DE102017001217B4 - Method for using flow and buoyancy force by means of compressed air in a fluid - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur Nutzung von Strömung und Auftriebskraft mittels Druckluft in einem Fluid mit einer Strömungsturbine, die ihre Rotordrehachse in Strömungsrichtung oder quer zur Strömungsrichtung des Fluids hat,
dadurch gekennzeichnet,
dass an einem vertikalen Fluidströmungsrohr, welches zu einem Fluidströmungskreislauf gehört, möglichst weit unten ein Luftsprudler mit einem externen Druckluftanschluß angebracht ist, wobei die Druckluftkammer des Luftsprudlers das Fluidströmungsrohr umschließt und in der Wandung des Fluidströmungsrohrs innerhalb der Druckluftkammer sich viele kleine Bohrungen befinden,
dass am höchsten Punkt des Fluidkreislaufs ein Abgang der Druckluft zu einem Spoiler in einem Aussprudelbehälter führt und dieser Spoiler die Luftblasen nach oben unterhalb eines Schaufelrads leitend ausgeführt ist,
dass der Fluidfüllstand den gesamten Aussprudelbehälter und die Rohre des Fluidkreislaufs einschließt, und
dass im weiteren Verlauf des Fluidkreislaufs eine Strömungsturbine mit ihrer Rotordrehachse in Strömungsrichtung oder quer zur Strömungsrichtung des Fluids zur Leistungsgenerierung angebracht ist.

Figure DE102017001217B4_0000
Device for using flow and buoyancy force by means of compressed air in a fluid with a flow turbine, which has its rotor axis of rotation in the flow direction or transversely to the flow direction of the fluid,
characterized,
that an aerator with an external compressed air connection is mounted as far down as possible on a vertical fluid flow tube which belongs to a fluid flow circuit, wherein the compressed air chamber of the aerosol surrounds the fluid flow tube and there are many small holes in the wall of the fluid flow tube within the compressed air chamber,
that at the highest point of the fluid circuit, a discharge of the compressed air leads to a spoiler in a Aussprudelbehälter and this spoiler, the air bubbles is carried out upwards below a paddle wheel,
that the fluid level includes the entire Aussprudelbehälter and the tubes of the fluid circuit, and
that in the further course of the fluid circuit, a flow turbine is mounted with its rotor axis of rotation in the flow direction or transversely to the flow direction of the fluid for generating power.
Figure DE102017001217B4_0000

Description

Problematikproblem

Die regenerativen Energien bekommen einen immer größer werdenden Stellenwert an der Gesamtkapazität unseres Energiebedarfs. So besteht jedoch auch die Problematik in der zeitlichen Bedarfsdeckung. Der Wind weht nicht und die Sonne scheint nicht synchron mit unserem Energiebedarf. So entstehen halt Bedarfsengpässe, die durch herkömmliche fossile oder nukleare Energieformen mit denen ihrerseits bekannten Problemen der Umweltverschmutzung gedeckt werden müssen. Auch die Einspeisung von Überkapazitäten in Batterien ist keine befriedigende Lösung, da die Batterien sich mit der Zeit selbst entladen und auch vom Umweltgedanken selbst nicht als sauber zu bezeichnen sind.Renewable energies are becoming increasingly important in terms of the total capacity of our energy needs. However, there is also the problem in the temporal needs. The wind is not blowing and the sun is not in sync with our energy needs. This creates bottlenecks that need to be met by conventional fossil or nuclear forms of energy with known environmental pollution problems. Also, the supply of excess capacity in batteries is not a satisfactory solution, since the batteries are self-discharging over time and even the environmental thought itself can not be described as clean.

Im Hinblick darauf bekommen die Druckluftspeicher ein immer größeres Interesse, zumal an der Küste die großen Windparks Onshore wie Offshore entstehen und dort kein großes Höhenpotential für Pumpspeicherkraftwerke besteht.In view of this, the compressed air reservoirs are becoming more and more interesting, especially as the large onshore and offshore wind farms are being developed on the coast and there is no great potential for pumped storage power stations.

Um Druckluft optimal zum Antrieb von Turbinen zu nutzen gibt es jedoch einige Probleme (Vereisung,Materialverschleiß) des nicht isothermen Prozesses bei der Komprimierung b.z.w. Druckluftentspannung.However, in order to use compressed air optimally for driving turbines, there are some problems (icing, material wear) of the non-isothermal process during compression b.z.w. Compressed air relaxation.

Stand der TechnikState of the art

Wassersprudler sind auch unter der Bezeichnung Airlifter bekannt und werden vielfältig genutzt. Eine Anwendung ist die kostengünstige Umwälzung von Wasser in Teichanlagen.Water sprinklers are also known as airlifters and are widely used. One application is the cost-effective circulation of water in pond systems.

Wasserräder sind der Menschheit schon lange als Antrieb von Mühlen bekannt.Water wheels have long been known to humankind as a drive of mills.

Eine Weiterentwicklung des Wasserrads sind die Pelton-, Kaplan- und Franzisturbine.A further development of the waterwheel are the Pelton, Kaplan and Franzi turbines.

Eine neuere Art ist die unter Teslaturbine bekannte Scheibenläuferturbine.A newer type is the known under Teslaturbine disc rotor turbine.

Aus dem EP 1566542 A1 ist ein System bekannt bei dem Druckluft in eine Flüssigkeitzur Generierung einer Leistung eingebracht wird.From the EP 1566542 A1 For example, a system is known in which compressed air is introduced into a liquid for generating a power.

Aufgabetask

Die Aufgabe besteht darin, eine Vorrichtung zur Nutzung von Strömung und Auftriebskraft mittels Druckluft in einem Fluid zu finden, wobei die Druckluft vorzugsweise aus den Überkapazitäten im Stromnetz erzeugt wird und anschließend mit einem verbesserten Wirkungsgrad genutzt werden kann.The object is to find a device for the use of flow and buoyancy force by means of compressed air in a fluid, wherein the compressed air is preferably generated from the excess capacity in the power grid and can then be used with improved efficiency.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung findet sich in der Vorrichtung nach Patentanspruch 2 wieder.This object is achieved by the device having the features listed in claim 1. An advantageous development can be found in the device according to claim 2 again.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung mit den 1 bis 3 dargestellt.

  • 1 zeigt die Vorrichtung zur Nutzung von Strömung und Auftriebskraft mittels Druckluft in einem Fluid bei der die Strömungsturbine 3 mit ihrer Rotordrehachse in der Strömungsrichtung des Fluids eingebaut ist.
  • 2 zeigt die Vorrichtung zur Nutzung von Strömung und Auftriebskraft mittels Druckluft in einem Fluid bei der die Strömungsturbine 3 mit ihrer Rotordrehachse quer zur Strömungsrichtung des Fluids eingebaut ist.
  • 3 stellt die Vorrichtung zur Nutzung von Strömung und Auftriebskraft mittels Druckluft in einem Fluid mit zwei Fluidströmungskreisläufen 10 da, die einen gemeinsamen Abgang 9 zum Aussprudelbehälter 5 mit Spoiler 6 und Schaufelrad 4 aufweisen und auf eine gemeinsame Strömungsturbine 3 mit ihrer Rotordrehachse in der Strömungsrichtung des Fluids geleitet werden.
An embodiment is in the drawing with the 1 to 3 shown.
  • 1 shows the device for the use of flow and buoyancy force by means of compressed air in a fluid at the flow turbine 3 is installed with its rotor axis of rotation in the flow direction of the fluid.
  • 2 shows the device for the use of flow and buoyancy force by means of compressed air in a fluid at the flow turbine 3 is installed with its rotor axis of rotation transversely to the flow direction of the fluid.
  • 3 provides the device for utilizing flow and buoyancy force by means of compressed air in a fluid with two fluid flow circuits 10 there, the one common departure 9 to the Aussprudelbehälter 5 with spoiler 6 and paddle wheel 4 exhibit and on a common flow turbine 3 be passed with its rotor axis of rotation in the flow direction of the fluid.

Druckluft gelangt aus einem Druckluftspeicher oder von einem Drucklufterzeuger durch einen Druckluftanschluß 1 in die Druckluftkammer des Luftsprudlers 2. Ein Fluidströmungsrohr 8, welches zu dem Fluidkreislauf 10 gehört, durchläuft vertikal die Druckluftkammer des Luftsprudlers 2. In der Wandung des Fluidströmungsrohrs 8 innerhalb der Druckluftkammer 2 des Luftsprudlers befinden sich viele kleine Bohrungen durch die die Druckluft in kleinsten Bläschen in das Fluid innerhalb des Fluidströmungsrohrs 8 gelangt. Hierdurch wird ein Fluidströmungskreislauf 10 erzeugt.Compressed air enters from a compressed air reservoir or from a compressed air generator through a compressed air connection 1 into the compressed air chamber of the aerator 2 , A fluid flow tube 8th leading to the fluid circuit 10 heard passes vertically through the compressed air chamber of the aerator 2 , In the wall of the fluid flow tube 8th inside the compressed air chamber 2 In the aerator, there are many small holes through which the compressed air in the smallest vesicles into the fluid within the fluid flow tube 8th arrives. This will create a fluid flow circuit 10 generated.

Dieser Strömungskreislauf 10 wird aus der unterschiedlichen Dichte des Fluid/GasGemischs, des auf der einen Seite vertikal stehenden Strömungsrohrs 8, welches die Druckluftkammer des Luftsprudlers 2 durchläuft, somit eine geringere Dichte hat als das auf der gegenüberliegenden Seite vertikal stehende Fluidströmungsrohr 8 mit dem reinen von den Luftbläschen entsprudelten Fluid, verursacht.This flow circuit 10 is due to the different density of the fluid / gas mixture, the vertical on one side of the flow tube 8th , which is the compressed air chamber of the aerator 2 passes through, thus has a lower density than that on the opposite side vertically standing fluid flow tube 8th with the pure fluid bubbled from the air bubbles.

Eine weitere Ursache der entstehenden Fluidströmung wird durch die Oberflächenvergrößerung der entsprudelden Bläschen, die durch vielen kleine Bohrungen in der Wandung zwischen Druckluftkammer des Luftsprudlers 2 und dem Fluidströmungsrohr 8 austreten, mit der daraus resultierenden Anschubleisung bewirkt.Another cause of the resulting fluid flow is due to the surface enlargement of the entsprudelden bubbles through many small holes in the wall between the compressed air chamber of the aerator 2 and the fluid flow tube 8th escape, with the resulting Anschubsisung causes.

Am höchsten Punkt des Fluidkreislaufs 10 werden die Luftbläschen über einen Abgang 9 zum Aussprudelbehälter der Druckluft 5 aus dem Fluidkreislauf 10 ausgeschieden und an einen Spoiler 6 geführt. Die Luftbläschen werden von dem Spoiler 6 nach oben unterhalb der Schaufeln des Schaufelrads 4 geleitet, welches sich komplett unterhalb des Fluidfüllstands 7 innerhalb des Aussprudelbehälters der Druckluft 5 befindet.At the highest point of the fluid circuit 10 the air bubbles are on a departure 9 to the Aussprudelbehälter the compressed air 5 from the fluid circuit 10 excreted and attached to a spoiler 6 guided. The air bubbles are from the spoiler 6 upwards below the blades of the paddle wheel 4 passed, which is completely below the fluid level 7 inside the Aussprudelbehälters the compressed air 5 located.

Das Schaufelrad 4 innerhalb des Fluids wird durch die Auftriebskraft der Luftbläschen angetrieben und kann jetzt zur Generierung einer Leistung genutzt werden.The paddle wheel 4 Within the fluid is driven by the buoyancy of the air bubbles and can now be used to generate a power.

Das von den Luftbläschen entsprudelte Fluid innerhalb des Fluidströmungskreislaufs 10 fließt nach dem Abgang 9 im Fluidströmungsrohrs 8 weiter zu einer Strömungsturbine 3, welche mit ihrer Rotordrehachse in oder quer zur Strömungsrichtung des Fluids eingebaut ist und zur Leistungsgenerierung dient. Nach dem Durchlauf der Strömungsturbine 3 im Strömungskreislauf 10 fließt das Fluid wieder zum Luftsprudler 2 zurück und wird hier erneut mit Druckluft gemischt.The fluid bubbled from the air bubbles within the fluid flow circuit 10 flows after the departure 9 in the fluid flow tube 8th continue to a flow turbine 3 , which is installed with its rotor axis of rotation in or transverse to the flow direction of the fluid and serves to generate power. After passing through the flow turbine 3 in the flow circuit 10 the fluid flows back to the aerator 2 back and is mixed here again with compressed air.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
DruckluftanschlußCompressed air connection
22
Luftsprudler mit DruckluftkammerAerator with compressed air chamber
33
Strömungsturbineflow turbine
44
Schaufelradpaddle wheel
55
Aussprudelbehälter der DruckluftDischarge container of compressed air
66
Spoilerspoiler
77
FluidfüllstandThe fluid level
88th
FluidströmungsrohrFluid flow tube
99
Abgang zum AussprudelbehälterDeparture to the Aussprudelbehälter
1010
FluidkreislaufFluid circuit

Claims (2)

Vorrichtung zur Nutzung von Strömung und Auftriebskraft mittels Druckluft in einem Fluid mit einer Strömungsturbine, die ihre Rotordrehachse in Strömungsrichtung oder quer zur Strömungsrichtung des Fluids hat, dadurch gekennzeichnet, dass an einem vertikalen Fluidströmungsrohr, welches zu einem Fluidströmungskreislauf gehört, möglichst weit unten ein Luftsprudler mit einem externen Druckluftanschluß angebracht ist, wobei die Druckluftkammer des Luftsprudlers das Fluidströmungsrohr umschließt und in der Wandung des Fluidströmungsrohrs innerhalb der Druckluftkammer sich viele kleine Bohrungen befinden, dass am höchsten Punkt des Fluidkreislaufs ein Abgang der Druckluft zu einem Spoiler in einem Aussprudelbehälter führt und dieser Spoiler die Luftblasen nach oben unterhalb eines Schaufelrads leitend ausgeführt ist, dass der Fluidfüllstand den gesamten Aussprudelbehälter und die Rohre des Fluidkreislaufs einschließt, und dass im weiteren Verlauf des Fluidkreislaufs eine Strömungsturbine mit ihrer Rotordrehachse in Strömungsrichtung oder quer zur Strömungsrichtung des Fluids zur Leistungsgenerierung angebracht ist.Device for using flow and buoyancy force by means of compressed air in a fluid with a flow turbine, which has its rotor axis of rotation in the flow direction or transverse to the flow direction of the fluid, characterized in that on a vertical fluid flow pipe, which belongs to a fluid flow circuit, as far as possible below an aerator an external compressed air connection is mounted, wherein the compressed air chamber of the aerator encloses the fluid flow tube and in the wall of the fluid flow tube within the compressed air chamber are many small holes that at the highest point of the fluid circuit, a departure of the compressed air leads to a spoiler in a Aussprudelbehälter and this spoiler the Air bubbles is carried out upwards below a paddle wheel conductive, that the fluid level includes the entire Aussprudelbehälter and the tubes of the fluid circuit, and that in the further course of the fluid circuit a Flow turbine is mounted with its rotor axis of rotation in the flow direction or transverse to the flow direction of the fluid for power generation. Die Vorrichtung zur Nutzung von Strömung und Auftriebskraft mittels Druckluft in einem Fluid mit einer Strömungsturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer erweiterten Ausführung mehrere dieser Kreisläufe auf eine gemeinsame Strömungsturbine und/oder ein gemeinsames Schaufelrad geführt werden, um die Anlage kostengünstiger zu betreiben.The device for the use of flow and buoyancy force by means of compressed air in a fluid with a flow turbine after Claim 1 , characterized in that in an extended embodiment, several of these circuits are performed on a common flow turbine and / or a common paddle wheel to operate the system more cost-effective.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1566542A1 (en) 2003-11-10 2005-08-24 Takeuchi MFG.Co.,Ltd. Power generating system utilizing buoyancy

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