DE102005041899A1 - Power plant to use buoyancy of air in water to produce power directs air into open chambers or onto blades of turbine in reservoir below water surface - Google Patents

Power plant to use buoyancy of air in water to produce power directs air into open chambers or onto blades of turbine in reservoir below water surface Download PDF

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Abstract

The power plant consists of an airtight water-filled enclosed reservoir (1), turbine shaft with connection disc (2) linking the turbine (3) to the transmission (16) of the generator connection. The compressor has nozzles (14) in the reservoir. The air coming out is directed back over the water surface (9) to a collector (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Krafterzeugungsanlage zur Gewinnung nutzbarer Energie mit Hilfe der Auftriebskräfte von Luft im Wasser.The The invention relates to a power generating plant for obtaining usable Energy using the buoyancy of air in the water.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die natürlichen Auftriebskräfte von Luft im Wasser zu nutzen und mittels einer geeigneten Apparatur und unter Anwendung der Hebelwirkung, ein Drehmoment an einer Welle zu erzeugen, um diese in eine Drehbewegung zu versetzen. Dadurch ist die Voraussetzung geschaffen, die Bewegungsenergie der Welle abzuführen und zur Stromerzeugung, z.B. über einen Generator – ähnlich wie bei Windkraftanlagen – oder zum Antreiben von Aggregaten, etwa in explosions- und feuergefährdeten Bereichen, nutzbar zu machen.Of the Invention is based on the object, the natural buoyancy forces of To use air in the water and by means of a suitable apparatus and using leverage, a torque on a shaft to generate, in order to make this in a rotary motion. Thereby is the prerequisite created, the kinetic energy of the wave dissipate and for power generation, e.g. over one Generator - similar to in wind turbines - or for driving aggregates, such as in potentially explosive and flammable atmospheres Areas to harness.

Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass in einem luftdicht geschlossenen, mit Wasser befüllten Bassin, unterhalb der Wasseroberfläche ein Turbinenrad auf einer horizontal gelagerten Welle zum Einbau kommt.to solution The object of the invention is that in an airtight closed, filled with water Basin, below the water surface a turbine wheel on one horizontally mounted shaft comes to installation.

Am äußeren Umfang ist das Rad bestückt mit umlaufend nacheinander angeordneten schaufelförmigen, besonders geformten, nach außen offene Luftkammern.At the outer circumference the wheel is equipped with circumferentially arranged scoop-shaped, specially shaped, outward open air chambers.

Im Inneren des Bassinbodens sind zielgerichtet Düsen angeordnet, über die von aussen mittels Drucklufterzeuger und drosselbarer Zuleitung Luft in das Bassin einströmt. Diese tritt in Form von aufsteigenden Luftblasen in die sich in der unteren Stellung befindlichen Luftkammern des Turbinenrades ein. Die Blasen bewirken durch Auftrieb und Wasserverdrängung die Drehbewegung der Turbine. Durch die besondere Gestaltung der Luftkammern wird erreicht, dass die Luftblasen während der Aufwärtsbewegung der Turbine die Luft aus den Kammern nicht entweicht und somit ihre Auftriebsenergie in die Turbine bis kurz vor Erreichen der oberen Luftkammerstellung abgeben kann. Erst dann, bedingt durch die Luftkammerstellung, entweicht die Luft, wobei sich sogleich die Luftkammern mit Wasser füllen.in the Interior of the basin floor are purposefully arranged nozzles over the from the outside by means of compressed air generator and throttable supply air into the basin. This occurs in the form of rising air bubbles in the the lower position air chambers of the turbine wheel one. The bubbles cause by buoyancy and displacement of the water Rotary movement of the turbine. Due to the special design of the air chambers is achieved that the air bubbles during the upward movement the turbine does not escape the air from the chambers and thus their Buoyancy energy into the turbine until just before reaching the top Can deliver air chamber position. Only then, due to the air chamber position, escapes the air, which immediately the air chambers with water to fill.

Durch die Rotation der Turbine wiederholt sich dieser Vorgang ständig, da sich die Luftkammern des über dem Bassinboden vorbeilaufenden Turbinenrades kontinuierlich mit Luft befüllen. Die Drehzahl und das Drehmoment an der Turbinenwelle wird durch Druck und Menge der über die Düsen am Bassinboden zugeführten Druckluft reguliert.By the rotation of the turbine, this process is repeated constantly because the air chambers of the over the basin floor passing by the turbine wheel continuously with Fill with air. The speed and torque at the turbine shaft is through Pressure and amount of over the nozzles fed at the bottom of the bass Compressed air regulated.

Umfangreiche Erprobungen mit Versuchsanlagen und Modellen haben gezeigt, dass mit zunehmender Größe der Turbine in Durchmesser und Anzahl der auf der Welle fest nebeneinander angeordneten Turbinenkränze mit einer Vielzahl von Luftkammern am Umfang, ein erhebliches Drehmoment an der Welle bei entsprechender Luftzuführung erreicht wird. Ausschlaggebend für die Erzeugung eines grossen Drehmomentes ist die Hebelwirkung, resultierend aus dem Abstand zwischen Luftkammern am Turbinenrad und Mitte Welle.extensive Trials with pilot plants and models have shown that with increasing size of the turbine in diameter and number of on the shaft fixed side by side turbine wreaths with a large number of air chambers on the circumference, a considerable torque is achieved on the shaft with appropriate air supply. decisive for the Generating a large torque is the leverage resulting from the distance between air chambers on the turbine wheel and mid shaft.

Bei der Gestaltung des Wasserbassins ist zu beachten, dass bei eingebauter Turbine zwischen oberen Wasserstand, d.h. höchsten Wasserspiegel und Unterkante Bassindecke, ein Luftraum von etwa ¼ vom Turbinenraddurchmesser erhalten bleibt. In diesem Raum (oder einer Haube) wird die aus dem Bassinwasser aufsteigende Abluft aufgenommen und über eine Abluftleitung einem außerhalb vorhandenen Speicher zugeführt.at the design of the water basin is to be noted that with built-in Turbine between upper water level, i. highest water level and lower edge Bass ceiling, an airspace of about ¼ of the turbine wheel diameter preserved. In this room (or a hood) will be out taken in the basin water ascending exhaust air and over a Exhaust duct one outside supplied to existing memory.

Diese Luft kann je nach Bedarf verdichtet werden um sie dann über eine separate Leitung dem Luftkreislauf wieder zuzuführen.These Air can be compressed as needed and then over a separate line to recirculate the air circuit.

Die Turbine muss so tief im Wasser verbaut sein, dass ihr höchster Punkt am Umfang mindestens um ein Maß, das einem Viertel ihres Durchmessers entspricht, unter der Wasseroberfläche liegt. Das ist notwendig, damit die Verwirbelungen die dabei an der Wasseroberfläche entstehen, das Drehen der Turbine nicht behindern.The Turbine must be installed so deep in the water that its highest point on the circumference at least one measure, which is one quarter of its diameter, lies below the water surface. This is necessary so that the turbulences that arise at the water surface, Do not interfere with turning the turbine.

Alternativ kann der Erfindung zu folge auch vorgesehen werden, dass an Stelle der am Turbinenrad sitzenden Kammern, das Turbinenrad mit anderen strömungstechnisch ebenfals günstigen Schaufeln ausgestattet ist.alternative The invention can also be provided to follow that in place the chambers sitting at the turbine wheel, the turbine wheel with others aerodynamically also cheap Shovels is equipped.

Vom besonderen Vorteil ist, dass die Anzahl der Turbinenkränze in Abhängigkeit der zu ereichenden Leistung erhöht werden kann.from special advantage is that the number of turbine rings depending on increases the performance to be achieved can be.

Alternativ kann die Erfindung im offenen Betrieb d.h ohne Rückgewinnung der Abluft zum Einsatz kommen. Eine solche. Eine solche Bauform ist etwa bei Einsatz der Krafterzeugungsanlage in offenen Gewässern möglich, wobei gleichzeitig eine Belebung des Wassers mit Sauerstoff erreicht wird.alternative can the invention in open operation, ie without recovery of the exhaust air for Use come. Such. Such a design is about when used the power generation plant in open waters possible, at the same time a Recovery of the water with oxygen is achieved.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben und in Verbindung mit nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.These and further features of the invention are specified in subclaims and explained in more detail in connection with subsequent drawings.

Der Gegenstand der Erfindung, d.h. die Gesamtanlage, wird in folgenden anhand mehrerer in Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben.Of the Object of the invention, i. the whole plant will be in the following based on several illustrated in drawings embodiments described in more detail.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

– 1 Die Gesamtanlage im Schnitt die nach der Erfindung zur Umsetzung des Verfahrens zur Erzeugung eines nutzbaren Drehmoments erforderlich ist.- 1 The overall system on average is required according to the invention for implementing the method for generating a usable torque.

– 2 Die Turbine mit Welle und Mitnehmerscheibe als Träger mehrerer am Umfang angeordneten Turbinenkränze im Schnitt mit Darstellung zur Turbinenwelle.- 2 The turbine with shaft and drive plate as a carrier of several circumferentially arranged turbine rings in section with representation to the turbine shaft.

– 3 Turbine im Bassin ausgebildet mit abgewinkelten Luftkammern, in den Turbinenkränzen ebenfalls möglich als mehr Turbinenkränze.- 3 Turbine in the basin formed with angled air chambers, in the turbine rings also possible as more turbine rings.

– 4 Turbine im Bassin mit strömungsgünstig ausgestatten Luftkammern ebenfalls möglich als Mehrturbinenkränze.- 4 Turbine in the basin with aerodynamically equipped air chambers also possible as Mehrturbinenkränze.

– 5 Systemdarstellung mit einem Turbinenrad und 4 Turbinenkränzen.- 5 System representation with a turbine wheel and 4 turbine rings.

– 6 Systemdarstellung mit zwei Turbinen und 8 Turbinenkränzen Bezugszeichenliste- 6 System representation with two turbines and 8 turbine rings

11
Bassinpool
22
Turbinenwelle mit Mitnehmerscheibeturbine shaft with drive disc
33
Turbineturbine
44
Turbinenkränzeturbine wreaths
55
Luftkammernair chambers
66
Druckerzeuger (Kompressor)pressure generator (Compressor)
77
Starter u. Luftregulierleitungstarter u. Luftregulierleitung
88th
Wasserspiegelwater level
99
Abluftsammlerexhaust collector
1010
Abluftleitung zum Speicherexhaust duct to the store
1111
Abluftleitungexhaust duct
1212
Abluftspeicherexhaust memory
1313
Abluftleitung zur erneuten Ladungexhaust duct for recharging
1414
Ladedüsencharging nozzle
1515
ÜberdruckventilPressure relief valve
1616
Getriebetransmission
1717
Stromerzeuger (Generator)power generator (Generator)
1818
Ablufthaubeexhaust hood

Claims (11)

Krafterzeugungsanlage zur Erzeugung nutzbare Energie mit – einem mit Wasser befüllten Bassin (1), – einen unterhalb des Wasserspiegels (9) eingebautem Turbinenrad (3), das über die Turbinenwelle (2) mit dem Generator (17) und im – Bereich des Bassinbodens angebrachten Düsen (14) und Druckluftleitungen (8) und (13) zum Einbringen von Pressluft in das Bassin (1)Power generating plant for generating usable energy with - a basin filled with water ( 1 ), - one below the water level ( 9 ) built-in turbine wheel ( 3 ), via the turbine shaft ( 2 ) with the generator ( 17 ) and in the area of the basin floor mounted nozzles ( 14 ) and compressed air lines ( 8th ) and ( 13 ) for introducing compressed air into the basin ( 1 ) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Bassin (1) Luftdicht verschlossen ist.Plant according to claim 1, characterized in that basin ( 1 ) Is hermetically sealed. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet dass das Bassin (1) an seiner Oberseite einen Anschluß zum Ableiten von Verdichteter Abluft (11) aufweist.Installation according to claim 1 and 2, characterized in that the basin ( 1 ) at its top a connection for the discharge of compressed exhaust air ( 11 ) having. Anlage nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberseite, d.h. die Abdeckung des Bassins (1) bei Bedarf abnehmbar ist, um den Einbau der kompletten Turbine zu ermöglichen dadurch, dass die Abdeckung mittels Dichtung und umlaufend angeordneten Schraubverbindungen bzw. einer Spannvorrichtung lösbar ausgeführt ist.Installation according to claim 1 and 2, characterized in that the upper side, ie the cover of the basin ( 1 ) Is removable as needed, to allow the installation of the complete turbine in that the cover by means of seal and circumferentially arranged screw or a clamping device is made detachable. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Bassinboden angebrachten Düsen (14) schräg einstellbar sind, damit die von ausserhalb mittels Drucklufterzeuger (6) und Zuluftleitung (8) in das Bassin (1) eingeführte Druckluft im Wasser des Bassins (1) in Form von senkrecht aufsteigenden Blasen unmittelbar zielgerecht in die Luftkammern (5) der Turbine (1) einströmt.Plant according to claim 1, characterized in that the nozzles ( 14 ) are diagonally adjustable so that the outside by means of compressed air generator ( 6 ) and supply air line ( 8th ) into the basin ( 1 ) introduced compressed air in the water of the basin ( 1 ) in the form of vertically rising bubbles directly targeted into the air chambers ( 5 ) of the turbine ( 1 ) flows in. Anlage nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmenge der dem Bassin (1) zugeführten Druckluft über eine in der Zuluftleitung (8) installierte Drossel (7) regulierbar istInstallation according to claim 1 and 5, characterized in that the amount of air of the basin ( 1 ) supplied compressed air via a in the supply air line ( 8th ) installed throttle ( 7 ) is adjustable Anlage nach Anspruch 1, besonders gekennzeichnet dass die im Bassin (1) eingebaute Turbine (3), bestehend aus Turbinenwelle (2) mit der darauf fest verbundenen Mitnehmerscheibe, an der die Turbinenkränze (4) lösbar durch Schraubverbindungen befestigt sind über die an der Turbinenwelle (2) sitzenden Lager Bassin (1) innen und Aussenwänden fest montiert ist.Installation according to claim 1, characterized in that the in the basin ( 1 ) built-in turbine ( 3 ), consisting of turbine shaft ( 2 ) with the drive disc fixed thereon, on which the turbine rings ( 4 ) releasably fastened by screw connections via the on the turbine shaft ( 2 ) sitting camp basin ( 1 ) is firmly mounted inside and outside walls. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wellenstumpf der Turbinenwelle (2) über eine Wellenabdichtung seitlich aus der Bassinwandung heraus geführt ist, an dem zur Nutzung von erzeugter Drehzahl und Drehkraft erforderlichen Aggregate, wie Getriebe (16) und Generator (17) andere angeschlossen werden.Plant according to claim 7, characterized in that a stub shaft of the turbine shaft ( 2 ) is led out laterally out of the basin wall via a shaft seal, at which units, such as gearboxes, which are required for the use of generated rotational speed and torque 16 ) and generator ( 17 ) others are connected. Anlage nach Anspruch 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle mit Mitnehmerscheibe der Turbine (3) am äußeren Umfang zu beiden Seiten Luftkammerkränze (4) trägt, bestehend aus einzelnen, nacheinander angeordneten und miteinander in Schraubverbindungen verbundenen, besonders geformten, offenen Luftkammern (5). Diese sind aus rostfreiem Stahlblech oder Kunststoff gefertigt. Ihre besondere Formgebung ist ausschlaggebend für die Effektivität der gesamten Anlage. Sie sind so gestaltet, dass sie die aufsteigende Luftblasen in den Luftkammern (5) und diese erst kurz vor dem oberen Umkehrpunkt aus den Luftkammern (5) entweichen.Installation according to claim 1, 7 and 8, characterized in that the shaft with drive plate of the turbine ( 3 ) on the outer circumference on both sides Luftkammerkränze ( 4 ), consisting of individual, successively arranged and connected to each other in screw, specially shaped, open air chambers ( 5 ). These are made of stainless steel or plastic. Their special shape is crucial for the effectiveness of the entire system. They are designed to absorb the rising air bubbles in the air chambers ( 5 ) and this only shortly before the upper reversal point from the air chambers ( 5 ) escape. Anlage nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die übern dem Wasserspiegel (9) aufstrebende Abluft in dem nicht mit Wasser gefüllten Raum des Bassins (1) zwischen oberen Wasserspiegel (9) und Bassinabdeckung eintritt, sich dort sammelt und verdichtet (10), bevor sie über eine fest verrohrte Abluftleitung (13) zu einem ausserhalb der Anlage vorhandenen Abluftspeicher (12) abgeleitet wird. Dort kann die Abluft bei bedarf nachverdichtet werden um anschliessend über eine separate Bypass – bzw. über die durch eine eingebaute Drossel (7) eine Regulierung erfolgen kann und zum erneuten beladen der Turbine (3) über die Düsen zugeführt wird. Druckventil (15) dient zur Sicherheit.Installation according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the above the water level ( 9 ) emerging exhaust air in the not filled with water space of the basin ( 1 ) between upper water level ( 9 ) and basin cover enters, collects and compacts ( 10 ) before passing through a permanently cased exhaust pipe ( 13 ) to an exhaust air reservoir located outside the plant ( 12 ) is derived. There, the exhaust air can be recompressed when needed to subsequently via a separate bypass - or via the built-in throttle ( 7 ) a regulation can be made and to reload the turbine ( 3 ) is supplied via the nozzles. Pressure valve ( 15 ) serves for safety. Anlage nach Anspruch 1 und 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Je nach Anforderung an die zu erbringende Abtriebsleistung der Krafterzeugungsanlage, die Grösse der Anlage gemäss ist. (5) mit einer Turbineneinheit und 4 Turbinenkränzen (4), (6) mit zwei Turbineneinheiten und 8 Turbinenkränzen (8).Plant according to claim 1 and 2 to 10, characterized in that Depending on the requirement for the output power of the power generation plant to be provided, the size of the plant is according to. (5) with a turbine unit and 4 turbine rings ( 4 ) (6) with two turbine units and 8 turbine rings ( 8th ).
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