DE102017006166A1 - Verfahren zur Energiegewinnung, Energiegewinnungseinrichtung und Messeinrichtung - Google Patents

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Sebastian Zimprich
Florian Marthaler
Chen Sirui
Kathrin Ehret
Nick Oliver Hake
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Diehl Metering GmbH
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    • H02N2/18Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/185Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators using fluid streams

Abstract

Verfahren zur Energiegewinnung, wobei eine Fluid durch ein Fluidrohr (1) geführt wird, wobei in dem Fluidrohr (1) ein Verwirbelungselement (2, 11, 17) angeordnet ist, durch das Wirbel (4, 5) in der Strömung (3) des Fluids erzeugt werden, wodurch zeitlich veränderliche Kräfte auf das Verwirbelungselement (2, 11, 17) wirken, wobei eine hieraus resultierende Verschiebung und/oder Verschwenkung und/oder Verformung des Verwirbelungselements (2, 11, 17) zumindest teilweise in elektrische Energie umgesetzt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energiegewinnung, wobei ein Fluid durch ein Fluidrohr geführt wird. Daneben betrifft die Erfindung eine Energiegewinnungseinrichtung sowie eine Messeinrichtung.
  • Durchflusszähler, beispielsweise Wasserzähler, Gaszähler und Ähnliches, benötigen eine gewisse Energie für ihren Betrieb. Eine entsprechende Energie kann beispielsweise durch Batterien bereitgestellt werden. Häufig ist es jedoch gewünscht, die Energie zum Betrieb einer entsprechenden Messeinrichtung vor Ort zu gewinnen. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, Photovoltaikmodule im Bereich der Messeinrichtung anzuordnen. Die Energiegewinnung ist hierbei jedoch wetterabhängig und beispielsweise in Innenräumen nicht möglich.
  • Eine weitere Möglichkeit in Großwasserzählern Energie zu gewinnen ist es, eine Rohrturbine im Messrohr selbst zu nutzen. Nachteilig ist hierbei, dass aufgrund der erforderlichen rotierenden Teile bei langen Betriebszeiten ein Verschleiß der entsprechenden Turbine auftreten kann, weshalb ein derartiges Energy Harvesting zu einem erhöhten Wartungsbedarf eines entsprechenden Wasserzählers führen könnte.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Energiegewinnung anzugeben, wobei Verschleißteile minimiert werden sollen und das Verfahren insbesondere zur Nutzung in Durchflusszählern geeignet sein soll.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei in dem Fluidrohr ein Verwirbelungselement angeordnet ist, durch das Wirbel in der Strömung des Fluids erzeugt werden, wodurch zeitlich veränderliche Kräfte auf das Verwirbelungselement wirken, wobei eine hieraus resultierende Verschiebung und/oder Verschwenkung und/oder Verformung des Verwirbelungselements zumindest teilweise in elektrische Energie umgesetzt wird.
  • Es ist bekannt, dass bei einem Umströmen eines Hindernisses, also beispielsweise bei einem Umströmen des Verwirbelungselements, mit einer ausreichend hohen Strömungsgeschwindigkeit, das heißt insbesondere bei hohen Reynoldszahlen an dem Verwirbelungselement beidseitig abwechselnd Wirbel entstehen. Dieses Phänomen ist auch als Karmansche Wirbelstraße bekannt. Es wurde erkannt, dass beim Ablösen dieser Wirbel von dem Verwirbelungselement Kräfte auf das Verwirbelungselement entstehen, die insbesondere senkrecht zur Strömungsrichtung wirken. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, diese Kräfte zur Energiegewinnung zu nutzen. Der große Vorteil hierbei ist, dass auf rotierende Komponenten zu einer Energiegewinnung verzichtet werden kann, womit eine Energiegewinnung bei sehr geringem Verschleiß ermöglicht wird. Zudem wird Energie direkt aus einem strömenden Fluid gewonnen, so dass das erfindungsgemäße Vorgehen besonders geeignet ist, um Energie für Durchflusszähler bereitzustellen. Wie später noch detailliert erläutert werden wird, ermöglicht es das erfindungsgemäße Vorgehen sogar, ein Verwirbelungselement sowohl zur Messdatenerfassung als auch zur Energiegewinnung zu nutzen.
  • Das Verwirbelungselement kann durch einen elektromechanischen Wandler gebildet werden und/oder über wenigstens einen elektromechanischen Wandler mit dem Fluidrohr gekoppelt werden. Die Kopplung über einen elektromechanischen Wandler kann direkt oder indirekt erfolgen. Beispielsweise kann ein Gehäuse einer Energiegewinnungseinrichtung oder einer Messeinrichtung an dem Fluidrohr befestigt sein und der elektromechanische Wandler kann das Verwirbelungselement mit dem Gehäuse koppeln.
  • Besonders bevorzugt wird ein piezoelektrischer Wandler als der elektromechanische Wandler verwendet. Der piezoelektrische Wandler kann beispielsweise durch eine Piezokeramik gebildet sein, die durch zwei Elektroden kontaktiert ist, an denen bei einer Verformung des piezoelektrischen Wandlers Spannung abfällt. Piezokeramische Wandler sind beispielsweise als Röhren, Blöcke oder Stapel von kleineren Elementen verfügbar. Ein piezoelektrischer Wandler kann besonders kleinbauend und mit geringem mechanischen Aufwand in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Energiegewinnung genutzt werden. Alternativ wäre es beispielsweise möglich, einen elektromechanischen Wandler dadurch zu bilden, dass durch die Verschiebung, Verschwenkung bzw. Verformung des Verwirbelungselements ein Permanentmagnet bewegt wird, der sich innerhalb einer Spule bewegt oder umgekehrt.
  • Die elektrische Energie kann zum Betrieb einer Messeinrichtung genutzt werden, die wenigstens eine das Fluid und/oder die Strömung des Fluids betreffende Messgröße erfasst. Wie bereits eingangs erwähnt, können hierdurch Synergieeffekte erzielt werden, da das Verfahren zur Energiegewinnung ohnehin eine Fluidströmung nutzt.
  • Die Messgröße kann hierbei von einem Ausgangssignal des elektromechanischen Wandlers abhängen. Insbesondere kann die Messgröße von einer Frequenz des Ausgangssignals abhängen. Bei einer Karmanschen Wirbelstraße hängt die Frequenz, mit der sich Wirbel von einem Verwirbelungselement ablösen, über einen relativ weiten Bereich von Reynoldszahlen bzw. Strömungsgeschwindigkeiten näherungsweise linear von der Anströmgeschwindigkeit des Verwirbelungselements ab. Die Ablösefrequenz f der Wirbel kann als f = S r × v : d
    Figure DE102017006166A1_0001
    berechnet werden. Hierbei ist Sr die sogenannte Strouhal-Zahl, die von der Form des Verwirbelungselements und der Reynoldszahl abhängt. Für zylindrische Körper beträgt sie für einen weiten Bereich von Reynoldszahlen zwischen 0,18 und 0,22. d ist eine charakteristische Abmessung des Verwirbelungselements, insbesondere dessen Durchmesser. Bereits bei Annahme einer konstanten Strouhal-Zahl und somit eines linearen Zusammenhangs zwischen der Ablösefrequenz und der Anströmgeschwindigkeit sind somit zumindest grobe Aussagen über eine Anströmgeschwindigkeit und somit, wenn diese in einem Fluidrohr mit bekanntem Durchmesser gemessen wird, über ein Durchflussvolumen bekannt. Da die Veränderung der Reynoldszahl im Wesentlichen von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt, kann durch Berücksichtigung der Geschwindigkeitsabhängigkeit der Strouhal-Zahl die Messgenauigkeit weiter verbessert werden.
  • Die Ablösefrequenz f in der obigen Formel kann bei einer entsprechenden Beschaltung des elektromechanischen Wandlers im Wesentlichen der Frequenz des Ausgangssignals des elektromechanischen Wandlers entsprechen. Bei anderen Ausgestaltungen eines solchen Wandlers kann es beispielsweise möglich sein, dass die Frequenz des Ausgangssignals der doppelten Ablösefrequenz entspricht, beispielsweise dann, wenn der elektromechanische Wandler Beträge bzw. Quadrate von Auslenkungen als Ausgangssignale bereitstellt.
  • Wie bereits erwähnt ist es somit im erfindungsgemäßen Verfahren möglich, dass das Verwirbelungselement oszillierend verschoben und/oder verschwenkt und/oder verformt wird. Als Ausgangssignal eines elektromechanischen Wandlers resultieren somit typischerweise oszillierende Ströme bzw. Spannungen. Um die bereitgestellte elektrische Energie zu speichern oder weiter zu verwerten können diese beispielsweise zum Laden einer Batterie gleichgerichtet oder auf eine definierte Frequenz umgerichtet werden.
  • Das Fluid kann mit einer vorgegebenen Strömungsrichtung durch das Fluidrohr geführt werden, wobei das Verwirbelungselement durch die zeitlich veränderlichen Kräfte in eine gewinkelt zur Strömungsrichtung stehende Richtung verschoben und/oder verschwenkt und/oder gekrümmt wird. Die Richtung der Verschiebung, Verschwenkung bzw. Verkrümmung kann im Wesentlichen senkrecht auf der Strömungsrichtung stehen.
  • Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren betrifft die Erfindung eine Energiegewinnungseinrichtung mit einem Fluidrohr, durch das ein Fluid führbar ist, wobei die Energiegewinnungseinrichtung ein in dem Fluidrohr angeordnetes Verwirbelungselement, das zur Ausbildung von Wirbeln in der Strömung des Fluids dient, und einen Energiewandler umfasst, wobei das Verwirbelungselement derart ausgebildet und/oder gelagert ist, dass es durch Kräfte, die aus der Ausbildung der Wirbel resultieren, verschiebbar und/oder verschwenkbar und/oder verformbar ist, wobei durch den Energiewandler eine resultierende Verschiebung und/oder Verschwenkung und/oder Verformung des Verwirbelungselements zumindest teilweise in elektrische Energie umsetzbar ist. Die Energiegewinnungseinrichtung kann insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sein. Sie ist durch zum Verfahren erläuterte Merkmale mit den dort erläuterten Vorteilen weiterbildbar. Zudem können die im Folgenden erläuterten Merkmale der Energiegewinnungseinrichtung auch dazu dienen, das erfindungsgemäße Verfahren fortzubilden.
  • Das Verwirbelungselement kann ein elektromechanischer Wandler sein oder einen elektromechanischen Wandler umfassen und/oder über wenigstens einen elektromechanischen Wandler mit dem Fluidrohr gekoppelt sein. Die Kopplung des elektromechanischen Wandlers mit dem Fluidrohr kann auch über weitere Komponenten erfolgen, beispielsweise kann der elektromechanische Wandler an einem Gehäuse der Energiegewinnungseinrichtung bzw. einer die Energiegewinnungseinrichtung umfassenden Messeinrichtung befestigt sein, das wiederum an dem Fluidrohr gehaltert ist oder Ähnliches. Der elektromechanische Wandler kann insbesondere ein piezoelektrischer Wandler sein. Der elektromechanische Wandler kann für sich genommen bereits den Energiewandler bilden, da er unmittelbar elektrische Energie bereitstellt. Vorzugsweise umfasst die Energiegewinnungseinrichtung jedoch eine Gleichrichtschaltung und/oder eine Umrichtschaltung, um Gleichstrom bzw. Gleichspannung bzw. einen Wechselstrom oder eine Wechselspannung mit einer vorgegebenen Frequenz bereitzustellen. Beispielsweise kann ein Brückengleichrichter genutzt werden oder eine Gleich- oder Umrichtung kann über entsprechend gesteuerte Schalter, beispielsweise Transistoren, erfolgen.
  • Der elektromechanische Wandler kann ein längliches piezoelektrisches Element sein, das mit einer Seite an einer Wand des Fluidrohrs befestigt ist und dessen andere Seite frei in dem Fluidrohr endet. Der elektromechanische Wandler kann in diesem Fall unmittelbar als Verwirbelungselement dienen. Ergänzend können an dem elektromechanischen Wandler jedoch weitere Elemente, beispielsweise ein flexibler Überzug, vorgesehen sein, die eine äußere Form des Verwirbelungselements beeinflussen bzw. ausbilden und/oder das piezoelektrische Element gegenüber dem Fluid isolieren. Das piezoelektrische Element kann eine Stab- bzw. Balkenform aufweisen. Vorzugsweise wird das piezoelektrische Element durch die zeitlich veränderlichen Kräfte in eine gewinkelt zur Strömungsrichtung stehende Richtung gekrümmt. Um dies in eine am piezoelektrischen Element abfallende Spannung umzusetzen, kann beispielsweise ein Biegewandler genutzt werden. Eine Möglichkeit zur Ausbildung eines solchen Biegewandlers ist es, zwei separate piezoelektrische Elemente zu nutzen, die in eine Biegerichtung gestapelt sind, so dass eines dieser Elemente komprimiert und ein anderes gedehnt wird, wenn der resultierende Stapel gebogen wird.
  • Ragt das piezoelektrische Element in das Fluidrohr hinein, kann es somit unmittelbar als Biegewandler genutzt werden, der durch die durch das Ablösen von Wirbel von dem Verwirbelungselement erzeugten Kräfte in Biegeschwingungen versetzt wird. Hieraus resultiert eine an dem piezoelektrischen Element abgreifbare Wechselspannung, die gleich- oder umgerichtet werden kann.
  • Alternativ kann das Verwirbelungselement an einer ersten Seite bezüglich einer Wand des Fluidrohrs verschiebbar und/oder verschwenkbar gelagert sein, wobei eine zweite Seite des Verwirbelungselements frei in dem Fluidrohr endet, wobei die erste Seite mit dem elektromechanischen Wandler bewegungsgekoppelt ist. Das Verwirbelungselement selbst kann im Wesentlichen steif sein. Die Verschiebung bzw. Verschwenkung kann nun eine Richtung, also eindimensional, möglich sein. Vorzugsweise steht die Richtung der möglichen Verschiebung bzw. Verschwenkung senkrecht auf der Strömungsrichtung bzw. der Längsachse des Fluidrohrs. Durch die separate Ausbildung des elektromechanischen Wandlers von dem Verwirbelungselement kann der elektromechanische Wandler außerhalb des Strömungsquerschnitts des Fluidrohrs angeordnet werden, beispielsweise in einer Seitenwand des Fluidrohrs oder in einem an dem Fluidrohr angeordneten Gehäuse. Hierdurch kann der elektromechanische Wandler besonders gut gegen das Fluid isoliert werden, was insbesondere bei leitfähigen Fluiden relevant sein kann.
  • Die erste Seite des Verwirbelungselements kann insbesondere mit zwei gegenüberliegend an dem Verwirbelungselement angeordneten elektromechanischen Wandlern gekoppelt sein, so dass durch diese jeweils eine gegenläufige Bewegung bei einer Verschwenkung bzw. Verschiebung des Verwirbelungselements in elektrische Energie umgesetzt werden kann. Beispielsweise kann das Verwirbelungselement beidseitig mit piezoelektrischen Elementen gekoppelt werden, so dass bei einer Verschiebung bzw. Verschwenkung des Verwirbelungselements eines der piezoelektrischen Elemente komprimiert wird und das gegenüberliegende expandieren kann, womit bei einer entsprechenden Verschaltung beide Elemente gleichzeitig Energie produzieren.
  • Die Erfindung betrifft zudem eine Messeinrichtung zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Strömung des Fluids betreffenden Messgröße, wobei die Messeinrichtung eine erfindungsgemäße Energiegewinnungseinrichtung umfasst. Die Messeinrichtung kann insbesondere ein Durchflussmesser sein. Wie bereits erläutert werden bei entsprechenden Messeinrichtungen häufig ohnehin Fluidströmungen durch Fluidrohre geführt, die durch Nutzung der erfindungsgemäßen Energiegewinnungseinrichtung unmittelbar zur Versorgung der Messeinrichtung nutzbar sind. Die Energiegewinnungseinrichtung kann unmittelbar die Messeinrichtung versorgen. Vorzugsweise wird jedoch ein Pufferspeicher, beispielsweise eine wiederaufladbare Batterie oder ein Kondensator, genutzt, um die Messeinrichtung zu betreiben und diese Puffereinrichtung wird mithilfe der Energiegewinnungseinrichtung geladen.
  • Das Verwirbelungselement kann ein elektromechanischer Wandler sein oder einen elektromechanischen Wandler umfassen und/oder über wenigstens einen elektromechanischen Wandler mit dem Fluidrohr gekoppelt sein, wobei eine Verarbeitungseinrichtung der Messeinrichtung dazu eingerichtet ist, die Messgröße in Abhängigkeit eines Ausgangssignals des elektromechanischen Wandlers zu ermitteln. Das entsprechende Vorgehen wurde bereits vorangehend zum erfindungsgemäßen Verfahren erläutert. Das Verwirbelungselement kann demnach zugleich zur Erfassung von Messgrößen, insbesondere von Durchflussgeschwindigkeiten bzw. Volumen, und zur Energiegewinnung für die Messeinrichtung genutzt werden.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:
    • 1 das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Messeinrichtung bzw. der erfindungsgemäßen Energiegewinnungseinrichtung, und
    • 2 und 3 verschiedene Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Messeinrichtungen, die jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Energiegewinnungseinrichtung umfassen und mit denen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführbar sind.
  • 1 zeigt das Funktionsprinzip einer Energiegewinnungseinrichtung bzw. einer Messeinrichtung, mithilfe derer aus einer Fluidströmung einerseits elektrische Energie gewonnen werden kann und andererseits zumindest eine Messgröße, insbesondere eine Strömungsgeschwindigkeit, der Strömung erfasst werden kann. Hierbei wird ein Fluidrohr 1 genutzt, in dem ein Verwirbelungselement 2 angeordnet ist. Das Verwirbelungselement 2 ist bewegbar, also beispielsweise verschiebbar, verschwenkbar oder verformbar. Möglichkeiten hierfür werden später noch mit Bezug auf 2 und 3 erläutert.
  • Wird eine Strömung 3 durch das Fluidrohr 1 geführt, die eine ausreichende Strömungsgeschwindigkeit aufweist, so resultiert aus dem Umströmen des Verwirbelungselements 2 eine sogenannte Karmansche Wirbelstraße, bei der sich die resultierenden Wirbel 4, 5 abwechselnd von den beiden Seiten des Verwirbelungselements 2 ablösen. Hierdurch resultieren Druckschwankungen in der Umgebung des Verwirbelungselements 2, die zeitlich veränderliche Kräfte senkrecht zur Strömungsrichtung 6 auf das Verwirbelungselement 2 ausüben. Dies führt zu einer oszillierenden Bewegung des Verwirbelungselements 2, die durch den Doppelpfeil 7 dargestellt ist.
  • Wie später noch detailliert erläutert werden wird, kann diese Bewegung durch einen Energiewandler zumindest teilweise in elektrische Energie umgesetzt werden. Diese kann unmittelbar genutzt werden, um die Messeinrichtung mit Energie zu versorgen bzw. dazu genutzt werden, einen elektrischen Pufferspeicher, beispielsweise eine Batterie, zu laden.
  • Zugleich hängt die Frequenz der Oszillation von der Ablösefrequenz der Wirbel ab. Es ist hierbei bekannt, dass für Karmansche Wirbelstraßen ein Zusammenhang zwischen der Ablösefrequenz f der Wirbel und der Anströmgeschwindigkeit v, mit der die Strömung 3 das Verwirbelungselement 2 anströmt, besteht. Möglichkeiten zur Berechnung der Anströmgeschwindigkeit v und somit der Strömungsgeschwindigkeit aus der Ablöse- bzw. Oszillationsfrequenz wurden bereits vorangehend diskutiert.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung 8, die das obig erläuterte Verfahren durchführen kann. Die Messeinrichtung 8 umfasst eine Energiegewinnungseinrichtung 9, zur Energiegewinnung aus einer Fluidströmung, und zusätzlich eine Verarbeitungseinrichtung 10, die dazu dient, eine Durchflussgeschwindigkeit aus im Rahmen der Energiegewinnung ohnehin anfallenden Signale zu ermitteln. Die Verarbeitungseinrichtung 10 wird durch die Energiegewinnungseinrichtung 9 mit Energie versorgt.
  • Die Energiegewinnungseinrichtung 9 umfasst ein Fluidrohr 1, durch das ein Fluid führbar ist. In dem Fluidrohr 1 ist ein Verwirbelungselement 11 angeordnet, das zur Ausbildung von Wirbeln in der Strömung des Fluids dient. Das Verwirbelungselement 11 ist als ein elektromechanischer Wandler, nämlich als piezoelektrisches Element, ausgebildet, das in Richtung des Doppelpfeils 7 biegbar ist. Dies ist schematisch durch die Silhouette 14 des Verwirbelungselements 11 im gebogenen Zustand dargestellt. Das Verwirbelungselement 11 ist mit einer Seite 12 an einer Wand des Fluidrohrs 1 befestigt und die andere Seite 13 des Verwirbelungselements 11 endet frei in dem Fluidrohr 1.
  • Wie bereits zu 1 erläutert, wirken bei der Erzeugung einer Wirbelstraße in Richtung des Doppelpfeils 7 Querkräfte auf das Verwirbelungselement 11. Aufgrund dieser Querkräfte resultiert eine Biegeschwingung des Verwirbelungselements 11, die, da es als piezoelektrisches Element ausgebildet ist, eine Wechselspannung an Elektroden des piezoelektrischen Elements bereitstellen. Entsprechende piezoelektrische Elemente sind als Biegewandler im Stand der Technik aus anderen Anwendungsbereichen bekannt.
  • Die resultierenden Spannungen können über einen Gleichrichter 15 gleichgerichtet werden, um eine Batterie 16 der Energiegewinnungseinrichtung 9 zu laden. Über diese kann die Verarbeitungseinrichtung 10 gespeist werden.
  • Zugleich können die Signale des elektromechanischen Wandlers ohne vorangehende Gleichrichtung der Verarbeitungseinrichtung 10 zugeführt werden. Durch die Verarbeitungseinrichtung 10 kann eine Frequenz der vom elektromechanischen Wandler bereitgestellten Spannung bzw. des bereitgestellten Stroms erfasst werden. Hierzu kann ein Eingangssignal beispielsweise unmittelbar digitalisiert werden und die Frequenz des digitalisierten Signals kann ermittelt werden. Es sind jedoch auch andere Ansätze zur Frequenzermittlung denkbar, beispielsweise die Nutzung eines Komparators und eines nachgeschalteten Zählers, um Wellenberge der Spannung bzw. des Stroms unmittelbar zu zählen.
  • 3 zeigt eine andere Möglichkeit, eine Messeinrichtung 24 zu implementieren. In einigen Fällen kann es gewünscht sein, das Verwirbelungselement 17 separat von den elektromechanischen Wandlern 19 auszubilden. Eine Möglichkeit hierfür ist in 3 dargestellt. Das Verwirbelungselement 17 ist in diesem Ausführungsbeispiel in die durch den Pfeil 7 dargestellte Richtung verschwenkbar an dem Messrohr 1 gelagert, indem es durch eine elastische Dichtung 22 geführt ist. Das Verwirbelungselement 17 selbst ist hierbei im Wesentlichen steif. Eine erste Seite 18 des Verwirbelungselements 17 ist mit zwei elektromechanischen Wandlern 19, beispielsweise mit Piezoelementen, bewegungsgekoppelt. Die elektromechanischen Wandler 19 sind zwischen dem Verwirbelungselement 17 und einem Gehäuse 20 angeordnet, das mit dem Messrohr 1, beispielsweise durch eine Verschraubung, gekoppelt ist. Die zweite Seite 21 des Verwirbelungselements 17 endet frei in dem Messrohr 1.
  • Wie vorangehend erläutert, wird das Verwirbelungselement 17, wenn es mit einer ausreichenden Geschwindigkeit senkrecht zur Bildebene angeströmt wird, in die Richtung des Doppelpfeils 7 in Schwingungen versetzt. Dies führt dazu, dass die elektromechanischen Wandler 19 abwechselnd komprimiert und expandiert werden, wodurch einer Verarbeitungseinrichtung 23 Wechselspannungen bzw. Wechselströme zugeführt werden. Innerhalb der Verarbeitungseinrichtung 23 kann eine Gleich- bzw. Umrichtung dieser Ströme erfolgen, um die Verarbeitungseinrichtung 23 mit Energie zu versorgen, wie dies bereits mit Bezug auf 2 erläutert wurde. Zudem kann eine ebenfalls vorangehend erläuterte Messwerterfassung durchgeführt werden.
  • Statt der in 3 gezeigten verschwenkbaren Lagerung des Verwirbelungselements 17 wäre es auch möglich, dass Verwirbelungselement 17 derart an der Wand des Fluidrohrs 3 zu führen, dass es linear, insbesondere senkrecht zur Strömungsrichtung 6, verschiebbar ist. Die Bewegungskopplung mit den elektromechanischen Wandlern 19 könnte so erfolgen, wie dies in 3 gezeigt ist.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Fluidrohr
    2
    Verwirbelungselement
    3
    Strömung
    4
    Wirbel
    5
    Wirbel
    6
    Strömungsrichtung
    7
    Doppelpfeil
    8
    Messeinrichtung
    9
    Energiegewinnungseinrichtung
    10
    Verarbeitungseinrichtung
    11
    Verwirbelungselement
    12
    Seite
    13
    Seite
    14
    Silhouette
    15
    Gleichrichter
    16
    Batterie
    17
    Verwirbelungselement
    18
    Seite
    19
    elektromechanischer Wandler
    20
    Gehäuse
    21
    Seite
    22
    Dichtung
    23
    Verarbeitungseinrichtung
    24
    Messeinrichtung

Claims (14)

  1. Verfahren zur Energiegewinnung, wobei eine Fluid durch ein Fluidrohr (1) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fluidrohr (1) ein Verwirbelungselement (2, 11, 17) angeordnet ist, durch das Wirbel (4, 5) in der Strömung (3) des Fluids erzeugt werden, wodurch zeitlich veränderliche Kräfte auf das Verwirbelungselement (2, 11, 17) wirken, wobei eine hieraus resultierende Verschiebung und/oder Verschwenkung und/oder Verformung des Verwirbelungselements (2, 11, 17) zumindest teilweise in elektrische Energie umgesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verwirbelungselement (2, 11, 17) durch einen elektromechanischen Wandler gebildet wird und/oder über wenigstens einen elektromechanischen Wandler (19) mit dem Fluidrohr (1) gekoppelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein piezoelektrischer Wandler als der elektromechanische Wandler (19) verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Energie zum Betrieb einer Messeinrichtung (8, 24) genutzt wird, die wenigstens eine das Fluid und/oder die Strömung (3) des Fluids betreffende Messgröße erfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4 und Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße von einem Ausgangssignal des elektromechanischen Wandlers (19) abhängt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgröße von einer Frequenz des Ausgangssignals abhängt.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verwirbelungselement (2, 11, 17) oszillierend verschoben und/oder verschwenkt und/oder verformt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid in einer vorgegebenen Strömungsrichtung (6) durch das Fluidrohr (1) geführt wird, wobei das Verwirbelungselement (2, 11, 17) durch die zeitlich veränderlichen Kräfte in eine gewinkelt zur Strömungsrichtung (6) stehende Richtung verschoben und/oder verschwenkt und/oder gekrümmt wird.
  9. Energiegewinnungseinrichtung mit einem Fluidrohr (1), durch das ein Fluid führbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiegewinnungseinrichtung (9) ein in dem Fluidrohr (1) angeordnetes Verwirbelungselement (2, 11, 17), das zur Ausbildung von Wirbeln (4, 5) in der Strömung (3) des Fluids dient, und einen Energiewandler umfasst, wobei das Verwirbelungselement (2, 11, 17) derart ausgebildet und/oder gelagert ist, dass es durch Kräfte, die aus der Ausbildung der Wirbel (4, 5) resultieren, verschiebbar und/oder verschwenkbar und/oder verformbar ist, wobei durch den Energiewandler eine resultierende Verschiebung und/oder Verschwenkung und/oder Verformung des Verwirbelungselements zumindest teilweise in elektrische Energie umsetzbar ist.
  10. Energiegewinnungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verwirbelungselement (2, 11, 17) ein elektromechanischer Wandler ist oder einen elektromechanischen Wandler umfasst und/oder über wenigstens einen elektromechanischen Wandler (19) mit dem Fluidrohr (1) gekoppelt ist.
  11. Energiegewinnungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromechanische Wandler ein längliches piezoelektrisches Element ist, das mit einer Seite (12) an einer Wand des Fluidrohrs befestigt ist und dessen andere Seite (13) frei in dem Fluidrohr (1) endet.
  12. Energiegewinnungseinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verwirbelungselement (17) an einer ersten Seite (18) bezüglich einer Wand des Fluidrohrs (1) verschiebbar und/oder verschwenkbar gelagert ist, wobei eine zweite Seite (21) des Verwirbelungselements (17) frei in dem Fluidrohr (1) endet, wobei die erste Seite (18) mit dem elektromechanischen Wandler (19) bewegungsgekoppelt ist.
  13. Messeinrichtung zur Ermittlung einer ein Fluid und/oder eine Strömung des Fluids betreffenden Messgröße, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Energiegewinnungseinrichtung (9) nach einem der Ansprüche 9 bis 12 umfasst.
  14. Messeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Verwirbelungselement (2, 11, 17) ein elektromechanischer Wandler ist oder einen elektromechanischen Wandler umfasst und/oder über wenigstens einen elektromechanischen Wandler (19) mit dem Fluidrohr (1) gekoppelt ist, wobei eine Verarbeitungseinrichtung (10, 23) der Messeinrichtung (8, 24) dazu eingerichtet ist, die Messgröße in Abhängigkeit eines Ausgangssignals des elektromechanischen Wandlers (19) zu ermitteln.
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