DE1964821A1 - Power generator for oceanography and marine engineering - Google Patents
Power generator for oceanography and marine engineeringInfo
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Description
Anlage zum Antrag auf Patenterteilung vom 16.12.1969 Stromerzeuger für Ozeanographie und Meerestechnik Für verschiedene Funktionen der Ozeanographie und der Meerestechnik wird Elektroenergie auf dem Meeresboden oder in bodennahen Wassertiefen benötigt.Annex to the application for a patent dated December 16, 1969 power generator for oceanography and marine technology For various functions in oceanography and marine technology uses electrical energy on the ocean floor or in ground level Water depths required.
Bei kürzerer Leistungsdauer, etwa bis zu einigen Tagen, bei geringeren Leistungen auch bis zu einigen Wochen, werden hierfür Akkumulatoren verschiedener Art verwendet. Auch Brennstoffzellen verschiedener Art sind vorgeschlagen worden.For a shorter period of time, for example up to a few days, for less Achievements even up to a few weeks, accumulators are different for this Kind of used. Various types of fuel cells have also been proposed.
Bei einer erforderlichen teistungsdauer über einige Wochen hinaus werden, wegen der hohen Kosten für die Auswechselung, Aufladung oder Neubeschickung der Energiequellen, nukleare Energiequellen eingesetzt bezw. projektiert, Diese ermöglichen eine Energieversorgung z.T. über mehrere Jahre hinweg ohne Wartung oder Neubeschickung mit Energieträgern. Daher werden die sehr hohen Kosten dieser Art von Energiequellen in Kauf genommen.If the duration of the work is more than a few weeks due to the high cost of replacing, recharging or refilling of energy sources, nuclear energy sources used respectively. projected, this enable an energy supply partly for several years without maintenance or Refilling with energy sources. Hence the very high cost of this species accepted by energy sources.
Ziel der Erfindung ist es hingegen, einen Stromerzeuger als Energiequelle für die Verwendung am Meeresboden oder in bodennahen Wassertiefen zu entwickEln, der mit gegenüber dem Stand der Technik erheblich verringertem technischen Aufwand und verringerten Kosten Elektroenergie über längere Zeiten, insbesondere von einigen Wochen bis zu mehreren Jahren, liefert.The aim of the invention, however, is to use a power generator as an energy source to be developed for use on the sea floor or in water depths close to the surface, the one with significantly reduced technical effort compared to the state of the art and reduced electrical power costs over long periods, particularly of some Weeks to several years.
Erfindungsgemäss wird hierfür die Tatsache ausgenutzt, dass auf weiten Bereichen des Meeresbodens in Bodennähe Strömungen anzutreffen sind. In Küstennähe kann es sich um die intrmittierende Tidenströmung, auf dem Tiefseeboden um stetige Strömungen handeln.According to the invention, the fact is used for this purpose that to a large extent Currents are to be found in areas of the sea floor near the ground. Near the coast It can be the intrmitting tidal current, steady on the deep sea floor Acting currents.
Erfindungsgemäss wird als Stromerzeuger ein Aggregat verwendet, das wenigstens aus einem von der Meeresströmungs beaufschlagten Laufrad und einem rotierenden Generator besteht.According to the invention, a unit is used as a power generator that at least one impeller acted upon by the ocean current and one rotating Generator exists.
Der Stromerzeuger steht auf dem Meeresboden, oder er schwimmt in einer gewissen Höhe über dem Meeresboden und ist durch eine Verankerung, z.B. ein Seil, mit dem Meeresboden verbunden.The generator stands on the seabed or it swims in one certain height above the sea floor and is secured by an anchor, e.g. a rope, connected to the seabed.
Um das Laufrad wie auch den Generator bei der wirtschaftlich günstigsten Drehzahl betreiben zu können, ist zwischen Laufrad und Generator in der Regel ein Getriebe mit konstantem oder verstellbarem Drehzahlverhältnis angeordnet.To the impeller as well as the generator at the most economically advantageous Being able to operate the speed is usually an option between the impeller and the generator Gearbox with constant or adjustable speed ratio arranged.
Als Generator kann z.B. in bestimmten Leistungsbereichen mit Vorteil die aus der Automobiltechnik bekannte und handelsübliche Lichtmaschine in einem wasserdichten Gehäuse verwendet werden.As a generator, for example, in certain power ranges the commercially available alternator known from automotive engineering in one waterproof housing can be used.
Zur Speicherung der Elektroenergie, also als Pufferbatterie, ist in Verbindung mit dem Stromerzeuger in der Regel ein Akkumulator vorgesehen.To store the electrical energy, i.e. as a buffer battery, in Connection to the power generator is usually provided with an accumulator.
Es besteht insoweit eine gewisse Analogie zu den bekannten Windkraftwerken.To this extent, there is a certain analogy to the known wind power plants.
Die an zahlreichen Stellen mit grossem Aufwand betriebenen Entwicklungsarbeiten an nuklearen Ehergiequellen und anderen, sehr aufwendigen Verfahren zur Energieversorgung zeigen aber> dass aus der Kenntnis von Windkraftwerken für den Fachmann noch keinsfalls der Schluss auf die Realisierung von Energiequellen am Meeresboden nach dem Erfindungsprinzip nahegelegen hat.The development work carried out at numerous points with great effort on nuclear energy sources and other, very complex processes for energy supply but show> that from the knowledge of wind power plants for the expert by no means the conclusion on the realization of energy sources on the sea floor was close to the principle of the invention.
Für diesen Schluss ist-zunächst die wirtschaftliche Zweckmässigkeit, uch im Zusammenwirken mit der technischen Durchftihrbarkeit zu erkennen.For this conclusion - first of all the economic expediency, This can also be seen in conjunction with the technical feasibility.
Hierfür ist zunächst die besondere Unzugänglichkeit des Meeresbodens zu berücksichtigen, die die Kosten für konkurrierende Energiequellen in die Höhe treibt, ferner die herausbildung eines Energiebedarfs am Meereboden durch neuere Aufgaben der Ozeanographie und der Meerestechnik über lange Zeiten (z.B durch den Betrieb von stationären Ortungs - und Nachrichtenübermittlungsanlagen), schliesslich die Herausbildung eines besonders problematischen Bereichs in der Energieversorgung bei Leistungen von 0,1 kl7el ] bis ca. 50 kWe1 über lange Zeiten, wo sowohl die Vergrösserung der bekannten Nuklidbatterien wie auch der Bau von kleinen Kernreaktoren zu besonders hohen Kosten der Elektroenergie führt, wo aber andererseits ein wirtschaftlich günstiger Einsatzbereich für den erfindungsgemässen Stromerzeuger liegt.First of all, there is the special inaccessibility of the seabed to take into account that the costs of competing energy sources are skyrocketing drives, furthermore the development of an energy demand on the sea floor by newer ones Tasks of oceanography and marine technology over long periods of time (e.g. through the Operation of stationary location and communication systems), finally the emergence of a particularly problematic area in energy supply at powers of 0.1 kl7el] to approx. 50 kWe1 over long periods where both the Enlargement of the known nuclide batteries as well as the construction of small nuclear reactors leads to particularly high costs of electrical energy, but where on the other hand an economical favorable area of application for the power generator according to the invention lies.
Der Meeresboden und die noch wenig bekannten Meeresströmungen bilden ferner einsArbeitsgebiet besonderer Art, das durch einfachen Analogieschluss von der Atmosphäre nicht ohne weiteres gedanklich eröffnet werden kann.The ocean floor and the still little-known ocean currents form Furthermore, a special kind of work area, which can be identified by a simple analogy of the atmosphere cannot be opened up in thought without further ado.
uch die bekannten Gezeitenkraftwerke können hier kein unmittelbares Vorbild darstellen, da bei ihnen eine Verdämmung von Meresbuchten stattfindet, um ein für die bekannten Kaplan - turbinen hinreichendes Gefälle zu erreichen und ein Grosskraftwerk betreiben zu können.Even the well-known tidal power plants cannot do anything here Represent a role model, as they are damming Meres bays in order to to achieve a gradient sufficient for the well-known Kaplan turbines and a To be able to operate a large power plant.
Erfindungsgemäss wird dagegen eine Stromerzeuger mit ven der Strömung beaufschlagtem Laufrad auf dem Schelf-oder Tiefseeboden frei aufgestellt oder schwimmend angeordnet. Hierbei ergibt sich in Verbindung mit einem speziellen Anwendungsgebiet eine neuartige und technischwirtschaftliche günstige Lösung.According to the invention, however, a power generator with ven is the flow loaded impeller on the shelf or deep sea floor set up freely or floating arranged. This results in connection with a special field of application a new and technically economical solution.
Die sehr geringen StrömungsgeschvBindigkeiten der bodennahen Strömungen in vielen Tiefseegebieten (einige cm/sec) im Vergleich zu den an Laufrädern -z*B von Kaplan-Turbinen üblichen Strömungsgeschwindigkeiten sowie das Fehlen eines Niveaugefälles mögen die Fachleute von einer technischen Lösung gemäss dem Erfindungsprinzip abgehalten haben. The very low flow velocities of the ground-level currents in many deep sea areas (a few cm / sec) compared to those on impellers -z * B of Kaplan turbines usual flow velocities as well as that The experts like a technical solution according to the lack of a level gradient have held the principle of the invention.
Dem irfindungsprinzip liegt aber die Überlegung zugrunde, dass die auf angeströmte Schaufeln der Laufräder ausgeübten Kräftewegen ihrer Proportionalität zur Dichte des anströmenden Mediums - in VJasser schon bei sehr geringen Strömungs -geschwindigkeiten den Windkräften bei vergleichsweise hohen Windgeschwindigkeiten entsprechen.The principle of discovery is based on the idea that the Forces exerted on the blades of the impellers against the flow due to their proportionality the density of the flowing medium - in VJasser even with very low flow -speeds the wind forces at comparatively high wind speeds correspond.
Bei mitberücksichtigun der hohen Kosten anderer Energiequellen für das spezielle Anwendungsgebiet der Erfindung ist erfindungsgemäss eine Energiegewinnung über lange Zeiträume mit erheblichen Vorteilen möglich.When taking into account the high costs of other energy sources for According to the invention, the special field of application of the invention is energy generation possible over long periods of time with considerable advantages.
Als besondere Vorteile wirken bei dem Erfindungsgegenstand folgende Eigenarten der Meeresströmungen: Die Strömungen am Tiefseeboden zeigen nur geringe Intensitätsschwankungen, so dass mit einem hohen Ausnutzungsfaktor gerechnet werden kann und Auslegung auf Sicherheit bei Extremwerten (vergleichbar dem Sturm bei ;tindrädern) nicht arforderlich ist. Auch der Verlauf der Tidenströmungen ist in gewissen Grenzen aus Erfahrungswerten vorherberechenbar. Insbesondere der Übergang von kleineren Versuchsanlagen zu grösseren technischen Anlagen wird durch diesen Umstand begünstigt.The following have particular advantages with the subject matter of the invention Characteristics of the ocean currents: The currents on the deep sea floor show only minor ones Fluctuations in intensity, so that a high utilization factor can be expected can and design for safety in extreme values (comparable to the storm at; tindrräder) is not required. The course of the tidal currents is also within certain limits predictable from empirical values. In particular, the transition from smaller ones Experimental facilities for larger technical facilities are favored by this fact.
Hinzu kommt der Umstand, dass durch Auftriebskonstruktion, z.B. Ausbildung als hohle oder mit Strukturschaum gefüllte Teile, das Eigengewicht der Bauteile in Wasser ganz oder teilweise kompensiert werden kann.In addition, there is the fact that buoyancy construction, e.g. training as hollow parts or parts filled with structural foam, the dead weight of the components can be fully or partially compensated in water.
Erfindungsgemäss werden die genannten Besonderheiten bei der Auslegung des Stromerzeugers ausgenutz, wobei sich weitere technische und wirtschaftliche Vorteile ergeben.According to the invention, the specified particularities are used in the design of the power generator being exploited, with further technical and economic Result in advantages.
Durch den Erfindungsgegenstand werden also folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erreicht: a) Innerhalb orosser Teilbereiche des Meeresbodens (nämlich wo Strömungen von wenigstens einigen cr/sec vorliegen) kann Elektroenergie für Zwecke der Ozeanographie und Meerestechnik verfügbar gemacht werden b) Elektroenergie steht über nahezu unbegrenzte Zeit ohne Zuführung von Energieträgern (z.B. Brennstoffen) zur Verfügung c) Die Anlage - und Betriebskosten sind erheblich geringer als bei anderen Energiequellen für die Bedingungen gemass a) und b) .The subject matter of the invention thus provides the following advantages over the state of the art achieves: a) Within oross sub-areas of the sea floor (namely where there are currents of at least a few cm / sec) electrical energy be made available for oceanography and marine engineering purposes b) electrical energy stands for an almost unlimited period of time without the addition of energy sources (e.g. fuels) available c) The plant and operating costs are considerably lower than for other energy sources for the conditions according to a) and b).
;ine spezielle Anwendungsform der Erfindung ist es, dass ein :.kumulator mit dem beschriebenen Stromerzeuger aufgeladen wird und mittels geeigneter Vorrichtungen gegen einen von einem Tauchboot mitgeführten, nach einer gewissen Fahrzeit entladenen Akkumulator ausgetauscht wird Ebenso kann mittels geeig neter Vorrichtung ein bordeigener Akkumulator eines Tauchbootes aus dem laufenden Stromerzeuger oder aus dem Energievorrat eines von diesem aufgeladenen stationaren Akkumulators aufgeladen werden.A special form of application of the invention is that an: accumulator is charged with the generator described and by means of suitable devices against one carried by a diving boat, unloaded after a certain travel time Accumulator is exchanged Likewise, an on-board device can be used by means of a suitable device Accumulator of a submersible from the running power generator or from the energy supply one of this charged stationary accumulator can be charged.
dadurch wird es möglich, dass Tauchboote in einem mit erfindungsgemässen Stromerzeugern versehenen Bereich des Meeresbodens ohne energiebedingte Tauchzeitbegrenzungen operieren können. Dieser Effekt ist andera bisher nur durch nukleare Energieuellen erreichbar.this makes it possible that submersibles in a with inventive Area of the seabed provided with electricity generators without energy-related dive time limits can operate. This effect is different so far only from nuclear energy sources accessible.
Einige mögliche Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes werden an Hand von Abbildungen dargestellt: Abb.l zeigt ein freistehendes Laufrad 1 auf der Welle-2.Some possible embodiments of the subject invention are shown on the basis of illustrations: Fig. 1 shows a free-standing impeller 1 the wave-2.
In dem wasserdichten Behälter 3-mit der Wellendurchführungs-Stopfbuchse 4 befinden sich ein Übersetzungsgetribe 5 und ein rotierender Generator 6, ferner die hier nicht dargestellten Regeleinrichtungen für die Ladestrombegrenzung usw. Mittels Durchführungen 7 ist die elektrische Verbindung zu dem als Pufferbatterie dienenden akkumulator 8 hergestellt, der bei seewasser - und=druckbeständiger Ausführung ausserhalb des wasserdichten Behälters angeordnet sein kann.* Die Leitung 9 führt zum Verbraucher.In the watertight container 3-with the shaft lead-through gland 4 there is a transmission gear 5 and a rotating generator 6, furthermore the control devices not shown here for the charging current limitation, etc. The electrical connection to the buffer battery is established by means of bushings 7 Serving accumulator 8 manufactured, the seawater - and = pressure-resistant version can be arranged outside the watertight container. * The line 9 leads to the consumer.
Abb. 2 zeigt ein Beispiel der Anordnung des Stromerteugers auf dem Meeresboden. Der Behälter 3 mit dem Laufrad 1 ist uauf einem Drehkranz 10 angeordnet und mit einer Strömungsfahne 11 versehen, um seine;Stellung der Strömungsrichtung anzupassen.Fig. 2 shows an example of the arrangement of the power supply on the Seabed. The container 3 with the impeller 1 is arranged on a turntable 10 and provided with a flow vane 11, around its position of the flow direction adapt.
Als Fundament ist ein Gestell 12 mit Stechfüssen 13 vorgesehen, Der Akkumulator 8 kann in dem Gestell 12 angebracht sein, um die Standfestigkeit des gesamten Aggregates zu erhöhen.A frame 12 with cutting feet 13 is provided as the foundation Accumulator 8 can be mounted in the frame 12 to ensure the stability of the to increase the entire aggregate.
In Abb. 5 ist eine schwimmende Anordnung dargestellt.In Fig. 5 a floating arrangement is shown.
Der Behälter 3 ist nötigenfalls mit einem Auftriebskörper 14 versehen und mit einer Ankervorrichtung 15 am Meeresboden verankert. Die Lagestabilisierung erfolgt durch eintStrömungsfahne 11.The container 3 is provided with a float 14 if necessary and anchored to the seabed with an anchor device 15. The attitude stabilization occurs through a vane 11.
Diese Anordnung kann zweckmässig sein, wenn in einer gewissen Höhe über dem Meeresboden günstigere Strömungsverhältnisse anzutreffen sind.This arrangement can be useful if at a certain height more favorable current conditions are to be found above the seabed.
* Entsprechend dem Stand der Technik kann auch ein seewasser - und druckbeständiger Generator, frei im umgebenden ---Wasser laufend, verwendet werden.* According to the state of the art, a seawater and pressure-resistant generator, free running in the surrounding water, can be used.
Gemäss Abb. 4 ist der Akkumulator 8 auf einem separaten Gestell 16 angeordnet. Er kann damit, z.B. von einem Tauchboot aus, leichter manipuliert, insbesondere ausgewechselt werden. Der Akkumulator ist mit dem Stromerzeuger über eine Steckerkupplung 17 verbunden, die von einem Tauchboot aus geöffnet. und geschlossen werden kann.According to FIG. 4, the accumulator 8 is on a separate frame 16 arranged. It can be manipulated more easily, e.g. from a diving boat, in particular be replaced. The accumulator is connected to the generator via a plug coupling 17 connected, which opened from a diving boat. and can be closed.
Damit ist es erfindungsgemäss möglich, den aus dem Stromerzeuger aufgeladenen Akkumulator gegen einen vom Tauchboot mitgeführten entladenen Akkumulatór aus zuwechseln.According to the invention, it is thus possible to use the charged from the power generator Replace the accumulator with a discharged accumulator carried by the submersible.
Alternativ ist eine Steckdose 18 von geeigneter Bauart vorgesehenen, die mit einem aussenbords am Tauchboot angebrachten Stecker korrespondiert. Erfindungsgemäss wird es damit möglich, bordeigene Akkumulatoren des Tauchbootes aus dem laufenden Stromerzeuger und/oder aus dem Energievorrat des stationgren Akkumulators 8 aufzuladen, Die Herstellung geeigneter Steckdosen und Stecker ist dem Pachmann möglich. Die Steckdosen können z.B. in einer spanne angeordnet werden, die mit elektrisch nicht leitender Flüssigkeit gefüllt-ist, um eine elektrolytische Zersetzung des Meerwassers zu vermeiden.Alternatively, a socket 18 of suitable design is provided, which corresponds to a connector attached to the submersible outboard. According to the invention This makes it possible to keep the submersible's own on-board batteries from running To charge power generator and / or from the energy supply of the stationary accumulator 8, The pachmann can produce suitable sockets and plugs. the Sockets can e.g. be arranged in a range, those with electrical not conductive liquid-is filled to an electrolytic decomposition of sea water to avoid.
Der Wirkungsgrad des beschriebenen Stromerzeugers kann durch fachmännische Gestaltung des Laufrades nach hydrodynamische Gesetzemässigkeiten weiter verbessert werden.The efficiency of the generator described can be checked by a professional The design of the impeller according to hydrodynamic laws has been further improved will.
Zur Herabsetzung der Kosten bei erforderlichen- grbseren Flächen der Laufradschaufeln 8z.B. bei sehr geringen Strömungsgeschwindigkeiten) können die Laufradschaufeln ganz oder teilweise durch segelartig gespannte, für sich nicht biegesteife Häute gebildet werden, wie dies z.B. bei Windmühlen historisch bekannt ist. Insbesondere sind hierfür polymerbeschichtete oder unbeschichtete Gewebe aus synthetischen Fasern geeignet, die den besonderen Vorteil der Korrosionsbeständigkei t Anlage zum eintrag auf patenterteilung vom 16.121969 Strömerzeuger für Ozeanographie und Meerestechnik.In order to reduce the costs when larger surfaces of the impeller blades 8 are required, e.g. at very low flow velocities) the impeller blades can be formed entirely or partially by skins that are tensioned like a sail and not rigid in themselves, as is historically known, for example, from windmills. In particular, polymer-coated or uncoated fabrics made of synthetic fibers, which have the particular advantage of corrosion resistance, are suitable for this purpose Annex to the entry on the grant of a patent dated December 16, 1969 generator for oceanography and marine technology.
Ansprüche : (1 - 13 ) 1. Stromerzeuge für Ozeanographie und Meerestechnik, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromerzeuger ein Laufrad und einen rotie-r-ena--en-Generator enthält und auf dem Meeresboden aufgestellt oder schwimmend über dem Meerestboden angeordnet und durch eine Verankerung mit dem Meeresboden verbunden ist, derart, dass das Laufrad von Meerestströmungen beaufschlagt wltd. Claims: (1 - 13) 1. Power generators for oceanography and marine technology, characterized in that the power generator has an impeller and a rotie-r-ena - en generator and placed on the seabed or floating above the seabed is arranged and connected to the seabed by an anchorage, in such a way that that the impeller is acted upon by residual ocean currents.
2. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Laufrad und Generator über ein Getriebe mit festem oder verstellbarem Drehzahlverhältnis verbunden sind. 2. Power generator according to claim 1, characterized in that the impeller and generator via a gearbox with fixed or adjustable speed ratio are connected.
3. Stromerzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzei-clinet, dass er mit einem Akkumulator als Pufferbatterie verbunden ist. 3. Power generator according to claim 1, characterized in that it is connected to an accumulator as a backup battery.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19691964821 DE1964821A1 (en) | 1969-12-16 | 1969-12-16 | Power generator for oceanography and marine engineering |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19691964821 DE1964821A1 (en) | 1969-12-16 | 1969-12-16 | Power generator for oceanography and marine engineering |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1964821A1 true DE1964821A1 (en) | 1971-06-24 |
Family
ID=5754934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19691964821 Pending DE1964821A1 (en) | 1969-12-16 | 1969-12-16 | Power generator for oceanography and marine engineering |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1964821A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2828491A1 (en) * | 1978-06-29 | 1980-01-17 | Jack Evans Thompson | Fluid flow powered electricity generator - has flow constrictor in pipes system through which fluid is propelled without forming head |
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| WO2010003599A2 (en) * | 2008-07-11 | 2010-01-14 | Voith Patent Gmbh | Device and method for servicing an ocean current power station |
-
1969
- 1969-12-16 DE DE19691964821 patent/DE1964821A1/en active Pending
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