DE102007021652A1

DE102007021652A1 - Earth rotation pump for continuous flow of water or gas, has pressure pipe with longitudinal extension and/or longitudinal-drawn pressure tank with discharge opening provided with radius larger than inflow opening

Info

Publication number: DE102007021652A1
Application number: DE102007021652A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Sumser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-05-07
Filing date: 2007-05-07
Publication date: 2008-11-13

Abstract

The pump has a pressure pipe with an inflow opening. A longitudinal-drawn tank i.e. pump impeller, is arranged with a discharge opening with a smaller radius. The pressure pipe and/or a pressure tank inflow opening, longitudinal extension of the pressure pipe, and/or the longitudinal-drawn pressure tank with the discharge opening is provided on the earth radius larger than the inflow opening. The pump with the periphery is provided between latitude of 30 degrees extending up to the latitude of 60 degrees of northern or southern earth hemisphere.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Längenoptimierung einer Erdrotationspumpe, die nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Nutzung von vorhandenen Energiepotentialen der Erdrotation in eine für den Menschen verwertbare Form ermöglicht.The The invention relates to the length optimization of a Erdrotationspumpe, according to the preamble of claim 1 the Use of existing energy potentials of earth rotation in one for makes human beings usable form.

Im Rahmen der Diskussionen hinsichtlich der CO₂-Problematik bestehen zunehmend die Bestrebungen die konventionellen Kraftwerke, die fossile Brennstoffe zur Energieumwandlung nutzen, durch alternative Kraftwerke, wie z. B. Wind, Wasser- oder Photovoltaik-Kraftwerke zu ersetzen.As part of the discussions on the CO ₂ issue, there is an increasing desire to use conventional power plants, which use fossil fuels for energy conversion, through alternative power plants such as power plants. As wind, water or photovoltaic power plants to replace.

Aufgrund der ungelösten Entsorgungsproblematik der radioaktiven Brennstoffe will man die Kernkraftwerke, die wohl keine CO₂-Belastung verursachen, im Laufe der nächsten Jahrzehnte dennoch abstellen, bzw. aus dem Verstromungsprozess ziehen.Due to the unresolved problem of disposal of radioactive fuels, the nuclear power plants, which probably cause no CO ₂ pollution, want to shut down in the course of the next decades or withdraw from the power generation process.

Ein Problem der alternativen Kraftwerke ist die nachteilige geringe Energiedichte, die zur Energieumwandlung ansteht. Hierdurch ergibt sich eine sehr große Anzahl von Kleinkraftwerken, die einen sehr hohen Platzbedarf und eine Vielzahl von Schnittstellen mit sich bringen, was aus der Gesamtbetrachtung einer wirtschaftlichen Stromerzeugung als nicht optimal angesehen wird. Die attraktive Wasserkraft mit ihrem sehr hohen spezifischen Leistungspotential wird häufig im Zusammenhang mit Umweltschutzmaßnahmen und dem Erhalt von Lebensräumen von Mensch und Tier für die Nutzung im großen Rahmen verworfen.One Problem of alternative power plants is the disadvantageous low Energy density, which is required for energy conversion. This results itself a very large number of small power stations, which is a very high space requirements and a variety of interfaces with it bring what emerges from the overall view of economic power generation as is not considered optimal. The attractive hydropower with her Very high specific performance potential becomes common in connection with environmental measures and conservation of habitats of humans and animals for use Discarded on a large scale.

Als zentrale Aufgabenstellung der Erfindung steht die Nutzung von vorhandenen riesigen Energieresourcen, ohne daß ein konventioneller Verbrennungsprozess, der zu einer Vermehrung des CO₂-Gasbestandteils der Erde und einer unmittelbaren Schadstoffbelastung führt, stattfindet. Als gigantische Energieresource wird in der erfinderischen Betrachtung der Akte DE 10 2007 013 398.9 die Energie der Erdrotation gesehen, die mit einfachster, bekannter und konventioneller Technik den Zugang für eine Umwandlung in mechanische Arbeit und elektrische Energie zuläßt.The central task of the invention is the use of existing huge energy resources, without a conventional combustion process, which leads to an increase of the CO ₂ gas component of the earth and an immediate pollution, takes place. As gigantic energy resource becomes in the innovative consideration of the file DE 10 2007 013 398.9 seen the energy of the Earth's rotation, which allows access to a transformation into mechanical work and electrical energy with the simplest, known and conventional technology.

Desweiteren ermöglicht eine dort beschriebene Erdrotationspumpe den Transport von riesigen Mengen an Wasser in Gebiete, wie Wüsten oder auch bergige Landstriche. Diese realisierbare Möglichkeit trägt zur Schaffung von zusätzlichem Lebensraum für die Menschheit bei, was in Zukunft große Bedeutung gewinnen kann.Furthermore allows an earth rotation pump described there Transportation of huge amounts of water to areas like deserts or even hilly areas. This feasible option contributes to the creation of additional living space for humanity, which will be of great importance in the future can win.

Um z. B. die Erdrotationskraftwerke gegenüber dem Stand der Technik aus DE 10 2007 013 398.9 effizienter darzustellen, wird das dort genannte Kernelement Zulaufkanal durch einen langgezogenen Druckbehälter oder ein Druckrohr repräsentiert, der mindestens eine Austrittsöffnung für eine vorteilhafte Nutzung besitzt und entsprechend der Aufgabenstellung einen hohen Wirkungsgrad hinsichtlich der Energieübertragung pro Längenerstreckung an das Pumpenmedium erbringen soll.To z. B. the earth rotation power plants over the prior art DE 10 2007 013 398.9 Represent more efficiently, the core element inlet channel mentioned there is represented by an elongated pressure vessel or a pressure tube, which has at least one outlet opening for advantageous use and should provide a high efficiency in terms of energy transfer per length extension of the pump medium according to the task.

Die aktuelle Aufgabenstellung und die damit verbundene Technik werden erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und den folgenden Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche geben dabei entsprechend des Anwendungsfalles zweckmäßige, angepaßte Lösungen an, die bei der optimierten Erdrotationspumpe mit den Sicherheitsaspekten des Betriebes der Erdrotationspumpe in Verbindung gebracht werden.The current task and the associated technology will be according to the invention with the features of the claim 1 and the following claims. The dependent claims give appropriate according to the application case, adapted Solutions to the optimized earth rotation pump with the safety aspects of the operation of the earth rotation pump be associated.

Durch die Realisierung eines z. B. entlang einer Erdmeridiane langgezogenen Druckbehälters läßt sich ein in vielfältiger Weise nutzbares System errichten. Der langgezogene grosse Druckbehälter, der die Aufgabe des Laufradkanales der Erdradialpumpe übernimmt, hat seine Wasser-Eintrittsmündung polseitig auf geringerem Erdradius liegen als dessen Austrittsöffnungen. Die Kraft auf das Pumpenmedium Wasser wird im wesentlichen durch die Zentrifugalkraft der Erde in Abhängigkeit des Erdradiuses und der Gravitationswirkung bestimmt.By the realization of a z. B. elongated along a Erdmeridiane Pressure vessel can be in a variety Build a way usable system. The elongated large pressure vessel, the the task of the impeller channel of the Erdradialpumpe takes over, has its water inlet mouth polseitig on lesser Earth's radius lie as its outlet openings. The power on the pump medium water is essentially due to the centrifugal force the earth as a function of the earth's radius and the gravitational effect certainly.

Durch die Wandung des Druckkanales, bzw. langgezogenen Behälters, der im wesentlichen eine Hauptrichtung von Pol zum Äquator aufweisen soll, wird durch die entlang der Wandungen vorherrschenden Kraftkomponenten, der Energieaustausch der Erdrotationsenergie auf das Medium Wasser oder ggf. auch Gas ausgeübt.By the wall of the pressure channel, or elongated container, which is essentially a major direction from Pol to the equator shall be dominated by the along the walls Force components, the energy exchange of the Earth's rotational energy the medium water or possibly gas exerted.

Hätte man die Eintrittsmündung direkt am Pol, so wäre die Umfangsgeschwindigkeit des Wassers praktisch null m/s. Bei dem Gedankenmodell eines Druckkanales vom Pol bis zum Äquator von ca. 10 000 km Länge würde das Wasserteilchen, das also am Pol fast stillgestanden ist, bei der Durchströmung des Kanales durch die Kanalwandung eine Umfangsgeschwindigkeit von ca. 465 m/s aufgeprägt bekommen. Der Energiezustand des Wasserteilchen vom Pol hätte sich damit auf ein riesiges Energieniveau am Äquator verändert.Would have you would be the entrance mouth directly on the pole, so would be the peripheral speed of the water is practically zero m / s. In which Thought model of a pressure channel from the pole to the equator of about 10 000 km in length, the water particles, that is, it has almost stopped at the pole, when it flows through of the channel through the duct wall a peripheral speed of 465 m / s imprinted. The energy state of the Water particles from the pole would have a huge Energy level changed at the equator.

Drückt man das Energieniveau in der Sprache der Kraftwerksbauer aus, so würde man bei dem fiktiven verschlossenen Druckkanal am Äquator ein Totaldruck von ca. 1100 bar am Manometer ablesen können. Dieser Druck entspricht einer Fallhöhe von grob 11 000 m, was bedeutet, daß, wenn ein Berg wie der Mont Everest am Äquator stehen würde und ein Kraftwerk auf dessen Bergspitze angeordnet wäre, immer noch ein riesiges Gefälle von über 2000 m vorliegen würde, um dieses Kraftwerk zu betreiben.presses you look at the energy level in the language of power plant builders, so One would be at the fictitious sealed pressure channel at the equator a total pressure of about 1100 bar on the pressure gauge can read. This pressure corresponds to a drop height of roughly 11,000 m, which means that if a mountain like Mont Everest at the equator would be and a power plant on its mountain top would be arranged, still a huge one Gradient of more than 2000 m, to operate this power plant.

Um die optimale Energieausbeute aus der Erdrotation für das Pumpenmedium zu erlangen und damit die Druckrohr-, bzw. Druckbehältererstreckung auch aus wirtschaftlichen Gründen nicht unnötig auszuweiten, geben schon einfache Berechnung der Fliehkraftbeschleunigung den essetiellen Hinweis.Around the optimal energy yield from the Earth's rotation for the Pump medium to obtain and thus the pressure tube, or pressure vessel extension also not unnecessarily expand for economic reasons, Already simple calculation of the centrifugal force acceleration essential hint.

Die maximale Fliehkraftbeschleunigungskomponente in Fliess-, bzw. Strömungsrichtung des Pumpenmediums entlang einer Meridiane zeigt sich bei dem Breitengrad von 45°. Hier liegt das Beschleunigungsmaximum der Fliehkraftbeschleunigung mit b = 0,01696 m/s². Der formelmäßige Zusammenhang der betreffenden Fliehkraftbeschleunigungskomponente b ist: b = R × ω2 × sin(φ) (*)

R: Erdradius R = R_Erde × cos(φ)
R_Erde: = 6 378,150 km
φ: Breitengrad: φ = 0° Äquator, φ = 90° Pol
ω: Winkelgeschwindigkeit ω = 2 × π × 1/T = 7,2921 × 10^–5 (1/s)
π: = 3.141592654
T: Zeit für eine Erddrehung 86 164 Sekunden

The maximum centrifugal acceleration component in the flow or flow direction of the pump medium along a meridian is shown at the latitude of 45 °. Here lies the acceleration maximum of the centrifugal force acceleration with b = 0.01696 m / s ² . The formulaic relationship of the relevant centrifugal acceleration component b is: b = R × ω 2 × sin (φ) (*)

R: Earth radius R = R _earth × cos (φ)
R _earth: = 6,378.150 km
φ: Latitude: φ = 0 ° equator, φ = 90 ° Pol
ω: Angular velocity ω = 2 × π × 1 / T = 7.2921 × 10 ^-5 (1 / s)
π: = 3.141592654
T: Time for one turn of the earth 86 164 seconds

Wir finden somit einen Optimalbereich, nach Anspruch 1, für unsere Erdrotationspumpe, bzw. für unsere Erdrotationskraftwerke in einem Bereich der Breitengrade von 30° bis 60°, wo wir gegenüber dem maximalen Beschleunigungswert der Fliehkraftkomponente also immer weniger als 14% Wirkungsgrad-Abschlag zum Maximum verzeichnen dürfen.We thus find an optimum range, according to claim 1, for our earth rotation pump, or for our earth rotation power plants in a range of latitudes from 30 ° to 60 °, where we are compared to the maximum acceleration value of Centrifugal component thus always less than 14% efficiency discount to the maximum allowed.

Der Anspruch 2 erweitert einen möglichen Platzierungsbereich der Erdrotationsmaschinen auf die Breitengrade 20° bis 70° der nördlichen, wie südlichen Erdhalbkugeln, wo wir immer noch einen Wirkungsgradbereich vorfinden, der durchweg über 63% der vorliegenden Rotationsenergie, bezogen auf den Maxiamlwert des 45°-Breitengrades, zuläßt.Of the Claim 2 extends a possible placement area Earth rotation machines at latitudes 20 ° to 70 ° of the northern, like southern earth hemispheres, where we still find a range of efficiency consistently across 63% of the present rotational energy, based on the maximum value of 45 ° latitude, allows.

Wird man aufgrund der Randbedingungen gezwungen die Erdrotationsmaschine aufgrund von Standort- oder anderen Problemen oder ggf. aufgrund der angestrebten sehr hohen Leistungen große Längsabmessungen zu realisieren, wird man sich entsprechend dem Anspruch 3 ggf. in dem größeren Breitengradbereich von 15° bis 75° aufhalten. Hierbei nimmt man in Kauf, daß man sich gegenüber dem Maximalbeschleunigungswert bis in den Wirkungsgrad-Bereich von 46% des Fliehkraftbeschleunigungspotentials für die Energieumwandlung bewegen wird.Becomes one forced due to the boundary conditions the earth rotation machine due to location or other issues or due to circumstances the desired very high performance large longitudinal dimensions To realize, it will be in accordance with claim 3 if necessary in the greater latitude range from 15 ° to Stop 75 °. Here one takes into account that one towards the maximum acceleration value into the Efficiency range of 46% of the centrifugal acceleration potential to move for energy conversion.

Da man für die funktionsfähigen Erdrotationspumpen, bzw. Erdrotationskraftwerke vorteilhafterweise Behälterdrücke, bzw. Zuführrohrdrücke von 50 bar bis ggf. viele hundert bar realisieren will, wird man Sicherheitseinrichtung vorsehen müssen, um die unvermeidlichen Druckschwankungen, die in der Pumpenanlaufphase, der Abstellphase und auch in der weitgehend stationären Betriebsphase aufteten können.There one for the functioning earth rotation pumps, or earth rotation power plants advantageously container pressures, or feed tube pressures of 50 bar to possibly many One hundred bar will be realized, one will provide safety device need to avoid the inevitable pressure fluctuations that in the pump startup phase, the shutdown phase and also in the largely stationary operating phase can occur.

Dazu stellen auch ungeplante Situationen, so z. B. ein schnelles Abschalten von Turbinen, die z. B. durch Rad- oder Lagerschäden kurzfristig ausfallgefährdet sind, große Anforderungen an das Sicherheitssystem der Erdrotationspumpen.To also provide unplanned situations, such. B. a quick shutdown of turbines, the z. B. by wheel or bearing damage in the short term at risk of failure, high demands the safety system of earth rotation pumps.

Die Störungen des Systems pflanzen sich im Medium, das direkt am Energieumwandlungsprozess teilnimmt, mit Schallgeschwindigkeit durch das Druckrohr und die Druckschwankungen können je nach Amplituden der Druckspitzen eine Gefahr für die Zerstörung des Rohrsystems darstellen. Hätten wir z. B. eine fiktive Rohrleitung vom Pol bis zum Äquator, so würde das schlagartige Öffnen eines Ventils am Äquator in deutlich weniger als zwei Stunden am Pol durch eine Druckschwingung spürbar werden, falls die Dämpfungseigenschaften des Rohsystems nicht ausreichen würde um die Störungsenergie wegzudämpfen. Gerade unkontrollierte Saugwellen können dazu führen, daß es zu Implusionen des Rohrsystems kommt, wenn die Sicherheitsmaßnahmen versagen würden.The Disruptions of the system are planted in the medium, directly participates in the energy conversion process, at the speed of sound through the pressure tube and the pressure fluctuations can vary depending on Amplitudes of the pressure peaks a risk of destruction represent the pipe system. If we had z. For example, a fictitious one Pipeline from pole to equator, so would the sudden opening of a valve at the equator in significantly less than two hours at the pole by a pressure oscillation be felt, if the damping properties of the raw system would not be enough for the disturbance energy wegzudämpfen. Just uncontrolled suction waves can cause it to implications of the pipe system comes when the security measures fail.

In den Ansprüchen 5 bis 8 werden Elemente benannt, die eine gewisse Abhilfe für Störfälle oder kontrollierte Änderungen der Betriebspunkte des Pumpen-Kraftwerksystems beherrschen hilft.In the claims 5 to 8 are named elements that a some remedy for incidents or controlled changes controlling the operating points of the pump power plant system.

In bestimmten Abständen werden demnach Druckkompensationselemente in das Rohrsystem eingebettet, die höhere Beschleunigungsänderungen, bzw. damit einhergehende Druckspitzen der Strömungen durch elastisches Nachgeben unterhalb von Grenzwerten halten können. Diese Elemente haben eine sehr große Hysterese bei deren Hin- und Herbewegung, wodurch ein Großteil dieser Druckspitzen gekappt und in Wärmeenergie umgesetzt werden. Eine sehr einfache und bewährte Sicherheitstechnik im Pumpen- und Kraftwerksbau betrifft die bekannten Überdruckventile, die ab einem bestimmten Grenzdruck einen Querschnitt zum Abblasen, bzw. Abströmen des Mediums freigeben. Dieses Element dürfte nach Anspruch 5 bei den zukünftigen Erdrotationskraftwerken ebenfalls eine wichtige Bedeutung zukommen.In certain intervals are therefore pressure compensation elements embedded in the pipe system, the higher acceleration changes, or associated pressure peaks of the currents can yield elastic yield below limits. These elements have a very large hysteresis at their Reciprocating, eliminating much of these pressure spikes be cut and converted into heat energy. A very simple and proven safety technology in the pump and Power plant construction concerns the known pressure relief valves, which from a certain limit pressure has a cross section for blowing off, or release the medium. This element is likely according to claim 5 in the future earth rotation power plants also have an important meaning.

Eine sehr gefährliche Situation ergibt sich in den sich bewegenden sehr langen Wassersäulen hinsichtlich einer ungewollten Schwingungsanregung, die im Resonanzfall riesige nicht mehr beherrschbare Beanspruchungen nach sich ziehen würde. Durch die gezielte Anordung von Dämpferstationen (Anspruch 6, 7 und 8) längs des Druckkanales in vorausberechneten Abständen und der jeweils angeordneten Dämpfungseigenschaften wird man anstreben über eine Eigenfrequenzverstimmung des Gesamt-Systems die Gefahr des Resonanzfalles klein zu halten.A very dangerous situation arises in the moving very long water columns with regard to an unwanted vibration excitation, which in the case of resonance huge unmanageable stresses would result. By the targeted arrangement of damper stations (claim 6, 7 and 8) along the pressure channel in vorausberechneten intervals and each arranged damping properties will be on strive for a natural frequency detuning the overall system to minimize the risk of resonance case.

Da wir bei den Erdrotationsmaschinen von sehr großen Abmessungen ausgehen müssen, bietet es sich an, bei deren Oberflächengestaltung Straßen, Trassen oder auch Rollfelder von Flugzeugen im Planungsstadium mit in Betracht zu ziehen, was aus den Ansprüche 9 und 10 zu entnehmen ist.There we in the earth rotation machines of very large dimensions It has to be, in the surface design Roads, tracks or even taxiways of aircraft in the Planning stage to take into account, what from the claims 9 and 10 can be seen.

Weitere Eigenschaften, Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den Figurenbeschreibungen und den Skizzen zu entnehmen. Es zeigen:Further Features, benefits and functionalities are to be taken from the description of the figures and the sketches. It demonstrate:

1: Diagramm Grenzsteigung SG über den Breitengraden der Erde vom Äquator bis zum Pol mit den optimalen Anordnungsbereichen der Erdrotationspumpen 1 : Diagram of the boundary gradient SG over the latitudes of the earth from the equator to the pole with the optimal arrangement ranges of the earth rotation pumps

2: Zweidimensionale Darstellung der Erdoberfläche mit der Übertragung von Optimalbereichen der Anordnung der Erdrotationsmaschinen aus dem Diagramm 1 2 : Two-dimensional representation of the earth's surface with the transmission of optimum ranges of the arrangement of the earth rotation machines from the diagram 1

3: Prinzipelle Darstellung eines Systems einer Erdrotationspumpe mit Sicherheitselementen 3 : Principal representation of a system of an earth rotation pump with safety elements

Zur Beurteilung des lokalen Potentials zur Nutzung der Erdrotationsenergie wird mit 1 ein Diagramm dargelegt, bei dem auf der Abszisse die Breitengrade der Erde (Nord- oder Südhälfte der Erde) aufgetragen sind und auf der Ordinate die relative Fliehkraftbeschleunigung der Erde in Richtung der Meridianen, bezogen auf die Erdgravitationkonstante g. Zur besseren Veranschaulichung wird das Beschleunigungsverhältnis b/g mit der Länge 1000 m multipliziert, wodurch wir hiermit die Grenzsteigung SG definiert haben. SG = b/g × 1000 (m) tan(α) = SG/1000

b: – Fliekraftkomponente in Fliessrichtung (m/s²), siehe (*)
g: – Erdgravitationskonstante, mittlerer Wert 9,81 m/s²
α: – Steigungswinkel der schiefen Ebene, auf der das Gleichgewicht zwischen den Kraftkomponenten der Gravitation und Fliehkraft herrscht.

To assess the local potential for using the Earth's rotational energy is with 1 a diagram is presented, in which the latitudes of the earth (northern or southern half of the earth) are plotted on the abscissa and the ordinate the relative centrifugal acceleration of the earth in the direction of the meridians, based on the Erdgravitationkonstante g. For better illustration, the acceleration ratio b / g is multiplied by the length 1000 m, whereby we have hereby defined the limit slope SG. SG = b / g × 1000 (m) tan (α) = SG / 1000

b: Flow component in flow direction (m / s ² ), see (*)
G: - Earth gravity constant, mean value 9.81 m / s ²
α: - Slope angle of the inclined plane, on which the balance between the force components of gravity and centrifugal force prevails.

Die errechnete Grenzsteigung ist also formal die Fliehkraftkomponente längs der Strömungsrichtung, bezogen auf die Gravitationskonstante g.The Calculated limit slope is thus formally the centrifugal component along the flow direction, based on the gravitational constant G.

Durch die Dimension (1000 m) sehen wir längs der berechneten Gleichgewichtslinie direkt die Steighöhe SG in m, die z. B. für ein frei fliessendes Wasser in Richtung Pol, entgegen der Fliehkraftkomponente keine Geschwindigkeitsänderung durch die Gravitation zuläßt.By the dimension (1000 m) we see along the calculated Equilibrium line directly the rise height SG in m, the z. B. for a free-flowing water in the direction of Pol, contrary the centrifugal force component no speed change allowed by gravity.

Das Wasser wird also bei einem Steigungwinkel α < 0,099° bei dem Breitengrad von 45° mittels der herrschenden Fliehkraftkomponente entgegen der Gravitationskraftkomponente abgebremst oder sogar eine schiefe Ebene hochfliessen können.The So water is at a pitch angle α <0.099 ° at the latitude of 45 ° by means of the prevailing centrifugal force component braked against the gravitational force component or even one inclined plane can flow up.

Das Diagramm beinhaltet der Vollständigkeit halber also folgende Informationen:

Die berechnete Gleichgewichtslinie 200 ist die Linie des Kräftegleichgewichtes zwischen Gravitation- und Fliehkraftkomponente eines offenen Gewässers an einer schiefen Ebene mit dem Steigungswinkel α.
Die strichlierte Fläche 203 unterhalb der Grenzgleichgewichtslinie 200 zeigt den Wertebereich mit geringerer Steigung, bei dem die Fliehkraftgegenüber der Gravitationskraftkomponente höher ist. Das entgegen der Fliehkraftkomponente fliessende Wasser wird abgebremst oder fließt sogar das Gefälle hoch.
Im Wertebereich 202 über der Gleichgewichtsgrenzlinie 200 überwiegt die Gravitationskraft- gegenüber der Fliehkraftkomponente, wodurch das Wasser seine Geschwindigkeit durch das abschüssige Gefälle erhöhen kann.

For the sake of completeness, the diagram contains the following information:

The calculated equilibrium line 200 is the line of force balance between gravitational and centrifugal component of an open water at an inclined plane with the pitch angle α.
The dashed area 203 below the limit equilibrium line 200 shows the lower slope value range where the centrifugal force is higher than the gravitational force component. The water flowing against the centrifugal component is decelerated or even flows up the slope.
In the value range 202 above the equilibrium limit line 200 The force of gravitational force predominates over the component of centrifugal force, as a result of which the water can increase its velocity through the sloping gradient.

Aus der 1 werden die optimalen Breitengraden-Bereiche 204, 205 und 206 mit dem sehr günstigen Wirkungsgrad im Bereich 204 und 205 für die Energieumwandlung verdeutlicht, auf denen die Ansprüche 1 bis 3 basieren. Da die berechnete Gleichgewichtslinie 200 direkt proportional zur arbeitleistenden Fliehkraftkomponente ist, stellt dieses Diagramm das Kerndiagramm für die global, optimal zu platzierenden Erdrotationsmaschinen hinsichtlich ihres Wirkungsgradpotentials dar.From the 1 become the optimal latitude areas 204 . 205 and 206 with the very favorable efficiency in the range 204 and 205 for the energy conversion, on which the claims 1 to 3 based. Since the calculated equilibrium line 200 is directly proportional to the working centrifugal component, this diagram represents the core diagram for the global, optimally placed Erdrotationsmaschinen in terms of their efficiency potential.

Eine anschauliche Zuordnung der Breitengraden-Bereiche 204 und 205 zur Erdoberfläche gibt die 2. Die eingezeichneten beiden Optimalbereiche 204 und 205 geben den Hinweis für die wirkungsgradgünstige Stellen der Erdrotationsmaschinen, z. B. im europäischen Raum. So würde man sich im Bestbereich 204 bewegen, wenn man die Erdrotationsmaschine z. B. von der Nordsee als Eintrittsmündung über Holland-Südfrankreich (Rhonetal) bis ins Mittelmeer, wo die Energieumwandlung erfolgen könnte, ausdehnen würde. Die Städte Bordeaux, Lion und Mailand befinden sich sehr nahe am 45°-Breitengrad und damit fast im Optimum des Maximalwirkungsgrades der Fliehkraftnutzung.A clear assignment of latitude ranges 204 and 205 to the earth's surface gives the 2 , The marked two optimum ranges 204 and 205 give the hint for the low-efficiency points of the earth rotation machines, z. In the European area. So you would be in the best area 204 move, if the Erdrotationsmaschine z. B. from the North Sea as the entrance mouth over Holland-south France (Rhonetal) to the Mediterranean, where the energy conversion could take place, would extend. The cities of Bordeaux, Lion and Milan are very close to the 45 ° latitude and thus almost at the optimum of the maximum efficiency of centrifugal use.

Auf der Südhalbkugel wäre eine Anordnung in der Nähe von Südamerika hinsichtlich der Bestwirkungsgrade ebenfalls sehr vorteilhaft.On the southern hemisphere would be an arrangement nearby from South America with regard to the efficiencies as well very advantageous.

Auf 3 wird in einer Prinzipdarstellung eine Erdradialpumpe 100 dargestellt, die als Hauptbestandteil einen langgezogenen Druckbehälter 1 aufweist, der mit einer große Eintrittsmündung 2 versehen ist. Um den Bereich der Eintrittsmündung 2 erstreckt sich ein großer Sicherheitsbereich 10, der ein ungewolltes Ansaugen von Gegenständen, Tieren oder Menschen in das Pumpeninnern verhindern soll.On 3 is in a schematic representation of a Erdradialpumpe 100 represented as the main part of a long-drawn pressure vessel 1 that has a large entrance mouth 2 is provided. Around the area of the entrance mouth 2 extends a large security area 10 which is intended to prevent accidental sucking of objects, animals or people into the pump interior.

Der langgezogene Behälter 1 stellt praktisch den Laufradkanal der Erdrotationspumpe dar, der über die Behälterwandungen die Bestrebung verwirklichen will, jegliche Leckagen zur Umgebung hin auszuschliessen und eine gerichtete Hauptströmungsrichtung von der Polseite hin zur Äquatorseite zu gewährleisten. In diesem langgezogenen Behälter 1 wird von dem Erdradius-Ausgangsniveau R0 und dem Energiezustand hinsichtlich dem Totaldruck Pt0 und der geodätischen Höhe Z0 das Wasser in die Zentripetalpumpe eingesogen. Falls wir die Eintrittsmündung im Meer platziert haben, wird der Wert der geodätische Höhe mit Z kleiner 0, also unterhalb des Meeresspiegel, zu nennen sein. Bewegt man sich nun mit der Strömung in Richtung Äquator mit zunehmendem Erdradius, so nehmen die Wasserteilchen fortwährend Energie über die wachsende Umfangsgeschwindigkeit auf, die sich über den Zusammenhang: U = R × ω

U: Umfangsgeschwindigkeit tangential zum Breitengrad (m/s)
R: Erdradius (m)
ω: Winkelgeschwindigkeit ω = 2 × π × 1/T = 7,2921 × 10^–5 (1/s)
π: = 3.141592654
T: Zeit für eine Erddrehung 86 164 Sekunden

errechnen läßt. Der spezifische Energiezustand der Wasserteilchen beträgt alleine durch die Umfangsgeschwindigkeit, also in Abhängigkeit zum aktuell erreichten Erdradius ohne die radiale Geschwindigkeitskomponente in Längsrichtung des Behälters und ohne die vorherrschende Druckenergie am Wasserteilchen ½u².The elongated container 1 represents practically the impeller channel of the earth rotation pump, which wants to realize the aspiration on the container walls, exclude any leakage to the environment and to ensure a directional main flow direction of the Polseite to the equator. In this elongated container 1 The water is drawn into the centripetal pump from the earth radius output level R0 and the energy state with respect to the total pressure Pt0 and the geodetic altitude Z0. If we have placed the entrance mouth in the sea, the value of the geodetic height with Z will be smaller than 0, ie below the sea level. If you now move with the flow in the direction of the equator with increasing radius of the earth, so the water particles continuously absorb energy on the growing peripheral speed, which is about the context: U = R × ω

U: Peripheral speed tangential to the latitude (m / s)
R: Earth radius (m)
ω: Angular velocity ω = 2 × π × 1 / T = 7.2921 × 10 ^-5 (1 / s)
π: = 3.141592654
T: Time for one turn of the earth 86 164 seconds

calculates. The specific energy state of the water particles is solely due to the peripheral speed, ie in dependence on the currently reached earth radius without the radial velocity component in the longitudinal direction of the container and without the prevailing pressure energy at the water particle ½u ² .

Befindet sich das Wasserteilchen an der Stelle 1, an der sich im Beispiel die erste Auslaßöffnung 6 mit anschliessendem Kanal 4.1 auf dem zur Eintrittsmündung vergrößertem Erdradius R1 auftut, so können wir dort mit einem Druckmessgerät M1 nahezu den Totaldruck im Behälter 1 von Pt1 bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten messen. Der Totaldruck Pt1 steht in Differenz zum Eintrittstotaldruck Pt0 für eine erste Fallhöhe H1, mit der in Kenntnis des abzuzapfenden Wassermassenstromes der optimale Turbinentyp über die Cordier-Linie festzulegen ist. Die Anordnung des Behälters 1 würde hier z. B. unterhalb der Meeresoberfläche erfolgen (Z1 < 0 m), wobei die Turbinen im Kraftwerkshaus 3,1 im Bereich der Meeresoberfläche oder darüber stationiert wären. Die Zuleitung zur Turbine würden ein gewisses Maß der Fallhöhe, bezogen auf den Behälteraustrittsflansch-Lage 6, aufzehren. In der Zuleitung 4.1 wird das unter Druck stehende Wasser der Turbine zugeführt, wo dann die Umwandlung der Wasserenergie in mechanische Arbeit erfolgt, die z. B. genutzt wird um einen Generator anzutreiben, der seine elektrische Energie 11,1 über eine Leitungssystem an das Stromnetz abgibt. Das aus dem Turbinenaustritt abströmende Wasser wird üblicherweise ohne größere Gegendrücke über den Austrittskanal 5.1 in die Umgebung, z. B. zurück ins Meer oder in das betreffende Gewässer oder Landgebiet abgeleitet.Is the water particles at the point 1, in the example in the first outlet opening 6 with subsequent channel 4.1 opens on the increased to the inlet mouth Erdradius R1, so we can there with a pressure gauge M1 almost the total pressure in the container 1 of Pt1 at low flow rates. The total pressure Pt1 is in difference to the inlet total pressure Pt0 for a first drop height H1, with the knowledge of the metered water mass flow of the optimal turbine type is set via the Cordier line. The arrangement of the container 1 would be here z. B. below the sea surface (Z1 <0 m), the turbines in the powerhouse 3.1 stationed in the area of the sea surface or above. The supply to the turbine would a degree of drop height, based on the Behälteraustrittsflansch location 6 , eat up. In the supply line 4.1 the pressurized water is supplied to the turbine, where then the conversion of the water energy into mechanical work takes place, the z. B. is used to drive a generator, its electrical energy 11.1 via a line system to the mains. The effluent from the turbine outlet water is usually without larger back pressures on the outlet channel 5.1 in the environment, z. B. derived back into the sea or in the waters or land area.

Die analogen Vorgänge der Stelle 1 (R1) finden wir bei wachsendem Erdradius, also mit wachsendem spezifischen Energiezustand des Wassers auch an den Stellen x (Rx) und y (Ry).The analogous processes of site 1 (R1) are found in growing Earth radius, so with water increasing specific energy status as well at the points x (Rx) and y (Ry).

Jeder Druckbehälteröffnung (1 ... x ... y) läßt sich also einem bestimmten Erdradius in Relation zum Radius R0 der Behältereintrittsmündung und damit zu einem bestimmten Totalzustand, bzw. einer bestimmten Fallhöhe zuordnen, wobei dadurch ein passender Turbinentyp, wie Kaplan, Francis oder Pelton als Wirkungsgrad-Optimalturbine relevant und wählbar wird.Everyone Pressure vessel opening (1 ... x ... y) can be So a certain radius of earth in relation to the radius R0 of the container inlet mouth and thus to a certain total state, or a specific Assign drop height, whereby thereby a suitable turbine type, like Kaplan, Francis or Pelton as efficiency-optimal turbine becomes relevant and selectable.

Die Führung des langgezogenen Behälters kann prinzipiell unterhalb oder auch oberhalb des Meeresspiegels über Land erfolgen.The Guiding the elongated container can in principle below or above sea level over land respectively.

So könnte z. B. die Stelle y des Behälteraustritts, bzw. des Behälteraustrittskanals 4,y bei größeren Streckenvorläufen auch in höheren bergigen Regionen angeordnet sein. Mit oder ggf. ohne fallhöhenbelastendes Kraftwerk 3,y am Behälterauslasskanal 4,y liesse sich damit ein Wasserspeicher in größeren Höhen für eine Pumpspeicherkraftwerk bei Bedarf füllen. Die Erdrotationspumpe bietet auf Basis großer Erdradienänderungen der Druckkanäle die Möglichkeit riesige Höhen zu überwinden, wodurch man die langgezogenen Druckkanäle dabei nicht zwangsweise nur auf einem nahezu unveränderlichen Höhenniveau gegenüber der Meeresoberfläche führen muß.So z. B. the location y of the container outlet, or the container outlet channel 4, y be arranged in larger stretches of road in higher mountainous regions. With or without a fall-height-polluting power plant 3, y at the container outlet channel 4, y If necessary, it would be possible to fill a water reservoir at higher altitudes for a pumped storage power plant. The earth rotation pump offers on the basis of large Erdradienänderungen the pressure channels the ability to overcome huge heights, making it not necessarily force the long pressure ducts only at a virtually constant height level with respect to the sea surface.

Hierdurch sind, wie erwähnt, heute fast unvorstellbare Transportaufgaben von riesigen Wassermassen ermöglichbar, die eine Erweiterung des menschlichen Lebensraumes, zusammen für die Pflanzen und eine große Artenvielfalt weiterer Lebewesen bedeutet. Eine Begrünung der heutigen lebensfeindlichen Wüsten rückt mit der Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen der Erdradialpumpen und deren Peripherieen in den Bereich der Verwirklichung.hereby are, as mentioned, today almost unimaginable transport tasks made possible by huge volumes of water, an extension of the human habitat, together for the plants and a great biodiversity of other living things means. A greening of today's hostile deserts moves with the realization of the invention Devices of Erdradialpumpen and their peripheries in the Area of realization.

Die Erdrotationspumpen sind natürlich nicht nur auf die Nutzung des Meerwassers beschränkt, sondern können genauso eine Anordnung der Pumpenmündung in Süßwasserseen sinnvoll machen.Of course, the earth rotation pumps are not limited to the use of seawater, but can make just as an arrangement of the pump outlet in freshwater lakes make sense.

Generell läßt sich das Medium auf Öl oder Gas oder weitere fliessfähigen und strömenden Materien erweitern, was für den globalen Transport der betreffenden Medien interessant sein wird.As a general rule the medium can be oil or gas or other flowable and flowing materials expand what the global transport of the concerned Media will be interesting.

Aus Sicherheitgründen werden Längenkompensatoren 210 und Dämpfungselemente 212, 213 in das Erdrotationsmaschinen-System integriert, mit denen gezielt die Gefahren von Druckspitzen und Schwingungsanregungen bekämpft werden. Bei dem Dämpfungselement 212 wird z. B. auch aktiv durch Druckgeneratoren 214 Gasdrücke im Raum 212 so modifiziert, um die gefährlichen Resonanzfällen der langen Wassersäulen auszuschliessen.For safety reasons, length compensators 210 and damping elements 212 . 213 integrated into the earth rotation machine system, which specifically combats the dangers of pressure peaks and vibration excitations. In the damping element 212 is z. B. also active by pressure generators 214 Gas pressures in the room 212 modified so as to exclude the dangerous resonance cases of the long water columns.

Eine sehr wirksame Einflussnahme auf das Druckverhalten bei Betriebspunktänderungen bieten die Anordnung von Überdruckventilen 211, die eine geregelte, ausgleichende Funktion des Gesamtsystems durch Abblasen, bzw. Abströmen des betreffenden Mediums erlauben.A very effective influence on the pressure behavior at operating point changes offer the arrangement of pressure relief valves 211 , which allow a regulated, compensatory function of the entire system by blowing off, or outflow of the medium concerned.

11: Druck-Behälter des Erdrotationskraftwerk-SystemsPressure vessel Earth rotation power plant system
22: Eintrittsmündung des Behälters auf Erdradius zur Drehachse R0, Totaldruck Pt0inlet opening of the container on earth radius to the axis of rotation R0, total pressure pt0
3,13.1: Kraftwerk auf auf Erdradius zur Drehachse R1, Totaldruck Pt1power plant on on earth radius to the rotation axis R1, total pressure Pt1
3,x3, x: Kraftwerk auf auf Erdradius zur Drehachse Rx, Totaldruck Ptxpower plant on on earth radius to the rotation axis Rx, total pressure Ptx
3,y3, y: Kraftwerk auf auf Erdradius zur Drehachse Ry, Totaldruck Ptypower plant on on earth radius to the axis of rotation Ry, total pressure Pty
4,14.1: Zuleitung zu Kraftwerk 1 auf auf Erdradius zur Drehachse R1, Wasser-Totaldruck Pt1 am Turbineneintrittsupply to power plant 1 on Erdradius to the rotation axis R1, water total pressure Pt1 at the turbine inlet
4,x4, x: Zuleitung zu Kraftwerk x auf auf Erdradius zur Drehachse Rx, Wasser-Totaldruck Ptx am Turbineneintrittsupply to power plant x on on earth radius to the axis of rotation Rx, water total pressure Ptx at the turbine inlet
4,y4, y: Zuleitung zu Kraftwerk y auf auf Erdradius zur Drehachse Ry, Wasser-Totaldruck Pty am Turbineneintrittsupply to power plant y on on Erdradius to the rotation axis Ry, water total pressure Pty at the turbine entrance
5,15.1: Auslassleitung von Kraftwerk 1 auf Erdradius zur Drehachse R1, i. allg. Wassergegendruck Pu am Turbinenaustritt im Bereich der Umgebungoutlet pipe from power plant 1 to earth radius to the rotation axis R1, i. general water back pressure Pu at the turbine exit in the vicinity
5,x5, x: Auslassleitung von Kraftwerk x auf Erdradius zur Drehachse Rx, i. allg. Wassergegendruck Pu am Turbinenaustritt im Bereich der Umgebungoutlet pipe from power plant x to earth radius to the axis of rotation Rx, i. general water back pressure Pu at the turbine exit in the vicinity
5,y5, y: Auslassleitung von Kraftwerk y auf Erdradius zur Drehachse Ry, i. allg. Wassergegendruck Pu am Turbinenaustritt im Bereich der Umgebungoutlet pipe from power plant y to earth radius to the axis of rotation Ry, i. general water back pressure Pu at the turbine exit in the vicinity
66: Austrittsmündung Behälter zur Zuleitung des Kraftwerkesoutlet opening Container for the supply of the power plant
77: Sicherheitszone an Behältereintrittsmündung 2 Safety zone at container mouth 2
11,111.1: Umgewandelter Energie-, bzw. Stoffzustand des neuen Energieträgers nach Kraftwerke 3,1, bzw. der betreffenden UmwandlungsanlageConverted energy or material state of the new energy carrier after power plants 3.1 , or the relevant conversion plant
11,x11 x: Umgewandelter Energie-, bzw. Stoffzustand des neuen Energieträgers nach Kraftwerke 3,x, bzw. der betreffenden UmwandlungsanlageConverted energy or material state of the new energy carrier after power plants 3, x , or the relevant conversion plant
11,y11, y: Umgewandelter Energie-, bzw. Stoffzustand des neuen Energieträgers nach Kraftwerke 3,y, bzw. der betreffenden UmwandlungsanlageConverted energy or material state of the new energy carrier after power plants 3, y , or the relevant conversion plant
100100: System Erdrotationskraftwerkesystem Erdrotationskraftwerke
200200: Steigungslinie des Verhältnisses Sg/1000 m, auf der die Komponenten der Erdbeschleunigung mit der Komponente der Fliehkraftbeschleunigung den gleichen Betrag aufweistslope line of the ratio Sg / 1000 m, on which the components of the Gravitational acceleration with the component of centrifugal acceleration has the same amount
202202: Steigungsbereich des Verhältnisses Sg/1000 m, in dem die Komponenten der Erdbeschleunigung zur Komponente der Fliehkraftbeschleunigung einen größeren Betrag aufweistslope area of the ratio Sg / 1000 m, in which the components of gravitational acceleration to the component of centrifugal acceleration a larger amount having
203203: Steigungsbereich des Verhältnisses Sg/1000 m, in dem die Komponenten der Erdbeschleunigung zur Komponente der Fliehkraftbeschleunigung einen kleineren Betrag aufweistslope area of the ratio Sg / 1000 m, in which the components of gravitational acceleration to the component of the centrifugal force a smaller amount having
204204: Bereich der Breitengrade von 30° bis 60° der nördlichen und der südlichen ErdhalbkugelArea the latitudes of 30 ° to 60 ° of the northern and the southern hemisphere
205205: Bereich der Breitengrade von 20° bis 70° der nördlichen und der südlichen ErdhalbkugelArea the latitudes from 20 ° to 70 ° of the northern and the southern hemisphere
206206: Bereich der Breitengrade von 15° bis 75° der nördlichen und der südlichen ErdhalbkugelArea the latitudes from 15 ° to 75 ° of the northern and the southern hemisphere
210210: Kompensationselemente des Druckrohres, bzw. des Druckbehälterscompensation elements the pressure tube, or the pressure vessel
211211: AbblaseüberdruckventilAbblaseüberdruckventil
212212: Druckgas, bzw. DruckluftCompressed gas, or compressed air
213213: Elastisches Element zur Druckspitzendämpfungelastic Pressure peak damping element
214214: Vorrichtung zur Erzeugung einer Druckgasdämpfungcontraption for generating a compressed gas damping
215215: Elastische Membranelastic membrane
M1M1: Mess-Stelle Behälter/Kraftwerksbereich Kraftwerk 1Measuring point Container / power plant area power station 1
MxMx: Mess-Stelle Behälter/Kraftwerksbereich Kraftwerk xMeasuring point Containers / power plant area power station x
MyMy: Mess-Stelle Behälter/Kraftwerksbereich Kraftwerk yMeasuring point Containers / power plant area power station y
Pt0pt0: Totaldruck Erdradius R0 (Pt = Pstatisch + Pdynamisch)Total pressure Earth radius R0 (Pt = Pstatic + Pdynamic)
Ptxptx: Totaldruck Erdradius Rx (Pt = Pstatisch + Pdynamisch)Total pressure Earth radius Rx (Pt = Pstatic + Pdynamic)
PtyPty: Totaldruck Erdradius Ry (Pt = Pstatisch + Pdynamisch)Total pressure Earth radius Ry (Pt = Pstatic + Pdynamic)
R0R0: Erdradius zur Drehachse der Behälter-Eintrittsmündung 2 Earth radius to the axis of rotation of the container inlet mouth 2
R1R1: Erdradius zur Drehachse des Kraftwerks 1Earth's radius to the axis of rotation of the power plant. 1
RxRx: Erdradius zur Drehachse des Kraftwerks xEarth's radius to the axis of rotation of the power plant x
RyRy: Erdradius zur Drehachse des Kraftwerks yEarth's radius to the axis of rotation of the power plant y

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102007013398 [0005, 0007]

Claims

Erdrotationspumpe for continuous flow of water or gas, the inlet mouth of a pressure tube, or elongated container ( 1 ), which is to be regarded as a pump impeller, is arranged on a smaller earth radius than its outlet orifice, characterized in that its pressure tube or pressure vessel inlet orifice ( 2 ) and the length of the extension of the pressure tube, or the elongated pressure vessel ( 1 ) with the outlet opening ( 4.1 ; 4, x ; 4, y ) are on a Erdradius (R1, Rx, Ry), which is greater than the mouth of its entrance ( 2 , R0) and the entire earth rotation pump system 100 with periphery extending between latitude 30 ° to latitude 60 ° of the northern or southern hemisphere.

An earth rotation pump according to claim 1, characterized in that its pressure pipe or pressure vessel inlet orifice ( 2 ) and the length of the extension of the pressure tube, or the elongated pressure vessel ( 1 ) with the outlet opening ( 4.1 ; 4, x ; 4, y ) are on a Erdradius (R1, Rx, Ry), which is greater than the mouth of its entrance ( 2 , R0) and the entire earth rotation pump system 100 with peripheries extending between latitude 20 ° to latitude 70 ° of the northern or southern hemisphere.

An earth rotation pump according to claim 1, characterized in that its pressure pipe or pressure vessel inlet orifice ( 2 ) and the length of the extension of the pressure tube, or the elongated pressure vessel ( 1 ) with the outlet opening ( 4.1 ; 4, x ; 4, y ) are on a Erdradius (R1, Rx, Ry), which is greater than the mouth of its entrance ( 2 , R0) and the entire earth rotation pump system 100 with peripheries extending between latitude 15 ° to latitude 75 ° of the northern or southern hemisphere.

Earth rotation pump according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the elongated pressure vessel 1 , or the pressure tube 1 Pressure compensation damping elements in at least one place 210 having.

Earth rotation pump according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the elongated pressure vessel 1 , or the pressure tube 1 blow-off devices at at least one location 211 having.

Earth rotation pump according to claim 1, 2 and 3, characterized in that the elongated pressure vessel 1 , or the pressure tube 1 at least one point gas-filled damper 212 . 213 having.

Earth rotary pump according to claim 6, characterized in that at least one gas-filled damping chamber 212 with a device 214 for generating compressed gas via a channel in communication.

An earth rotation pump according to claim 7, characterized in that the gas-filled damping chamber 212 through a gas-impermeable and movable membrane 214 to the medium of the pressure vessel 1 is disconnected.

An earth rotation pump according to claims 1, 2 and 3, characterized in that a surface portion of the elongated pressure vessel 1 is designed as routes of road and / or rail vehicles and / or magnetic trains.

An earth rotation pump according to claims 1, 2 and 3, characterized in that a surface portion of the elongated pressure vessel 1 designed as part of aircraft runways.