangsgeschwindigkeiten des antreibenden technischen Potentialwirbels von > 30 m/s werden alle Abrieb erzeugenden Masseteilchen abgeschieden, so dass eine weitere, kostengünstige Vereinfachung der Materialauswahl erfolgen kann. Since the vertical axis rotor 18 is flowed through and flowed through uniformly in the vortex core of a technical potential vortex, this results in vibration-free rotation and cost-effective production technologies. At circumferential speeds of the driving technical potential vortex of> 30 m / s, all abrasion-producing mass particles are separated out, so that a further, cost-effective simplification of the material selection can take place.
Die Herstellung der Mantelflächen des Leistungsmoduls 24 und des Quellmoduls 25 sowie der Trennplatte 7 und der Deckplatte 8 können durch Einsatz von Flachglas und gebogenem Flachglas in strömungsmechanisch und wirtschaftlich besonders günstiger Weise erfolgen. Auch die Rotorschaufeln 20 können aus Formglas hergestellt werden. Insbesondere sind damit Korrosions- und Kavitationsprobleme minimiert. The jacket surfaces of the power module 24 and the source module 25 as well as the separating plate 7 and the cover plate 8 can be produced in a fluid-mechanically and economically particularly advantageous manner by using flat glass and curved flat glass. The rotor blades 20 can also be produced from molded glass. In particular, corrosion and cavitation problems are minimized.
Für den Einsatz eines Hurrican Energy Transformers in der normalen Atmosphäre wird der Lüfter 10 vorzugsweise als Querstromgebläse ausgeführt. Wird der Lüfter 10 in Betrieb gesetzt, wird aus dem großen Ansaugkanal 9 Luft angesaugt und als Strahlströmung in den Druckverteilerkanal 5 geblasen. Der Drucksprung ist in Abhängigkeit von der gewünschten Nutzleistung des Leistungsmoduls 24 durch die Förderleistung des Lüfters 10 wählbar. Es wurde gefunden, dass die erforderliche Lüfterleistung für einen Kreisprozeß < 50 W/m3 Hohlzylindervolumen ist. Alle gewünschten Nutzleistungen können konstruktiv in den Grenzen der technischen Realisierbarkeit eingestellt werden. Konstruktiv kann auch der Konzentrationsfaktor der konzentrierten Arbeit kA im Leistungsmodul 24 aus eingesetzter Elektroenergie zu gespeicherter Arbeit (Ws; kWh, MWh) zu geleisteter elektrischer Arbeit (Ws; kWh; MWh) bestimmt werden. For the use of a hurrican energy transformer in the normal atmosphere, the fan 10 is preferably designed as a cross-flow fan. If the fan 10 is put into operation, air is drawn in from the large intake duct 9 and blown into the pressure distribution duct 5 as a jet flow. The pressure jump can be selected as a function of the desired useful output of the power module 24 through the delivery capacity of the fan 10 . It was found that the required fan power for a cycle process is <50 W / m 3 hollow cylinder volume. All desired benefits can be set constructively within the limits of technical feasibility. The concentration factor of the concentrated work k A in the power module 24 can also be determined constructively from the electrical energy used to the stored work (Ws; kWh, MWh) to the electrical work performed (Ws; kWh; MWh).
Dazu ist eine laufende Aufrechterhaltung der Potentialwirbel erforderlich. Im Quellmodul sowie im Leistungsmodul entsteht im Anfahrzustand Unterdruck, wobei die Unterdruckerzeugung mit Impulsgeschwindigkeit übertragen wird. Nach Fig. 3 wird durch die Leiteinrichtung 14 eine tangentiale Absaugung aus dem Quellmodul 25 gewährleitet und Unterdruck im Leistungsmodul 24 über die Durchströmöffnung 13 erzeugt. Im Anfahrzustand wird der Durchströmschlitz 16 wirksam, indem in Drehrichtung eine Schichtströmung von der Leiteinrichtung 14 abgesaugt und radiale Anströmungen verhindert werden. This requires ongoing maintenance of the potential eddies. In the start-up state, negative pressure is generated in the source module and in the power module, whereby the negative pressure generation is transmitted at pulse speed. According to FIG. 3, the guide device 14 ensures tangential suction from the source module 25 and creates negative pressure in the power module 24 via the throughflow opening 13 . In the start-up state, the flow-through slot 16 becomes effective in that a layer flow is sucked off from the guide device 14 in the direction of rotation and radial inflows are prevented.
Über den Ansaugschlitz 12 im Leistungsmodul 24 wird eine tangentiale Schichtströmung in das Leistungsmodul eingesaugt. An den inneren Mantelflächen wird Vorticity erzeugt, diese diffundiert in das Innere des Leistungsmoduls 24. Drehimpuls wird eingeleitet und sammelt sich zu einem starken Wirbel an, welcher unter der Durchströmöffnung 13 seinen Wirbelkern ausbildet. Nach einem zeitlichen Ablauf wird der Wirbelkern durch Wirbelstreckung in das Quellmodul 25 überführt, wo er expandieren kann. In beiden Modulen 24; 25 rotieren gleiche Massen. Die rotierende Masse im Quellmodul kann auch kleiner als im Leistungsmodul festgelegt werden. Es gilt der Drehimpulserhaltungssatz, wonach das Produkt vu × R = konstant ist. Die eingesaugte, parallele Schichtströmung ist im Leistungsmodul 24 in eine höhere Ordnung einer parallelen Drehströmung überführt. Im Leistungsmodul 24 wird über einen zeitlichen Prozeß fortlaufend kinetische Energie Ekin nach der Beziehung Ekin = (ρhΓ2/4π)ln Ra/RWk (Ws) akkumuliert und Arbeit gespeichert (h = Höhe (m), ρ = Dichte (kg/m3), Γ = 2π vE Ra). A tangential stratified flow is sucked into the power module via the suction slot 12 in the power module 24 . Vorticity is generated on the inner lateral surfaces and diffuses into the interior of the power module 24 . Angular momentum is introduced and accumulates to form a strong vortex, which forms its vortex core under the flow opening 13 . After a period of time, the vortex core is transferred to the source module 25 by vortex stretching, where it can expand. In both modules 24 ; 25 rotate equal masses. The rotating mass in the source module can also be set smaller than in the power module. The angular momentum conservation law applies, according to which the product v u × R = is constant. The sucked parallel laminar flow is converted in the power module 24 in a higher order of a parallel rotating flow. In the power module 24 , kinetic energy E kin according to the relationship E kin = (ρhΓ 2 / 4π) ln R a / R Wk (Ws) is continuously accumulated and work is stored (h = height (m), ρ = density ( kg / m 3 ), Γ = 2π v E R a ).
Der Ansaugschlitz 12 im Leistungsmodul 24 kann verstellbar ausgeführt sein, so dass über die Einströmgeschwindigkeit vE (m/s) die Zirkulation Γ (m2/s) des herzustellenden technischen Potentialwirbels und die Lastdrehzahl nL (U/min.) des Vertikalachsenrotors 18 präzise auf die Nenndrehzahl des Generators 17 eingestellt werden können. Da der Vertikalachsenrotor 18 mit Schlupf im technischen Potentialwirbel läuft, muß er immer unter Generatorlast angefahren werden. The suction slot 12 in the power module 24 can be designed to be adjustable, so that the circulation 2 (m 2 / s) of the technical potential vortex to be produced and the load speed n L (rpm) of the vertical axis rotor 18 are determined via the inflow velocity v E (m / s) can be set precisely to the nominal speed of the generator 17 . Since the vertical axis rotor 18 runs with slip in the technical potential vortex, it must always be started up under generator load.
Im Lastfall werden in den Rotorschaufeln 20 nicht dargestellte Lastwirbel generiert. Diese fließen in den Wirbelkern des antreibenden, technischen Potentialwirbels ab und werden zu einem induzierenden, mehrgängigen Schraubenwirbel aufgewickelt. Es resultiert eine induzierte Zusatzgeschwindigkeit, welcher den Axialstrom des technischen Potentialwirbels lastabhängig verstärkt. Der zusätzliche Massestrom tritt aus dem Ausströmventil 2 aus. Reicht der vom Lüfter 10 geförderte Massestrom für den Ausgleich des zusätzlich erzeugten, abfließenden Massestrom nicht aus, öffnet die Ansaugklappe 23, wodurch aufgrund des Entropieverhaltens der Atmosphäre Masse nachströmt und der technische Potentialwirbel im Leistungsmodul 24 beschleunigt wird. In the case of load, load vortices (not shown) are generated in the rotor blades 20 . These flow into the vortex core of the driving, technical potential vortex and are wound into an inducing, multi-start screw vortex. The result is an induced additional speed which increases the axial current of the technical potential vortex depending on the load. The additional mass flow emerges from the outflow valve 2 . If the mass flow conveyed by the fan 10 is not sufficient to compensate for the additionally generated flowing mass flow, the intake flap 23 opens, causing mass to flow in due to the entropy behavior of the atmosphere and accelerating the technical potential vortex in the power module 24 .
In Fig. 6 ist eine weitere Anwendung nach der Erfindung dargestellt. Zusätzlich sind in Leistungsmodulen (24) im Bereich von Vertikalachsenrotoren 18 stationäre Hohlkörperschaufeln 27 auf der Grundplatte 6 angeordnet. Die Hohlkörperschaufeln 27 sind mit Kühlkreisläufen verbunden und kühlen Kühlmedium auf die erforderlichen niedrigen Temperaturen ab. Zur Kühlleistungssteigerung können Hohlkörperschaufeln 27 an der Trennplatte 7 befestigt auch in den Innenräumen von Vertikalachsenrotoren 18 angeordnet sein. Das ist insbesondere bei größeren Durchmessern und Höhen der Leistungsmodule 24 sinnvoll, da die Vertikalachsenrotoren dann genügend große Innenräume aufweisen. In ihren Innenräumen herrschen maximale Umfangsgeschwindigkeiten, so dass auch maximale Kühlleistungen erreicht werden. Die dem Kühlmedium entzogene Wärme bewirkt in den Innenräumen der Vertikalachsenrotoren 18 zusätzlichen Auftrieb. In FIG. 6, a further application is shown according to the invention. In addition, stationary hollow body blades 27 are arranged on the base plate 6 in power modules ( 24 ) in the region of vertical axis rotors 18 . The hollow body blades 27 are connected to cooling circuits and cool the cooling medium to the required low temperatures. In order to increase the cooling capacity, hollow body blades 27 can also be arranged in the interior of vertical axis rotors 18 and fastened to the separating plate 7 . This is particularly useful for larger diameters and heights of the power modules 24 , since the vertical axis rotors then have sufficiently large interiors. Maximum circumferential speeds prevail in their interiors, so that maximum cooling capacities are also achieved. The heat extracted from the cooling medium causes additional lift in the interior of the vertical axis rotors 18 .
Besonders vorteilhaft kann es sein, die Rotorschaufeln 20 als Hohlkörper auszubilden und die Kühlung des Kühlmediums in die Vertikalachsenrotoren 18 einzuordnen. Auf diese Weise wird der antreibende Potentialwirbel nicht durch zusätzliche Hohlkörperschaufeln gestört und der innere Wirkungsgrad der Wandlungs- und Austauschprozesse erhöht. It can be particularly advantageous to design the rotor blades 20 as hollow bodies and to arrange the cooling of the cooling medium in the vertical axis rotors 18 . In this way, the driving potential vortex is not disturbed by additional hollow body blades and the internal efficiency of the conversion and exchange processes is increased.
Für weitere Anwendungsgebiete sind die konstruktiven Varianten vielfältig. Die Variablen Radius und Höhe der Strömungsmodule 24; 25 gestatten auch die Ausführung als scheibenartige Hohlzylinder 1, beispielsweise für mobile Einrichtungen. The design variants are diverse for other areas of application. The variables radius and height of the flow modules 24 ; 25 also permit the design as a disk-like hollow cylinder 1 , for example for mobile devices.
Für den Einsatz in Flüssigkeiten, z. B. in küstennahen Gebieten von
Meeren, sind die Konstruktionen den maritimen Bedingungen
anzupassen.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Hohlzylinder
2 Ausströmventil
3 kleiner Ansaugkanal
4 Einströmfläche
5 Druckverteilerkanal
6 Grundplatte
7 Trennplatte
8 Deckplatte
9 großer Ansaugkanal
10 Fluidförderer; Lüfter
11 Lüfterauslaß
12 Ansaugschlitz
13 Durchströmöffnung
14 Leiteinrichtung
15 Absaugfläche
16 Durchströmschlitz
17 Generator
18 Vertikalachsenrotor
19 Rotorgrundplatte
20 Rotorschaufel
21 Rotorring
22 Abdeckhaube
23 Ansaugklappe
24 Leistungsmodul
25 Quellmodul
26 drehbare Ansaugkanäle
27 Hohlkörperschaufel
28 Fluidpumpe
For use in liquids, e.g. B. in coastal areas of the sea, the structures must be adapted to the maritime conditions. List of the reference numerals used 1 hollow cylinder
2 discharge valve
3 small suction channels
4 inflow surface
5 pressure distribution channel
6 base plate
7 partition plate
8 cover plate
9 large intake duct
10 fluid conveyors; Fan
11 fan outlet
12 suction slot
13 flow opening
14 control device
15 suction surface
16 flow slot
17 generator
18 vertical axis rotor
19 rotor base plate
20 rotor blade
21 rotor ring
22 cover
23 intake flap
24 power module
25 source module
26 rotatable suction channels
27 hollow body bucket
28 fluid pump
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