DE102007057267A1 - Arrangement for converting wind energy over open water, especially ocean, into electrical energy has free-flow water turbine(s) or diffuser or vortex flow turbines driven by wind, towed or tethered sail(s) and/or by Flettner rotor(s) - Google Patents

Arrangement for converting wind energy over open water, especially ocean, into electrical energy has free-flow water turbine(s) or diffuser or vortex flow turbines driven by wind, towed or tethered sail(s) and/or by Flettner rotor(s) Download PDF

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Abstract

The arrangement converts the drive force produced by the wind energy and the resultant relative motion of a float body (3, 4) relative to the surrounding water in accordance with P 10 2007 019 027.3. It has an energy ship (43) with at least one free-flow water turbine or diffuser or vortex flow turbines driven by at least one wind, towed or tethered sail (26) and/or by at least one Flettner rotor (7).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Umwandeln von Windenergie über dem offenen Wasser, insbesondere Ozean, in elektrische Energie gemäss dem einleitenden Teil des unabhängigen Sachpatentanspruches des Hauptpatentes ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3.The The present invention relates to a device for converting from wind energy over the open water, in particular ocean, into electrical energy according to the introductory one Part of the independent Patent claim of the main patent ... Patent Application 10 2007 019 027.3.

Auf vielen Teilen der Weltozeane, Weltmeere, grossen Binnenseen oder Flüssen herrschen starke bis sehr starke Winde. Diese Winde sind in ihrer Richtung und Stärke oftmals über einen längeren Zeitraum weitgehend konstant vorhanden.On many parts of the world ocean, oceans, large lakes or rivers strong to very strong winds prevail. These winds are in their direction and strength often over a longer period largely constant.

Die vorgeschlagene Einrichtung sieht eine Nutzung der Windenergie zum Antrieb von schwimmenden Wasserkraftturbinen vor und ist darüberhinaus als Verbesserung der Erfindung nach dem Hauptpatent zu verstehen. Diese Strömungsturbinen (Freistömungs-, Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen) treiben vorzugsweise über ein mechanisches Getriebe einen oder mehrere elektrische Generatoren an. Die von diesen erzeugte elektrische Energie kann für Elektrolyseanlagen zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff und/oder für eine Methanol- bzw. Ammoniaksyntheseanlage verwendet werden.The proposed device provides for the use of wind energy Drive from floating hydropower turbines and beyond to understand as an improvement of the invention after the main patent. These flow turbines (free-flow, Diffuser or vortex flow turbines) preferably float over a mechanical transmission one or more electric generators at. The electrical energy generated by these can be used for electrolysis systems for the production of hydrogen and oxygen and / or for a methanol or ammonia synthesis plant be used.

Die nachfolgend beschriebene erfindungsgemässe Einrichtung soll mittels gegenüber dem Hauptpatent deutlich verbesserter Nutzung von Meereswindenergie als Basisenergie in grossem Massstab zu einer erheblichen Reduzierung der CO2-Emissionen beitragen und bietet darüber hinaus die Möglichkeit zu einem Einstieg in die Erzeugung/Nutz- ung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff respektive den Einstieg in einen CO2-Kreislaufprozess. Der vorgeschlagenen Einrichtung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Windenergie verbessert zu nutzen, in elektrische Energie umzuwandeln und diese mittels Elektrolyse in chemischer Form (Wasserstoff) und/oder nach entsprechender Synthese als Methanol oder Ammoniak zu speichern. Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Einrichtung sieht zur Lösung dieser Aufgabe eine Nutzung dieser Windenergie zum Antrieb von schwimmenden Wasserkraftturbinen vor. Diese Strömungsturbinen treiben vorzugsweise über je ein mechanisches Getriebe elektrische Generatoren an. Die erzeugte elektrische Energie wird für den Betrieb von Elektrolyseanlagen zur Wasserstoffgewinnung verwendet. Dieser regenerativ erzeugte Wasserstoff kann dann noch optional für eine Methanol- bzw. Ammoniaksynthese-anlage verwendet werden.The The device according to the invention described below is intended by means of across from the main patent significantly improved utilization of marine wind energy as a basic energy on a large scale to a considerable reduction contribute to CO2 emissions and also offers the opportunity an entry into the production / use of renewable hydrogen respectively the entry into a CO2 cycle process. The proposed Device is thus the object of this wind energy improved, convert into electrical energy and these by electrolysis in chemical form (hydrogen) and / or after corresponding synthesis as methanol or ammonia store. The inventively proposed device provides for the solution of this task use This wind energy for driving floating hydropower turbines. These flow turbines preferably float over depending on a mechanical transmission electric generators. The generated electrical energy is used for used the operation of electrolysis plants for hydrogen production. This regenerative hydrogen can then be optional for one Methanol or ammonia synthesis plant can be used.

Unter Ausnutzung der erwähnten Winde werden an einem speziell konstruierten Schwimmkörper (vereinfacht nachfolgend Energieschiff genannt) durch Segel, Schleppsegel, Drachenhöhensegel (z. B. Skysails) und/oder Flettner-Rotoren ein Vortrieb und somit eine Relativgeschwindigkeit gegenüber dem umgebenden Ozean-, Meer-, See- oder Flusswasser erzeugt. Diese Relativgeschwindigkeit zwischen dem Schwimmkörper und dem umgebenden Wasser wird dann zum Betrieb von Wasserströmungsturbinen, vorzugsweise Freistömungs-, Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen, benutzt, welche unter dem Wasserspiegel an dem Schwimmkörper befestigt sind. Diese Wasserströmungsturbinen dienen als Antrieb für elektrische Generatoren. Bei den Diffusorströmungsturbinen handelt es sich um Turbinen, bei welchen die Turbinenräder/-flügel von einem äusseren Radialgehäuse ummantelt sind, an welches dann noch ein Diffusor analog dem Saugrohr der Turbine in einem Wasserkraftwerk nachgeschaltet ist.Under Exploitation of the mentioned Winds are made on a specially designed float (simplified hereinafter referred to as energy ship) by sail, tow, Drachenhöhensegel (eg Skysails) and / or Flettner rotors a propulsion and thus a relative speed to the surrounding ocean, Sea, lake or river water generated. This relative speed between the float and the surrounding water is then used to operate water flow turbines, preferably free-flow, Diffuser or vortex flow turbines, used, which attached to the float under the water level are. These water flow turbines serve as a drive for electric generators. The diffuser flow turbines are Turbines in which the turbine wheels / wings from an outer radial housing are sheathed, to which then a diffuser analogous to the suction pipe of the Turbine is downstream in a hydroelectric power plant.

In dem durch den Diffusor erzeugten erweiterten Bereich erfolgt dann eine verlustarme Verzögerung der Wasserströmung. Eine weitere Verbesserung der Strömungseigenschaften des Diffusors ergibt sich durch Anbringen von einem oder bis zu drei Ringspalten im Diffusorbereich bei der „Vortexströmungsturbine".In the expanded area created by the diffuser then occurs a low-loss delay the water flow. A further improvement of the flow characteristics of the diffuser results from attaching one or up to three annular gaps in the diffuser area at the "vortex flow turbine".

Durch Anbringung eines oder bis zu drei Ringspalten wird es ermöglicht, dass das das Radialgehäuse und den Diffusor aussen umströmende schnellere Wasser in den Diffusorbereich einströmt und sich durch dieses einströmende schnellere Wasser im Zusammenwirken mit der gekrümmten Mantellinie des Diffusors unter Vermeidung der Grenzschichtablösung und Wirbelbildung eine beschleunigte Randströmung ausbildet, welche die Diffusorströmung verstärkt nach aussen zieht und somit den nachgeschalteten Strömungswiderstand verringert.By Attachment of one or up to three annular gaps makes it possible that's the radial housing and the outside of the diffuser flowing around faster Water flows into the diffuser area and flows through it faster Water interacting with the curved generatrix of the diffuser while avoiding the boundary layer separation and vortex formation accelerated edge flow forms, which pulls the diffuser flow to the outside and thus reinforced the downstream flow resistance reduced.

Dem erhöhtem mechanischen sowie baulichen Aufwand einer solchen Diffusor- oder Vortexströmungsturbine gegenüber einer Freiströmungsturbine steht aber ein erhöhter Wirkungsgrad, bezogen auf den maximalen Durchmesser oder Querschnitt des Diffusors, entgegen. So beträgt der theoretisch maximal mögliche Wirkungsgrad einer Freiströmungsturbine ca. 46%. Der theoretisch maximale Wirkungsgrad einer Diffusorströmungsturbine wird in der einschlägigen Fachliteratur mit ca. 70%, bezogen auf den max. Durchmesser oder Querschnitt des Diffusors angegeben.the increased mechanical and structural complexity of such a diffuser or Vortex flow turbine across from a free-flow turbine but is an elevated one Efficiency, based on the maximum diameter or cross section of the Diffusers, contrary. So is the theoretically maximum possible Efficiency of a free-flow turbine about 46%. Theoretically maximum efficiency of a diffuser flow turbine will be in the relevant Specialist literature with approx. 70%, based on the max. Diameter or Cross section of the diffuser indicated.

Der theoretisch maximale Wirkungsgrad der Vortexturbine sollte aufgrund der verbesserten Strömungsdynamik noch um einige Prozentpunkte besser sein als der theoretisch maximale Wirkungsgrad der Diffusorströmungsturbine.Of the theoretically maximum efficiency of the Vortexturbine should be due the improved flow dynamics still be a few percentage points better than the theoretical maximum Efficiency of the diffuser flow turbine.

Die nachgeschalteten Komponenten zur Weiterverwendung des mittels der Freistömungs-, Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen erzeugten Stromes für die Versorgung von Elektrolyseanlagen sowie der Speicherung von Wasserstoff und Sauerstoff oder der Methanol- oder Ammoniaksynthese sowie der Speicherung und des Transportes dieser regenerativ erzeugten Energieträger sind identisch mit den bereits beschriebenen Komponenten im Hauptpatent... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3 und werden daher hier nur kurz beschrieben.The downstream components for further use of the generated by means of the free-flow, diffuser or Vortexströmungsturbinen Electricity for the supply of electrolysis systems and the storage of hydrogen and oxygen or the methanol or ammonia synthesis and the storage and transport of these regeneratively produced energy sources are identical to the components already described in the main patent ... Patent Application 10 2007 019 027.3 and are therefore here only briefly described.

Auf dem Energieschiff (Schwimmkörper) befinden sich Elektrolyseanlagen, Behälter für das elektrolysefähige Wasser, Kompressoren für die Gasverdichtung sowie Druckbehälter zur Aufnahme der erzeugten Wasserstoff- und Sauerstoffgase. Alternativ ist auch die Speicherung des erzeugten Wasserstoffes auf dem Schwimmkörper in Form von flüssigem Methanol oder Ammoniak möglich.On the energy ship (float) are electrolysis plants, tanks for the electrolyzed water, Compressors for the gas compression and pressure vessel for receiving the generated Hydrogen and oxygen gases. Alternatively, the storage the generated hydrogen on the float in the form of liquid methanol or ammonia possible.

Optional ist auch eine direkte Speicherung der erzeugten elektrischen Energie auf dem Energieschiff mittels ausreichend dimensionierter Akkumulatoren möglich. Für die Methanolsynthese würde ein Speicher für flüssiges CO2 erforderlich sowie eine entsprechend ausgelegte Methanolsyntheseanlage. Alternativ ist auch eine Ammoniaksynthese möglich. Ferner kann auch der Sauerstoff grundsätzlich in flüssiger Form gespeichert werden.optional is also a direct storage of the generated electrical energy on the power ship by means of adequately dimensioned accumulators possible. For the Methanol synthesis would a memory for liquid CO2 required and a correspondingly designed methanol synthesis plant. alternative is also an ammonia synthesis possible. Further can also be the oxygen in principle in liquid Form will be saved.

Die aus einem oder mehreren Schwimmkörpern bestehenden Energieschiffe sollten so konstruiert sein, dass ihr(e) Schwimmkörper möglichst wenig Strömungswiderstand aufweist(en) und könnten z. B. als Katamarane, Trimarane oder mit fünf Schwimmkörpern konstruiert sein. Grosse Segel, Schleppsegel, Drachenhöhensegel (z. B. Skysails) und/oder Flettner-Rotoren ziehen oder treiben das Energieschiff durch das umgebende Wasser und treiben dabei die als Freiströmungs-, Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen konzipierten Wasserturbinen an. Optional sind für die Flettner-Rotoren noch ausreichend dimensionierte dreh- und/oder schwenkbare Windumleitungs- bzw. Windkonzentrationsbleche sowie Diffusorbleche zwecks Erreichung des optimalen Vortriebes sowie einer optimalen Ausrichtung des erzeugten Vortriebes der Flettner-Rotoren möglich.The from one or more floats existing energy vessels should be designed so that their (e) float preferably little flow resistance have (s) and could z. B. constructed as catamarans, trimarans or with five floats. Size Sails, tows, kite heights (eg Skysails) and / or Flettner rotors pull or drive this Power ship through the surrounding water and drive it as the Freiströmungs-, Diffuser or vortex flow turbines designed water turbines. Optional are still for the Flettner rotors sufficiently dimensioned rotating and / or swiveling wind diversion or Windkonzentrationsbleche and diffuser sheets for the purpose of achieving the optimal propulsion and an optimal alignment of the generated Propulsion of Flettner rotors possible.

Die wesentlichen Merkmale und Hauptkomponenten des Aufbaues der Energieschiffe mit Flettner-Rotoren sowie der Vortexströmungsturbine sind im Folgenden anhand der Grobprinzipskizzen der 1 bis 4 beschrieben.The essential features and main components of the structure of the energy vessels with Flettner rotors and the Vortexströmungsturbine are described below with reference to the rough outline of the 1 to 4 described.

Es sind in diesen nur die für das Verständnis der Windenergienutzung über offenen Meeren oder Binnenseen mit Hilfe der Flettner-Rotoren sowie die für das Verständnis der Funktion der Vortexströmungsturbinen erforderlichen wesentlichen Hauptmerkmale beschrieben.It are in these only the for the understanding of Wind energy use over open seas or inland lakes with the help of Flettner rotors as well the for the understanding the function of vortex flow turbines essential essential features described.

Für gleiche oder einander entsprechende Elemente/Komponenten werden in allen Skizzen dieselben Bezugszeichen verwendet.For same or corresponding elements / components will be in all Sketches the same reference numerals used.

Es zeigen:It demonstrate:

1: Einen Längsschnitt eines zentralen Hauptschwimmkörper eines Energieschiffes mit Aufstellung von Flettner-Rotoren und Anbringung von Wasserströmungsturbinen. In diesem Langschnitt sowie der 2 sind die Wasserströmungsturbinen der einfachheithalber als Freiströmungsturbinen dargestellt. Es können hierfür ebenso Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen statt Freiströmungsturbinen verwendet werden, 1 : A longitudinal section of a central main floating body of an energy ship with installation of Flettner rotors and attachment of water flow turbines. In this long section as well as the 2 For simplicity, the water flow turbines are shown as free-flow turbines. Diffuser or vortex flow turbines can be used instead of free flow turbines for this,

2: Eine Frontansicht des Energieschiffes mit Aufstellung der Flettner-Rotoren und Anbringung der Wasserströmungsturbinen (ohne Ansicht der zusätzlichen Aussenschwimmkörper) nach 1, 2 : A front view of the energy ship with installation of the Flettner rotors and attachment of the water flow turbines (without view of the additional outer floating bodies) 1 .

3: Eine Grobskizze einer Draufsicht des oben beschriebenen Energieschiffes mit Darstellung der grundsätzlich möglichen Anordnung des Energieschiffes für den Betrieb mit drei Drachenhöhensegeln und acht Flettner-Rotoren für den Antrieb von sechs Wasserströmungsturbinen und 3 : A rough sketch of a top view of the energy ship described above with representation of the fundamentally possible arrangement of the energy ship for operation with three kite sails and eight Flettner rotors for the drive of six water flow turbines and

4: Eine Grobskizze einer Seitenansicht einer Vortexströmungsturbine mit einer Ringspaltöffnung zwischen Turbinenmantelgehäuse und Diffusor. 4 : A rough sketch of a side view of a Vortexströmungsturbine with an annular gap opening between the turbine casing and the diffuser.

1 zeigt in schematischer Weise die Aussenansicht des Energieschiffes 43 zur Umwandlung der Strömungsenergie, erzeugt durch den Vortrieb der Flettner-Rotoren 7 und/oder der Segelsysteme 26 und die daraus resultierende Relativgeschwindigkeit des Energieschiffes gegenüber dem umgebenden Wasser in der Prinzipskizze des Längsschnittes des zentralen Hauptschwimmkörpers 3 des Energieschiffes 43 und 2 zeigt als Prinzipskizze die dazugehörige Frontansicht des Hauptschwimmkörpers (Trimaran) des Energieschiffes 43 ohne Ansicht der zusätzlich möglichen Aussenschwimmkörper). 1 shows in a schematic way the outside view of the energy ship 43 for converting the flow energy generated by the advance of the Flettner rotors 7 and / or the sailing systems 26 and the resulting relative velocity of the energy ship relative to the surrounding water in the schematic diagram of the longitudinal section of the central main floating body 3 of the energy ship 43 and 2 shows as a schematic diagram the associated front view of the main floating body (trimaran) of the energy ship 43 without view of the additionally possible external floating body).

Die Umwandlung der Strömungsenergie, erzeugt durch die Relativbewegung des Energieschiffes 43 gegenüber dem umgebenden Wasser, in elektrische Energie erfolgt mittels sechs modularer Freiströmungsturbinen 6 mit je einem wasserdichten Gehäuse 1, welches mittels je eines ausreichend dimensionierten Kragarmes 2 an dem zentralen Schwimmkörper 3 und den beiden kleineren seitlichen Schwimmkörpern 4 befestigt sind. Diese seitlichen Trimaran-Schwimmkörper 4 sind über ausreichend dimensionierte Kragarme 5 starr mit dem zentralem Hauptschwimmkörper 3 verbunden.The transformation of the flow energy, generated by the relative movement of the energy ship 43 opposite the surrounding water, into electrical energy by means of six modular free-flow turbines 6 each with a waterproof housing 1 , which by means of a suitably sized Kragarmes 2 at the central float 3 and the two smaller side floats 4 are attached. These side trimaran floats 4 are about sufficiently sized cantilevers 5 rigid with the central main floating body 3 connected.

In dem wasserdichtem Gehäuse 1 einer Freiströmungsturbine 6 ist ein Elektrogenerator 41 zusammen mit einem Getriebe 42 untergebracht, welche von einem dreiflügeligen Turbinenrad 50 angetrieben werden, wobei die Ausführung dieses Turbinenrades grundsätzlich auch zwei- oder vierflügelig sein kann.In the waterproof case 1 a free-flow turbine 6 is an electric generator 41 to together with a gearbox 42 housed by a three-bladed turbine wheel 50 be driven, the design of this turbine wheel can basically be two or four wings.

Die weiteren erforderlichen einzelnen Schritte zur Weiterleitung, Verteilung, Mittel-/Niederspannungs-Transformation der mittels der Freistömungs-, Diffusor- oder Vortexströmungsturbinen erzeugten elektrischen Energie sowie deren weitere Verwendung für die Versorgung von Elektrolyseanlagen zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff, der Speicherung von Wasserstoff und Sauerstoff, sowie der Methanol- und Ammoniaksynthese, sind identisch mit den bereits in dem Hauptpatent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3 beschriebenen Verfahren und werden daher hier nicht mehr weiter beschrieben.The further required individual steps for forwarding, distributing, Medium / low voltage transformation of the free-flow, diffuser or vortex flow turbines generated electrical energy and their further use for the supply of electrolysis plants for the production of hydrogen and oxygen, the storage of hydrogen and oxygen, as well as the methanol and ammonia synthesis, are identical to those already in the main patent ... Patent Application 10 2007 019 027.3 described method and will therefore not be described further here.

Im Bug 44 des zentralen Schwimmkörpers 3 sowie in den Bugen der beiden kleineren seitlichen Schwimmkörper 4 des Energieschiffes 43 ist im Prinzip noch schematisch je eine eingefahrene und eingeklappte Vorrichtung 17 zur Unterbringung eines grossformatigen vollautomatischen Drachenhöhensegels 45 dargestellt.In the bow 44 of the central float 3 as well as in the bows of the two smaller lateral floats 4 of the energy ship 43 is in principle still schematically a retracted and folded device 17 to accommodate a large-format fully automatic kite altitude sail 45 shown.

Ferner ist im Heck 46 des zentralen Hauptschwimmkörpers 3 des Energieschiffes 43 noch schematisch ein Leitstand 18 des Energieschiffes 43 sowie Wohn- und Unterkunftsräume 51 für das Betriebs- und Wartungspersonal des Energieschiffes dargestellt. Die Linie A entspricht der Eintauchtiefe des Energieschiffes 43.Further, in the rear 46 of the central main floating body 3 of the energy ship 43 still schematically a control room 18 of the energy ship 43 as well as living and accommodation spaces 51 represented for the operating and maintenance personnel of the energy ship. The line A corresponds to the immersion depth of the energy ship 43 ,

3 zeigt in der Draufsicht in schematischer Weise als Grobprinzipskizze die Ansicht eines Energieschiffes 43 für den Betrieb mit drei Drachenhöhensegeln 26 und/oder mit acht Flettner-Rotoren 7. In dieser Draufsicht ist in schematischer Weise dargestellt, wie die prinzipielle Kraftübertragung von dem oder den Drachenhöhensegel(n) 26 über Steuergondeln 27 und ein kombiniertes Zugseil und Steuerkabel 28 an die verschiedenen Schwimmkörper 3, 29 des Energieschiffes 43 erfolgt. Ferner wird in dieser Grobprinzipskizze in schematischer Weise die Anordnung/Aufstellung der Flettner-Rotoren 7 auf den verschiedenen Schwimmkörpern 3, 4, 29 des Energieschiffes 43 angegeben. 3 shows in plan view schematically as a rough outline sketch the view of an energy ship 43 for operation with three kite highsails 26 and / or with eight Flettner rotors 7 , In this plan view is shown in a schematic way, as the principle of power transmission of the kite or the heights sail (s) 26 via control pods 27 and a combined pull rope and control cable 28 to the different floats 3 . 29 of the energy ship 43 he follows. Furthermore, in this rough sketch is schematically the arrangement / installation of the Flettner rotors 7 on the different floats 3 . 4 . 29 of the energy ship 43 specified.

4 zeigt in schematischer Weise die Grobprinzipskizze einer Seitenansicht einer Vortexströmungsturbine 120. Bei dieser Strömungsturbinenbauart befindet sich der Generator 41 zusammen mit dem Getriebe 42 in einem innerhalb eines Mantelgehäuses 102 konzentrisch angebrachten wasserdichten Gehäuse 104, an welchem über eine horizontal aus dem Gehäuse 104 ragende Getriebewelle 114 ein axial angeströmtes Turbinenrad 105 befestigt ist. 4 schematically shows the rough outline sketch of a side view of Vortexströmungsturbine 120 , In this type of flow turbine, the generator is located 41 together with the gearbox 42 in one within a shell 102 concentrically mounted waterproof housing 104 , on which one horizontally out of the housing 104 projecting gear shaft 114 an axially impinged turbine wheel 105 is attached.

Die Befestigung des wasserdichten Gehäuses 104 am Mantelgehäuse 102 erfolgt vorzugsweise mittels zweier gegenüberliegenden Rippen oder Streben 103. Das Mantelgehäuse 102 besitzt dabei eine konkav gekrümmte Innenmantellinie 107 mit einer in Strömungsrichtung 115 des durchfliessenden Wassers sich verengenden Einlaufpartie 116 in Richtung Turbinenrad 102 und einem sich diffusorartig erweiternden Abschnitt 117 in Richtung Gehäuseaustritt 109. In dem Bereich des engsten Stömungsquerschnitts des Mantelgehäuses 102 ist das Turbinenrad 105 angeordnet. Die mit der Verengung des Mantelgehäuses 102 einher gehende Querschnittsreduzierung bewirkt nach dem Kontinuitätsprinzip eine entsprechende Erhöhung der Durchtrittsgeschwindigkeit der Strömung des Wassers.The attachment of the waterproof housing 104 on the jacket housing 102 is preferably by means of two opposite ribs or struts 103 , The jacket housing 102 has a concave curved internal surface line 107 with one in the flow direction 115 the running water narrowing inlet section 116 in the direction of the turbine wheel 102 and a diffuser-like expanding section 117 in the direction of the housing outlet 109 , In the area of the narrowest flow cross-section of the jacket housing 102 is the turbine wheel 105 arranged. The with the constriction of the shell 102 Accompanying cross-sectional reduction causes according to the continuity principle, a corresponding increase in the passage velocity of the flow of water.

In dem sich stromab des Turbinenrades 105 in Richtung Gehäuseaustritt 109 erweiternden Abschnitts des Strömungskanals 112 innerhalb des Mantelgehäuses 102 erfolgt dann die verlustarme Verzögerung der Wasserströmung. Diese verlustarme Verzögerung der Wasserströmung setzt sich dann im Bereich eines Diffusorsegmentes 110 fort.In the downstream of the turbine wheel 105 in the direction of the housing outlet 109 expanding portion of the flow channel 112 inside the jacket 102 then takes the low-loss delay of the water flow. This low-loss delay of the water flow is then in the range of a diffuser segment 110 continued.

Eine weitere Verbesserung der Strömungseigenschaften des Diffusor-Segmentes 110 ergibt sich durch Anbringen eines Ringspaltes 106 im Übergang 118 vom Mantelgehäuse 102 zum Diffusorsegment 110 („Vortexströmungsturbine"). Durch Anbringung eines Ringspaltes 106 oder bis zu drei Ringspalten – bei ingesamt drei in Strömungsrichtung 115 hintereinander angeordneten Diffusorsegmenten – wird es ermöglicht, dass das das Mantelgehäuse 102 und das Diffusorsegment 110 aussen schneller umströmende Wasser in den Diffusorbereich einströmt und sich durch dieses einströmende schnellere Wasser im Zusammenwirken mit der gekrümmten Mantellinie 107 des Diffusorsegmentes 110, unter Vermeidung der Grenzschichtablösung und Wirbelbildung, eine beschleunigte Randströmung ausbildet, welche die Diffusorströmung verstärkt nach aussen zieht und somit den nachgeschalteten Strömungswiderstand verringert und somit den Wirkungsgrad der „Vortexströmungsturbine" gegenüber dem einer Diffusorturbine erhöht. Zur Verhinderung von Beschädigungen der Anlagenteile, insbesondere des Turbinenrades 102 durch Treibgut, aber auch zum Schutz von grösseren Lebewesen ist der Strömungskanal 112 einlassseitig 108 durch ein Schutzgitter 111 abgesperrt.A further improvement of the flow characteristics of the diffuser segment 110 results from attaching an annular gap 106 in transition 118 from the jacket housing 102 to the diffuser segment 110 ("Vortex flow turbine") By attaching an annular gap 106 or up to three annular gaps - with a total of three in the flow direction 115 successively arranged diffuser segments - it is possible that the shell casing 102 and the diffuser segment 110 outside flowing faster water flowing into the diffuser area and through this inflowing faster water in cooperation with the curved generatrix 107 of the diffuser segment 110 , while avoiding the boundary layer separation and vortex formation, an accelerated edge flow is formed which pulls the diffuser flow to the outside and thus reduces the downstream flow resistance and thus increases the efficiency of the "Vortexströmungsturbine" over that of a diffuser turbine To prevent damage to the system components, in particular the turbine wheel 102 by flotsam, but also to protect larger organisms is the flow channel 112 inlet side 108 through a protective grid 111 shut off.

Die Wasserströmungsturbinen wirken neben dem Strömungswiderstand des Schwimmkörpers dabei als Gegenkraft zu dem Segelantrieb/Antrieb der Flettner-Rotoren. Aufgrund physikalischer Gesetzmässigkeiten steigt dabei die Leistung der Wasserströmungsturbinen überproportional mit der Geschwindigkeit des Energieschiffes.The Water current turbines act in addition to the flow resistance of the float as a counterforce to the sail drive / drive of the Flettner rotors. Due to physical laws The performance of the water flow turbines increases disproportionately with the speed of the energy ship.

Die Wasserströmungsturbinen 101 sind vorzugsweise am Heck 46 unter dem Schwimmkörper 3 montiert und sind als Freistromturbinen 6 oder Diffusor- 121 oder Vortexströmungsturbinen 120 konzipiert. Die Flettner-Rotoren 7 sind auf dem Energieschiff 43 aufgestellt. Das Segel 26 (oder mehrere) kann auf dem Energieschiff 43 montiert sein und/oder als Schlepp- oder Drachenhöhensegel mit einem (oder mehreren) Antriebsseil(en) 28 zwischen Segel 26 und dem Energieschiff 43 (Schwimmkörper) ausgebildet sein. Es können mehrere Wasserströmungsturbinen 101 an einem Energieschiff 43 angebracht werden. Jede Turbine treibt einen elektrischen Generator 41 an (vorzugsweise über ein Getriebe 42). Der von den Generatoren erzeugte Strom wird für eine Wasser-Elektrolyse-Anlage zur Erzeugung von Wasserstoffgas und Sauerstoffgas sowie für den sonstigen Eigenbedarf des Schiffes verwendet. Optional ist auch eine direkte Speicherung der erzeugten elektrischen Energie in ausreichend dimensionierten Akkumulatoren möglich. Zum Manövrieren des Energieschiffes ohne Segelantrieb ist ein Hilfsmotor vorzusehen.The water flow turbines 101 are in front preferably at the rear 46 under the float 3 mounted and are called free-stream turbines 6 or diffuser 121 or vortex flow turbines 120 designed. The Flettner rotors 7 are on the energy ship 43 established. The sail 26 (or more) may be on the power ship 43 be mounted and / or tow or kite heights sail with one (or more) drive rope (s) 28 between sails 26 and the energy ship 43 (Float) be formed. There can be several water flow turbines 101 on an energy ship 43 be attached. Each turbine drives an electric generator 41 on (preferably via a transmission 42 ). The electricity generated by the generators is used for a water-electrolysis plant for the production of hydrogen gas and oxygen gas as well as for the other own needs of the ship. Optionally, a direct storage of the generated electrical energy in sufficiently sized accumulators is possible. To maneuver the power ship without sail drive an auxiliary motor is provided.

Die Verfahren zur Speicherung und Weitertransport des erzeugten Wasserstoffes, Sauerstoffes, des Ammoniaks sowie der Anlieferung von CO2 und elektrolysefähigen Wassers mittels Mutterschiffen und Transportschiffen sind identisch mit den bereits beschriebenen Verfahren in dem Hauptpatent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3 und werden daher hier nicht mehr weiter beschrieben.The Method for storage and further transport of the generated hydrogen, Oxygen, ammonia and the delivery of CO2 and electrolyzed water using motherships and transport ships are identical to the method already described in the main patent ... Patent application 10 2007 019 027.3 and will therefore not be described further here.

Claims (6)

Einrichtung zur regenerativen Erzeugung von elektrischer Energie aus Windenergie über offenem Wasser eines Ozeanes, Meeres oder Binnengewässers durch eine Umwandlung der durch die Windenergie erzeugten Antriebskraft und der dadurch resultierenden Relativbewegung eines Schwimmkörpers gegenüber dem umgebenden Wasser, nach Patent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem von wenigstens einem Wind-, Schlepp- oder Drachenhöhensegel (26) und/oder von wenigstens einem Flettner-Rotor (7) angetriebenen Schwimmkörper (3) wenigstens eine oder mehrere Wasserfreiströmungsturbinen (6) oder Diffusor- (121) oder Vortexströmungsturbinen (120) angeordnet sind.Device for the regenerative production of electrical energy from wind energy over open water of an ocean, sea or inland water by a conversion of the driving force generated by the wind energy and the resulting relative movement of a floating body relative to the surrounding water, according ... Patent Application 10 2007 019 027.3, characterized in that at this at least one wind, tow or Drachenhöhensegel ( 26 ) and / or at least one Flettner rotor ( 7 ) powered floats ( 3 ) at least one or more water free flow turbines ( 6 ) or diffuser ( 121 ) or vortex flow turbines ( 120 ) are arranged. Einrichtung zur regenerativen Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Windenergie über offenem Wasser eines Ozeanes, Meeres oder Binnengewässers durch eine Umwandlung der durch die Windenergie erzeugten Antriebskraft und der dadurch resultierenden Relativbewegung eines Schwimmkörpers gegenüber dem umgebenden Wasser, nach Patent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem von wenigstens einem Wind-, Schlepp oder Drachenhöhensegel (26) und/oder von wenigstens einem Flettner-Rotor (7) angetriebenen Schwimmkörper (3) wenigstens eine oder mehrere Wasserfreiströmungsturbinen (6) oder Diffusor- (121) oder Vortexströmungsturbinen (120) angeordnet sind.Device for the regenerative production of hydrogen and oxygen from wind energy over open water of an ocean, sea or inland water by a conversion of the driving force generated by the wind energy and the resulting relative movement of a floating body relative to the surrounding water, according to Patent Application 10 2007 019 027.3 , characterized in that at this at least one wind, tow or Drachenhöhensegel ( 26 ) and / or at least one Flettner rotor ( 7 ) powered floats ( 3 ) at least one or more water free flow turbines ( 6 ) or diffuser ( 121 ) or vortex flow turbines ( 120 ) are arranged. Einrichtung zur regenerativen Erzeugung von Ammoniak und Sauerstoff aus Windenergie über offenem Wasser eines Ozeanes, Meeres oder Binnengewässers durch eine Umwandlung der durch die Windenergie erzeugten Antriebskraft und der dadurch resultierenden Relativbewegung eines Schwimmkörpers gegenüber dem umgebenden Wasser, nach Patent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem von wenigstens einem Wind-, Schlepp- oder Drachenhöhensegel (26) und/oder von wenigstens einem Flettner-Rotor (7) angetriebenen Schwimmkörper (3) wenigstens eine oder mehrere Wasserfreiströmungsturbinen (6) oder Diffusor- (121) oder Vortexströmungsturbinen (120) angeordnet sind.Device for the regenerative production of ammonia and oxygen from wind energy over open water of an ocean, sea or inland water by a conversion of the driving force generated by the wind energy and the resulting relative movement of a floating body relative to the surrounding water, according to Patent Application 10 2007 019 027.3 , characterized in that at this at least one wind, tow or Drachenhöhensegel ( 26 ) and / or at least one Flettner rotor ( 7 ) powered floats ( 3 ) at least one or more water free flow turbines ( 6 ) or diffuser ( 121 ) or vortex flow turbines ( 120 ) are arranged. Einrichtung zur regenerativen Erzeugung von Methanol und Sauerstoff aus Windenergie über offenem Wasser eines Ozeanes, Meeres oder Binnengewässers durch eine Umwandlung der durch die Windenergie er zeugten Antriebskraft und der dadurch resultierenden Relativbewegung eines Schwimmkörpers gegenüber dem umgebenden Wasser, nach Patent ... Patentanmeldung 10 2007 019 027.3, dadurch gekennzeichnet, dass an diesem von wenigstens einem Wind-, Schlepp- oder Drachenhöhensegel (26) und/oder von wenigstens einem Flettner-Rotor (7) angetriebenen Schwimmkörper (3) wenigstens eine oder mehrere Wasserfreiströmungsturbinen (6) oder Diffusor- (121) oder Vortexströmungsturbinen (120) angeordnet sind.Device for the regenerative production of methanol and oxygen from wind energy over open water of an ocean, sea or inland water by a conversion of the wind energy he begat driving force and the resulting relative movement of a float against the surrounding water, according to patent ... Patent Application 10 2007 019 027.3, characterized in that at this at least one wind, tow or dragon altitude sail ( 26 ) and / or at least one Flettner rotor ( 7 ) powered floats ( 3 ) at least one or more water free flow turbines ( 6 ) or diffuser ( 121 ) or vortex flow turbines ( 120 ) are arranged. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene elektrische Energie in ausreichend dimensionierten Akkumulatoren gespeichert wird.Device according to one of claims 1-4, characterized that the gained electrical energy in sufficient dimensions Accumulators is stored. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windenergie zum regenerativen Zusatzantrieb oder Antrieb von Schiffen über offenem Wasser eines Ozeans, Meeres oder Binnengewässers genutzt wird.Device according to one of claims 1-4, characterized that the wind energy to the regenerative auxiliary drive or drive from ships over open water of an ocean, sea or inland water becomes.
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