DE2617023C3 - Watercraft for the conversion of natural energies - Google Patents

Watercraft for the conversion of natural energies

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Description

Die Erfindung betrifft ein Wasserfahrzeug zur. Umwandlung natürlicher Energien, wie beispielsweise Meerwasserwärme, Sonnenenergie, Wellenenergie, Windenergie, bestehend aus einem oder mehreren miteinander verbundenen Schiffskörpern, auf denen Anuhd Einbauten zur Umwandlung der natürlichen Energien in elektrische Energie vorgesehen sind.The invention relates to a watercraft for. Conversion of natural energies, such as Sea water heat, solar energy, wave energy, wind energy, consisting of one or more interconnected hulls on which Anuhd Built-in components for converting natural energies into electrical energy are provided.

Die auf der Erde vorhandenen natürlichen Energiequellen sind bisher nur in geringem Umfang nutzbar gemacht worden. Dafür sind mehrere Gründe anzuführen. Diese — direkt oder indirekt von der Sonne herstammenden — Energiequellen stehen im allgemeinen nicht in der für eine Großverwertung nutzbaren Gleichmäßigkeit in den Hauptverbrauchsländern zur Verfugung und es gibt bisher keine befriedigende Speicher- oder Transportmöglichkeit, um die natürlichen Energien aus den Entstehungszonen in die Verbrauchszonen der Erde zu übertragen.The natural sources of energy available on earth can only be used to a limited extent so far been made. There are several reasons for this. This - directly or indirectly from the sun - energy sources are generally not available for large-scale utilization Uniformity is available in the main consuming countries and there is no satisfactory one so far Storage or transport option to transfer the natural energies from the zones of origin to the To transfer consumption zones of the earth.

Es ist durch die DE-PS 4 73 708 bekannt, auf dem Meer ein Wasserfahrzeug zu verankern, mit dem nur Wellenenergie mit Hilfe eines Schwimmers, eines Getriebes und eines Dynamos in elektrischen Strom umgewandelt wird. Der erzeugte Strom, der laufendIt is known from DE-PS 4 73 708 to anchor a watercraft on the sea with the only Wave energy with the help of a float, a gear and a dynamo into electric current is converted. The electricity generated, which is ongoing

to über ein Kabel abgeführt wird, ist somit absolut abhängig von der Stärke der Wellenbewegung.to is discharged via a cable is therefore absolutely dependent on the strength of the wave movement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wasserfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine wirtschaftliche, möglichst kontinuierliche Nutzung und Verwertung der auf dem Meer und im Meerwasser vorhandenen natürlichen Energien erfolgen kann.The invention is based on the object of providing a watercraft of the type mentioned at the beginning create, with which an economical, as continuous as possible use and recovery of the Sea and natural energies present in sea water can take place.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt dadurch, daß in dem oder den Schiffskörpern zur Energiespeicherung und zum Energietransport eine Vielzahl von Schwungrad-Energiespeicher eingebaut ist und die Schwungrad-Energiespeicher durch angebaute Motoren, die auch als Generatoren betreibbar sind, angetrieben werden, wobei die in den Schwungrad-Energiespeichern gespeicherte Energie in einem Hafen mit den als Generatoren betriebenen Motoren in elektrische Energie zu.-ückverwandelt wird.This object is achieved in that the hull or hulls for energy storage and a variety of flywheel energy storage devices for energy transport is built in and the flywheel energy storage is driven by attached motors, which can also be operated as generators be, with the energy stored in the flywheel energy storage in a port with the as Generators-operated motors are converted into electrical energy.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Schwungsrad-Energiespeicher vertikal in dem oder den Schiffskörpern eingebaut und in jedem Schiffskörper liefern mindestens zwei gegenläufig rotierende Schwungrad-Energiespeicher den Strom zum Antrieb einer Schiffsschraube.According to a further development of the invention, the flywheel energy stores are vertical in the one or the other Built into hulls and in each hull deliver at least two counter-rotating Flywheel energy storage provides the electricity to drive a ship's propeller.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bestehen die Schwungrad-Energiespeicher aus dünnwandigen metallischen, als Hohlzylinder ausgebildeten Tragkörpern und einer darauf gewickelten, aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Schwungradwalze.According to an advantageous embodiment of the invention, there are flywheel energy stores made of thin-walled metallic support bodies in the form of hollow cylinders and one wound thereon, made of fiber-reinforced plastic flywheel roller.

Die Ertindung bietet eine universelle Einrichtung zur Nutzung und Umwandlung aller auf dem Meer und/oder im Meer vorkommenden Energieformen. Das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug kann dank seiner Ausrüstung sowohl als Energiesammler an dafür besonders geeigneten Stellen oder auf Fahrtrouten mit optimaler Energiegewinnung als auch als Energietransporter eingesetzt werden. Ein solcher Einsatz könnte z. B. im Atlantischen Ozean zwischen dem nördlichen Wendekreis und dem Äquator sein, wobei das erfindungsgemäße Wasserfahrzeug von Europa aus in dieses Gebiet fährt und dabei durch seine Wärmepumpen hauptsächlich Energie aus der Meereswärme tropischer und subtropischer Ozeane bezieht, während die Energieaufnahme aus der Sonnenstrahlung nicht so groß ist.The invention provides a universal facility for Use and conversion of all forms of energy occurring at sea and / or in the sea. The inventive Thanks to its equipment, the watercraft can act as an energy collector suitable places or on routes with optimal energy generation and as an energy transporter can be used. Such a use could e.g. B. in the Atlantic Ocean between the tropic and the equator, the watercraft according to the invention from Europe to this area drives and uses mainly tropical and marine heat through its heat pumps sub-tropical oceans, while the energy consumption from solar radiation is not so great.

Gelangt das Fahrzeug zum nördlichen Wendekreis, dann erhöht sich durch die dort herrschende senkrechte Sonneneinstrahlung im Sommer der Anteil der direkten Sonnenenergie und der Wirkungsgrad der Wärmepumpen. Die optimalste Energiespeicherung aus der Meereswärme ist außerdem zwischen dem nördlichen Wendekreis und dem Äquator gegeben. Während der ganzen Fahrt kann zusätzliche Energie durch Ausnutzung von Wind und Wellen gewonnen werden. Auf diese Weise kann eine optimale Energiegewinnung undIf the vehicle reaches the northern tropic, then it increases through the vertical one prevailing there Solar radiation in summer, the proportion of direct solar energy and the efficiency of the heat pumps. The most optimal energy storage from the sea heat is also between the northern Tropic and equator given. During the entire journey, additional energy can be used by using it won by wind and waves. In this way, optimal energy production and

ui speicherung erfolgen. Wenn alle Schwungrad-Energiespeicher voll aufgeladen sind, fährt das Wasserfahrzeug mit eigener Kraft in seinen Heimathafen oder läuft einen nahegelegeneren Hafen an, um mit der gespei-ui storage done. When all flywheel energy storage are fully charged, the watercraft drives to its home port on its own or runs to a nearby port in order to be able to

cherten Energie die Stromnetze zu versorgen. Eine entsprechend große Flotte solcher erfindungsgemäßen Wasserfahrzeuge könnte einen großen Teil der Stromversorgung der Bundesrepublik Deutschland übernehmen.secured energy to supply the power grids. A correspondingly large fleet of such according to the invention Watercraft could provide a large part of the power supply of the Federal Republic of Germany take over.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der Schwungrad-Energiespeicher sind die Schwungradwalzen in Vakuumgehäusen angeordnet und über äußere, mit dem Tragkörper verbundene Lagerzapfen (Magnet-Axiallagern) gelagert sowie mit den Motoren ι ο verbunden. Durch diese Maßnahmen laufen die Schwungradwalzen nahezu reibungsfrei und erreichen Betriebszeiten bis zu 6 Monaten ohne nennenswerte Energieverluste.According to an advantageous embodiment of the flywheel energy storage device, the flywheel rollers are arranged in vacuum housings and via external bearing journals connected to the support body (Magnetic axial bearings) stored as well as with the motors ι ο tied together. As a result of these measures, the flywheel rollers run almost frictionless and achieve Operating times of up to 6 months without significant energy losses.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Tragkörper mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mindestens eins ausgebildet ist, an den, vorzugsweise kegelig ausgeführte, die Lagerzapfen tragende Obergangsteile angesetzt sind.A further development of the invention provides that the support body with a ratio of length to Diameter of at least one is formed on the, preferably conical, the bearing pin load-bearing upper aisle parts are attached.

Die geometrische Gestaltung der Tragkörper, die einer Spulenform entspricht, und die Verwendung einer im wesentlichen gleichmäßigen Verteilung der Fasergarne und des Kunstharzes für die Schwungradwalze sichert dem Schwungrad-Energiespeicher ein durch umfangreiche Rechnungen erhärtetes günstiges Betriebsverhalten und eine lange Lebensdauer. Es wird mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Aufbau bewußt von der Gestaltung der bisher bekannten Schwungrad-Energiespeicher abgegangen und damit das Vorurteil ausgeräumt, daß die Schwungradwalzen einen mögliehst großen Durchmesser bei geringer Tiefe und zur Erzeugung großer Speicherleistungen außerdem von innen nach außen unterschiedliche Werkstoffeigenschaften und -Zusammensetzungen aufweisen müssen.The geometric design of the support body, which corresponds to a coil shape, and the use of a substantially even distribution of the fiber yarns and the synthetic resin for the flywheel roller ensures the flywheel energy storage device a favorable operating behavior confirmed by extensive calculations and a long service life. It is conscious with the structure proposed according to the invention departed from the design of the previously known flywheel energy storage devices and thus the prejudice cleared up that the flywheel rollers make one possible large diameter at shallow depth and to generate large storage capacities also of must have different material properties and compositions inside out.

Die Schwungradwalzen der erfindungsgemäßen Groß-Energiespeicher sollen vorzugsweise aus einer speziellen Kombination von Aramid-Fasern mit Kohlenstoffasern und Epoxidharz bestehen. Bekanntlich ist die Energiedichte ein Maß für das Speichervermögen von Energiespeichern. Die Energiedichte -^- ist für Schwungrad-Energiespeicher proportional der sogenannten Reißlänge -^- des für die Energiespeicherung verwendeten Materials. Der theoretische Wen Damit ergibt sich eine Energiedichte
E 0,67 · 36 000
The flywheel rollers of the large energy storage device according to the invention should preferably consist of a special combination of aramid fibers with carbon fibers and epoxy resin. It is well known that the energy density is a measure of the storage capacity of energy stores. The energy density - ^ - for flywheel energy storage devices is proportional to the so-called tear length - ^ - of the material used for energy storage. The theoretical Wen This results in an energy density
E 0.67 36,000

1,25 · 1,2 - 0,00151.25 x 1.2 - 0.0015

= 5,36- 106cm.= 5.36-10 6 cm.

Ein Vergleich mit Erdöl ergibt bei 10 000 kcal/kg und einem Wirkungsgrad von 0,2 eine EnergiedichteA comparison with petroleum shows an energy density of 10,000 kcal / kg and an efficiency of 0.2

~ = 85,4- 106cm.
G
~ = 85.4-10 6 cm.
G

läßt sich nur für unendlich dünne Schwungradringe erzielen. Für die erfindungsgemäß gewählten Hohlwalzen mit Außendurchmesser/Innendurchmesser von etwa 1,5 kann mit guter Näherungcan only be achieved for infinitely thin flywheel rings. For the hollow rollers selected according to the invention with outside diameter / inside diameter of about 1.5 can be approximated

angenommen werden.be accepted.

Zur Errechnung der ern-.ojiüaien Energiedichte für eine Aramidfaser-Schwungradwalze werden nachfolgende, durch praktische Erprobung bestätigte Ausgangswerte angenommen:To calculate the ern-.ojiüaien energy density for an aramid fiber flywheel roller are the following initial values, confirmed by practical tests accepted:

Für Aramidfaser: σ emc«*= 3 6 000 daN/cm2, Faseranteil an einem Laminat mit Epoxidharz 67%, spezifisches Gewicht des Laminats }'=l,5g/cmJ, Sicherheitsfaktor 1,25, Faktor für Gehäuse und Lagerung 1,2.For aramid fibers: σ emc «* = 3 6 000 daN / cm 2 , fiber content in a laminate with epoxy resin 67%, specific weight of the laminate} '= 1.5 g / cm J , safety factor 1.25, factor for housing and storage 1 , 2.

Somit besteht ein VerhältnisThus there is a relationship

E/GErdö] 85,4· ΙΟ6 E / G Erdö] 85.4 · ΙΟ 6

5,36" 1 0G 5.36 "1 0 G

= 16,0.= 16.0.

Erdöl kann als Energie nur einmal verwendet werden. Nimmt man an, daß eine äquivalente Schwungradwalze nur 10 Jahre verwendet werden kann, so ergibt sich bei 16 Energietransporten im Jahr mit den erfindungsgemäßen Schiffskörpern eine lOmal bessere Ausnutzung als beim Erdöl.Petroleum can only be used once as energy. Assume that an equivalent flywheel roller can only be used for 10 years, this results in 16 energy transports per year with the inventive Hulls a ten times better utilization than in the case of oil.

Weitere Vergleiche der Energiedichten von mit Aramidfasem ausgestatteten Energiespeichern mit anderen Energiespeichern ergeben gegenüber hochfesten Stahlschwungrädern ein öfaches und gegenüber Bleibatterien ein 4faches Verhältnis. Interessant ist auch ein Vergleich mit der Energiedichte eines Speichersees bei 100 m Wassersäule, weil sich bisher nur mit Wasser große Energievorräte speichern ließen. Dabei ist das VerhältnisFurther comparisons of the energy densities of energy storage devices equipped with aramid fibers with Compared to high-strength steel flywheels, other energy storage systems produce a multiple and compared to Lead-acid batteries have a 4-fold ratio. A comparison with the energy density of a reservoir is also interesting at a water column of 100 m, because until now it was only possible to store large amounts of energy with water. Here is that relationship

schwungradflywheel

Die Schwungrad-Energiespeicher könnten in der Praxis in Schiffskörpern eingebaut werden, welche die Größenordnung der modernen Tanker haben. Es wäre zu erwägen, die vielen aufliegenden Großtanker dafür umzubauen. Man könnte in einem derartigen Schiff etwa 200 000 to Schwungradmasse unterbringen, wodurch 29 200 Millionen Wattstunden transportiertThe flywheel energy storage could in practice be built into ship hulls, which the The order of magnitude of modern tankers. It would be worth considering the many large tankers lying open for it to remodel. One could accommodate about 200,000 tons of flywheel mass in such a ship, which means 29 200 million watt hours transported

so werden können. Wird diese Energie innerhalb von zwei Tagen in das elektrische Netz eingespeist, hat ein erfindungsgemäßer Schiffskörper eine installierte Leistung von N= 608 MW.
Weiterhin weisen erfindungsgemäß je zwei nebeneinander liegende Schwungrad-Energiespeicher entgegengesetzte Drehrichtung auf. Durch die gegenläufige Rotation der Schwungradwalzen von jeweils zwei Energiespeichern heben sich evtl. auftretende Kreiselmomente gegenseitig auf und können somit nicht auf den Schiffskörper übertragen werden. Im allgemeinen werden je Schiffskörper zwei Schwungrad-Energiespeicher für den Antrieb der erfindungsgemäßen Wasserfahrzeuge ausreichen, weil günstige Einsatzorte für die Energiespeicherung im Atlantik vorhanden sind. Bei einer Fahrstrecke für einen Energietransporter von z. B. 2500 km von einem Wind- und Wellenkraftwerk im Nordatlantik bis zur deutschen Küste, einer Geschwindigkeit von 10 kg/h und einer Antriebsleistung von
can become like that. If this energy is fed into the electrical network within two days, a hull according to the invention has an installed power of N = 608 MW.
Furthermore, according to the invention, two flywheel energy stores lying next to one another each have opposite directions of rotation. Due to the opposite rotation of the flywheel rollers of two energy stores each, any gyroscopic moments that may arise cancel each other out and can therefore not be transferred to the hull. In general, two flywheel energy stores per hull are sufficient to drive the watercraft according to the invention, because favorable locations for energy storage are available in the Atlantic. When driving for an energy transporter of z. B. 2500 km from a wind and wave power plant in the North Atlantic to the German coast, a speed of 10 kg / h and a drive power of

j» ,,1j »,, 1

3 M W ist eine Energie für die Hin- und Rückfahrt von3 M W is an energy for the round trip of

2 ■ 2500 · 3
• ~ IO
2 ■ 2500 3
• ~ IO

erforderlich.necessary.

Die Fahrtzeit beträgt dabeiThe travel time is

2■2500
IO -24
2 ■ 2500
IO -24

= 21 Tage.= 21 days.

Die Antriebsenergie des Schiffes, welches entsprechend obiger Rechnung 29 200 MWh transportieren kann, beträgt somit nur etwa 5% der durch die Schwungrad-Energiespeicher mitgeführten Energie.The propulsion energy of the ship, which according to the above calculation transport 29 200 MWh can, is therefore only about 5% of the energy carried by the flywheel energy storage.

Die erfindungsgemäßen Fahrzeuge zur Energie-Gewinnung und -Speicherung können außerdem auch mit Fertigungseinrichtungen ausgestattet werden, die einen hohen Stromverbrauch benötigen, z. B. wäre eine Erzeugung von Aluminium oder SpezialStählen denkbar, wobei die benötigten Rohstoffe aus dem Einsatzort naheliegenden Ländern nur einen kurzen Transportweg hätten.The vehicles according to the invention for energy generation and storage can also with Manufacturing facilities are equipped that require high power consumption, z. B. would be one Production of aluminum or special steels is conceivable, with the required raw materials from the place of use nearby countries would only have a short transport route.

In der Zeichnung wird die Erfindung anhand von schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtIn the drawing, the invention is illustrated by means of schematically reproduced exemplary embodiments explained in more detail. It shows

F i g. 1 ein Wasserfahrzeug mit einem Schiffskörper in der Seitenansicht und mit einer mit Windrotoren und Anlagen zur Nutzung von Sonnenenergie versehenen Plattform,F i g. 1 shows a watercraft with a hull in the side view and with one with wind rotors and Systems for the use of solar energy platform,

F i g. 2 das Wasserfahrzeug nach F i g. 1 in der Draufsicht,F i g. 2 the watercraft according to F i g. 1 in plan view,

F i g. 3 ein Wasserfahrzeug in der Seitenansicht mit Anlagen zur Ausnutzung der Meerwasserwärme, Sonnenstrahlung, Wind- und Wellenenergie,F i g. 3 a side view of a watercraft with systems for utilizing seawater heat, Solar radiation, wind and wave energy,

Fig.4 eine Draufsicht auf das Wasserfahrzeug mit zwei Schiffskörpern entsprechend F i g. 3,4 shows a plan view of the watercraft with two hulls according to FIG. 3,

F i g. 5 das Wasserfahrzeug entsprechend den F i g. 3 und 4 mit in Betriebsstellung befindlichen Anlagen zur Nutzung der Meerwasserwärme,F i g. 5 the watercraft according to the F i g. 3 and 4 with systems in the operating position for Use of sea water heat,

Fig.6 eine weitere Ausführungsform des Wasserfahrzeuges als Floß mit drei Schiffskörpern und einer Vielzahl von Windrotoren und Wellengeneratoren,6 shows a further embodiment of the watercraft as a raft with three hulls and a multitude of wind rotors and wave generators,

Fi g. 7 eine Einbauanordnung von Schwungrad-Energiespeichern in einem Schiffskörper,Fi g. 7 shows an installation arrangement of flywheel energy storage devices in a ship's hull,

Fig.8 ein Schwungrad-Energiespeicher mit geschlitztem Tragkörper und8 shows a flywheel energy storage device with a slotted Support body and

F i g. 9 einen Schnitt entsprechend den Linien IX-IX durch die F i g. 8.F i g. 9 shows a section along the lines IX-IX through FIG. 8th.

Ein erfindungsgemäßes Wasserfahrzeug 1 besteht entsprechend den F i g. 1 und 2 aus einem Schiffskörper 2 und einer den Schiffskörper überdeckenden Plattform 3. Auf der Plattform sind Decksaufbauten 4 mit den für die Schiffsführung notwendigen Räumen und den Unterkünften für die Besatzung. An den Längsseiten der Plattform 3 sind Masten 5 montiert, an deren Spitzen Gondeln 6 mit eingebauten Generatoren angeordnet sind, die von Windrotoren 7 angetrieben werden. Die Gondeln 6 sind auf den Masten 5 in bekannter Weise drehbar gelagert, so daß sie in die jeweilige Windrichtung schwenkbar sind. Die Plattform 3 ist weitgehend mit Solarzellen 8 bedeckt, von denen drei Gruppen in der Fig.2 angedeutet sind. Im Schiffskörper 2 ist der gesamte Laderaum mit Schwungrad-Energiespeichern 10 ausgefüllt, die vorzugsweise vertikal im Schiffsrumpf eingebaut und an ihren oberen Enden mit als Generatoren belreibbaren Moloren 11 verbunden sind. Im Heck des Schiffskörpers 2 befindliche Schwungrad-Energiespeicher 10a dienen über Elektromotoren 12 zum Antrieb einer Schiffsschraube 13. Der Antrieb von in den Schwungrad-Energiespeichern 10 umlaufenden Schwungradwalzen 14 erfolgt entweder von den Generatoren der Windrotoren 7 oder den Solarzellen 8 über die Motoren 11. An Stelle der Solarzellen 8 können auch in bekannter Weise Sonnenkollektoren treten, welche das Sonnenlicht sammeln und mit der erzeugten Wärme eine Flüssigkeil aufheizen, die über eine Dampfturbine einen Generator antreiben, der wiederum die Motoren 11 der Schwungrad-Energiespeicher mit Strom versorgt Die Schwungradwalzen 14 laufen zweckmäßig in einem weilgehend evakuierten Gehäuse und ihr Gewicht wird am oberen Ende durch Magnet-Axiallager ausgeglichen. Mit dieser Anordnung ist es möglich, Laufzeiten der Schwungrad-Energiespeicher von etwa 6 Monaten ohne nennenswerte Drehzahlverluste zu erzielen.A watercraft 1 according to the invention consists according to FIGS. 1 and 2 from one hull 2 and a platform 3 covering the hull of the ship. On the platform are deck superstructures 4 with the for the ship's command and accommodation for the crew. On the long sides of the Platform 3, masts 5 are mounted, at the tips of which gondolas 6 with built-in generators are arranged which are driven by wind rotors 7. The gondolas 6 are on the masts 5 in a known manner rotatably mounted so that they can be pivoted in the respective wind direction. The platform 3 is largely covered with solar cells 8, three groups of which are indicated in FIG. In the hull 2 is the entire hold filled with flywheel energy storage devices 10, which are preferably vertical in the ship's hull installed and connected at their upper ends to Moloren 11 which can be used as generators. Flywheel energy stores 10a located in the stern of the hull 2 are used via electric motors 12 for driving a ship's propeller 13. The drive of the energy storage devices 10 rotating in the flywheel Flywheel rolling 14 takes place either from the generators of the wind rotors 7 or from the solar cells 8 via the motors 11. Instead of the solar cells 8 can Also in a known way solar panels occur, which collect the sunlight and use it with the generated Heat a liquid wedge that drives a generator via a steam turbine, which in turn the motors 11 of the flywheel energy storage device are supplied with electricity. The flywheel rollers 14 are running expedient in a temporarily evacuated housing and its weight is through at the top Magnetic thrust bearings balanced. With this arrangement it is possible to reduce the running times of the flywheel energy storage devices of about 6 months without significant speed losses.

Die in den F i g. 1 und 2 beschriebene Ausführungsform der Erfindung dient mit den dargestellten An- und Einbauten sowohl als Energiesammler als auch als Energietransporter. Die im Verhältnis zur gesamten gespeicherten Energie benötigten geringen Antriebsenergien können noch während der Fahrt vom Einsatzort der Energiegewinnung, z. B. im Atlantik, bis zum Heimathafen laufend ergänzt werden. Im Heimathafen oder an sonstigen geeigneten Anlegestellen geben die Schwungrad-Energiespeicher 10 über die als Generatoren betriebenen Motoren 11 sowie übliche Schalt- und Transformatoranlagen ihre Energie in das elektrische Versorgungsnetz ab. Aufliegende ungenutzte Erdöltanker können mit verhältnismäßig geringen Mitteln in erfindungsgemäße Wasserfahrzeuge 1 umgebaut und somit sinnvoll zur Energiegewinnung und Einsparung von Devisen eingesetzt werden. Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht im Energietransport von Orten mit zukünftigen Groß-Energiegewinnungsanlagen, die sich an für die Energiegewinnung besonders günstigen Standorten der Erde befinden.The in the F i g. 1 and 2 described embodiment of the invention is used with the illustrated and Built-in as an energy collector as well as an energy transporter. The relative to the total stored energy required low drive energies can still be used while driving Location of energy generation, e.g. B. in the Atlantic, to be added to the home port on an ongoing basis. In the home port or at other suitable landing points give the flywheel energy storage 10 via the as Generators operated motors 11 as well as conventional switchgear and transformer systems put their energy into the electrical supply network. Lying unused oil tankers can with relatively low Means converted into watercraft 1 according to the invention and thus useful for energy generation and Saving of foreign currency can be used. Another possible use is in energy transport of places with future large-scale energy generation systems, which are particularly suitable for energy generation favorable locations on earth.

Die Fig.3 bis 5 zeigen ein Wasserfahrzeug la mit zwei Schiffskörpern 2 in Katamarananordnung, die durch eine Plattform 3a überdeckt und miteinander verbunden sind. In der Mitte des Wasserfahrzeugs Xa befinden sich Decksaufbauten 4. Die Schiffskörper 2 dienen gleich denen in den Fig. 1 und 2 zur Aufnahme der Schwungrad-Energiespeicher 10, der Energie-Umformungsanlagen 11 und Antriebsanlagen für die Schiffsschrauben 13. Das Wasserfahrzeug la ist außer mit Windrotoren 7 und Solarzellen oder Sonnenkollektoren 8 auch mit Anlagen zur Nutzung der Meerwasserwärme und der Wellenenergie ausgestattet Zur Ausnutzung der Meerwasserwärme sind Wärmepumpen angeordnet, die in bekannter Weise dem Meerwasser Wärme entziehen, weiche ein Medium aufheizt, das über ein Turbine einen Generator und dieser die Motoren 11 der Schwungrad-Energiespeicher 10 antreibt Die Wärmepumpe arbeitet mit zwei unterschiedlichen Wärmetauschern bzw. Kühlern. Die eine Art sind Wärmetauscher 16, die an Rohren 17 angebracht und über die ganze Plattform verteilt sind. Im Betrieb werden diese Wärmetauscher 16, wie in Fig.5 dargestellt ist, in das warme Oberflächenwasser des Meeres abgesenkt Die andere Art der Wärmetauscher sind bei dieser Betriebsart als Kühler 19 ausgebildet und werden an langen Rohrmasten 20 in tiefere und kühlere Schichten des Meeres abgesenkt.3 to 5 show a watercraft la with two hulls 2 in a catamaran arrangement, which are covered by a platform 3a and connected to one another. In the middle of the watercraft Xa there are deck superstructures 4. The hulls 2 serve the same as those in FIGS Wind rotors 7 and solar cells or solar collectors 8 also equipped with systems for the use of seawater heat and wave energy To utilize the seawater heat, heat pumps are arranged that extract heat from the seawater in a known manner, which heats a medium that uses a turbine to generate a generator and this the motors 11 drives the flywheel energy storage device 10. The heat pump works with two different heat exchangers or coolers. One type are heat exchangers 16, which are attached to pipes 17 and distributed over the entire platform. In operation, these heat exchangers 16 are lowered into the warm surface water of the sea, as shown in FIG.

Wenn zur Ausnutzung größerer Temperaturunterschiede die Kühler 19 weiter herabgesenkl werden sollen, können die Rohrmasten 20 durch Ansatzrohre 21 verlängert werden. Die Rohrmasten 20 können auch, wenn keine Energie durch Ausnutzung der Meerwasserwärme sondern nur durch Ausnutzung des Windes gewonnen werden soll, den Windrotoren 7 als Halterung dienen. Zur Stützung der Rohrmasten 20 und evtl. 21 dienen auf der Plattform 3a aufgebaute brückenartige Fachwerkkonstruktionen 22, auf denen auch bei abgesenkten Rohren 20 entsprechend Fig.3 die Windrotoren 7 verstaut werden können.If the cooler 19 is to be lowered further to take advantage of greater temperature differences, the tubular masts 20 can be extended by extension tubes 21. The tubular masts 20 can also if there is no energy through the use of seawater heat but only through the use of the wind is to be obtained, the wind rotors 7 serve as a holder. To support the tubular masts 20 and possibly 21 are used on the platform 3a built bridge-like truss structures 22 on which The wind rotors 7 can also be stowed away when the tubes 20 are lowered, as shown in FIG.

Das Wasserfahrzeug la kann z.B. zur Ausnutzung hoher Wind- und Wellenenergien im Herbst und Winter im Nordatlantik eingesetzt werden; dieses hat zugleich den Vorteil einer kurzen Fahrtstrecke zum Einsatzort. Dabei kann die Wärmepumpenanlage in einer anderen Form betrieben werden, wenn die Temperaturen des Meerwassers etwa noch 10 bis 15° C und die Lufttemperaturen um Null Grad und darunter liegen. Bei dieser Betriebsart werden die Wärmetauscher 16 nicht ins Meerwasser abgesenkt, sondern dienen als Luftkühler und die Wärmetauscher 19 werden in eine Tiefe der höchsten Wassertemperatur abgesenkt und dienen zur Übertragung der Meerwasserwärme auf das flüssige Medium der Wärmepumpe.The watercraft la can e.g. use high wind and wave energies in autumn and winter be used in the North Atlantic; this also has the advantage of a short drive to the place of use. The heat pump system can be operated in a different form if the temperatures of the Sea water is around 10 to 15 ° C and the air temperatures are around zero degrees and below. In this mode of operation, the heat exchangers 16 are not lowered into the sea water, but serve as Air coolers and heat exchangers 19 are lowered to a depth of the highest water temperature and serve to transfer the seawater heat to the liquid medium of the heat pump.

Zur Ausnutzung der Wellenenergie dienen Wellen-Generatoren 23, die z. B. an den Wärmetauschern 16 angebracht sein können. Die Wellengeneratoren 23 bestehen aus kugel- oder walzenförmigen Schwimmkörpern 24, welche an Enden von drehbar gelagerten Auslegern 25 angebracht sind. Die von Wellen 26 erzeugte Auf- und Abbewegung der Schwimmkörper 24 treibt nicht dargestellte Kolben-Wasserpumpen an, welche Meerwasser in oben in den Rohren 17 angebrachte Wasserbehälter pumpt. Das gleichförmig abströmende Wasser treibt am unteren Ende der Rohre 17 angeordnete Wasserturbinen an, die Generatoren antreiben, die wiederum die Motoren 11 der Schwungrad-Energiespeicher 10 mit Strom versorgen. Durch Einstellen der Rohre 17 können die Wellengeneratoren 23 optimal den Wellenhöhen bzw. Wellenfrequenzen •angepaßt werden.To utilize the wave energy, wave generators 23 are used which, for. B. on the heat exchangers 16 may be appropriate. The wave generators 23 consist of spherical or cylindrical floating bodies 24, which are attached to the ends of rotatably mounted arms 25. Those of waves 26 generated up and down movement of the floating body 24 drives piston water pumps, not shown, which pumps sea water into water tanks mounted in the pipes 17 above. That uniformly Outflowing water drives water turbines arranged at the lower end of the pipes 17, the generators which in turn drive the motors 11 of the flywheel energy storage 10 with power. By adjusting the tubes 17, the wave generators 23 optimally adapted to the wave heights or wave frequencies.

Eine weitere Art eines erfindungsgemäßen Wasserfahrzeuges Xb ist in der Fig. 6 dargestellt. Hier bilden drei Schiffskörper 2, die mit einer Plattform Zb überdeckt sind, ein großes Wind- und Wellenkraftwerk, welches in Gegenden mit hohen Windgeschwindigkeiten stationiert werden kann.Another type of watercraft Xb according to the invention is shown in FIG. Here, three hulls 2, which are covered with a platform Zb , form a large wind and wave power plant which can be stationed in areas with high wind speeds.

Dazu sind auf den äußeren Schiffskörpern zwei Rohrgerüste 28 mit je sechs Windrotoren 7 und auf dem mittleren Schiffskörper ein Rohrgerüst 29 mit acht Windrotoren 7 aufgesetzt. Auf der Plattform 3b sind eine Vielzahl von Wellengeneratoren 23 verteilt. Weiterhin können nach Bedarf Solarzellen oder Sonnenkollektoren sowie Wärmepumpen installiert werden. Die Schiffskörper 2 mit den eingebauten Schwungrad-Energiespeichern können in die Plattform 3b eingefahren werden und werden mit dieser während der Aufladezeit der Schwungrad-Energiespeicher mit bekannten Mitteln verbunden. Nach Beendigung der Speicherung fahren die Schiffskörper 2 wieder aus der Plattform 3b heraus und nehmen Kurs auf ihren Heimathafen. Während der Fahrt können die Windrotoren je nach Windrichtung entweder zur Ergänzung der Antriebs- und Reibungsverluste mitlaufen oder werden zur Widerstandsverringeruhg festgesetzt.For this purpose, two tubular frames 28, each with six wind rotors 7, and a tubular frame 29 with eight wind rotors 7 on the middle hull are placed on the outer hull. A plurality of wave generators 23 are distributed on the platform 3b. Furthermore, solar cells or solar collectors as well as heat pumps can be installed as required. The hulls 2 with the built-in flywheel energy stores can be retracted into the platform 3b and are connected to it by known means during the charging time of the flywheel energy stores. After the storage has ended, the hulls 2 move out of the platform 3b again and set course for their home port. Depending on the wind direction, the wind rotors can either run along while driving to supplement the drive and friction losses or are set to reduce drag.

Ein passender nahe den Nordseehäfen gelegener Einsatzprt für die Fahrzeuge \b könnte z.B. die Orkney-Inseln sein, bei denen die Windgeschwindigkeiten im Jahrensmittel 8,0 m/sec betragen. Hier haben Windkraftwerke z. B. gegenüber Hamburg, wo nur 4,8 m/sec Windgeschwindigkeit im Jahresmittel vorhanden ist, eine etwa 4,6fache Leistung.A fitting close to the North Sea ports situated Einsatzprt for the vehicles \ b could be the Orkney Islands, where the wind speeds in Jahrensmittel 8.0 m / sec be, for example. Here wind power plants z. B. Compared to Hamburg, where the annual mean wind speed is only 4.8 m / sec, this is about 4.6 times the performance.

Bei diesen Windgeschwindigkeiten könnte mit den zwanzig Windrotoren von ca. 60 m Durchmesser und mit Wellengeneratoren, deren Schwimmkörper vonAt these wind speeds, the twenty wind rotors with a diameter of approx. 60 m and with wave generators whose floats are from

ίο insgesamt 20 000 Tonnen Gewicht bei einer mittleren Wellenhöhe von 2 m arbeiten, eine mittlere jährliche Leistung von etwa 150MW erzeugt und gespeichert werden.ίο a total of 20,000 tonnes in weight with a medium one Working wave height of 2 m, an average annual output of around 150MW is generated and stored will.

Eine beispielsweise Einbauanordnung entsprechend Fig. 7 zeigt, daß in einem Schiffskörper 2 in Querrichtung sechs Schwungrad-Energiespeicher 10 vertikal eingebaut werden können. Die Schwungr-adwalzen 14 laufen dabei in weitgehend evakuierten Gehäusen 30, ihr Gewicht wird durch Magnet-Axiallager 31 aufgenommen. Die oberen Lagerwellen sind mit den als Generatoren betreibbaren Motoren 11 verbunden. Je zwei nebeneinanderliegende Schwungradwalzen 14 haben zum Ausgleich von eventuellen Kreiselmomenten entgegengesetzte Drehrichtungen. In einem möglichen Laderaum eines Schiffskörpers 2 von 50 m Breite und 400 m Länge können bei der gezeigten Anordnung 288 Schwungrad-Energiespeicher 10 mit Schwungradwalzen 14 von 7 m Durchmesser und 20 m Länge untergebracht werden.An example of an installation arrangement according to FIG. 7 shows that in a hull 2 in Transverse direction six flywheel energy storage 10 can be installed vertically. The flywheel rollers 14 run in largely evacuated housings 30, their weight is controlled by magnetic axial bearings 31 added. The upper bearing shafts are connected to the motors 11 which can be operated as generators. Two flywheel rollers 14 lying next to one another each have to compensate for any gyroscopic moments opposite directions of rotation. In a possible hold of a hull 2 of 50 m In the arrangement shown 288, flywheel energy storage 10 can also be used in width and 400 m in length Flywheel rollers 14 of 7 m diameter and 20 m length can be accommodated.

Die F i g. 8 und 9 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der für die Erfindung zu verwendenden Schwungradwalzen 14. Zur besseren Darstellung hat die gezeigte Schwungradwalze ein größeres Verhältnis von Außendurchmesser zur Länge als die in der Fig. 7 gezeigten. Die Schwungradwalze 14 besteht aus einem Tragkörper 32 und einer Schwungradwicklung 33. Der Tragkörper 32 besteht in seinem Mittelteil aus einem Hohlzylinder 34, an den an beiden Enden je ein Übergangsteil 35 mit Lagerzapfen 36 angesetzt sind.The F i g. Figures 8 and 9 show a preferred embodiment of those to be used for the invention Flywheel Rollers 14. For the sake of clarity, the flywheel roller shown has a larger ratio of Outside diameter to length than those shown in FIG. The flywheel roller 14 consists of one Support body 32 and a flywheel winding 33. The support body 32 consists in its middle part of a Hollow cylinder 34, to each of which a transition part 35 with bearing journals 36 are attached at both ends.

Die Schwungradwicklung 33 besteht aus mit Kunstharz getränkten Fasergarnen, die auf den metallischen Tragkörper 32 durch ein bekanntes Spulenwickelverfahren aufgewickelt und anschließend, z. B. in einem Autoklaven, ausgehärtet werden. Die gesamte Schwungradwalze 14 hat eine langgestreckte Spulenform mit einer großen Basis für die Lagerzapfen 36. Die Säulenform wird noch dadurch hervorgehoben, daß die Schwungradwicklung 33 etwa nur den zweifachen Durchmesser des Hohlzylinders 34 aufweist.The flywheel winding 33 consists of synthetic resin impregnated fiber yarns on the metallic Support body 32 wound by a known coil winding process and then, for. B. in one Autoclave to be cured. The entire flywheel roller 14 has an elongated coil shape with a large base for the bearing pin 36. The column shape is emphasized by the fact that the Flywheel winding 33 has approximately twice the diameter of the hollow cylinder 34.

Um sämtliche Faserwerkstoffe für die Schwungradwicklung 33, auch solche mit niedrigem Elastizitätsmodul, und unterschiedliche Werkstoffe für die Tragkörper 32 verwenden zu können, ist der Tragkörper mit über den Umfang verteilten Schlitzen 37 versehen. Dadurch werden im Tragkörper 32 die Tangentialspannungen auf Null herabgesetzt und die Radialkräfte der zwischen den Schlitzen 37 verbleibenden Streifen 38 von den inneren Faserwicklungen der Schwungradwicklung 33 aufgenommen, wodurch sich allerdings deren Tangentialspannungen etwas erhöhen. Durch radiale Umwicklungen 39 der Übergangsteile 35 des Tragkörpers 32 mit den für die Schwungradwicklung 33 verwendeten Faserprepregs werden für den Tragkörper 32 die Festigkeitseigenschaften eines ungeschlitzten Hohlkörpers hergestellt Es werden dabei im Betrieb der Schwungradwalze 14 die Querkraft und der Torsionsschub durch das Harz übertragen und die Streifen 38 nehmen die Biegespannungen auf.In order to use all fiber materials for the flywheel winding 33, including those with a low modulus of elasticity, and to be able to use different materials for the support body 32, the support body is about Slits 37 distributed around the circumference. As a result, the tangential stresses in the support body 32 Reduced zero and the radial forces of the remaining between the slots 37 strips 38 of the added inner fiber windings of the flywheel winding 33, whereby, however, their tangential stresses increase something. By radial wraps 39 of the transition parts 35 of the support body 32 with the fiber prepregs used for the flywheel winding 33 are for the support body 32 the Strength properties of an unslotted hollow body During operation of the flywheel roller 14, the transverse force and the torsional thrust are transmitted through the resin and the strips 38 absorb the bending stresses.

Bevorzugte Materialien für die Schwungradwicklung 33 sind Aramidfasern und/oder Kohlenstoffasern. Für die Tränkung und Bindung der Fasern kann Epoxidharz verwendet werden. Für den Tragkörper 32 empfiehlt sich die Verwendung von Metall, vorzugsweise von Stahl, Aluminium oder Titan. Beim Gebrauch eines Werkstoffes mit höherem spezifischen Gewicht, wie z. B. Stahl, entstehen selbstverständlich wesentlich höhere Tangentialspannungen, weshalb die Höchstdrehzahl herabgesetzt werden mußte. Die Wichtigkeit der verwendeten Werkstoffe ist daraus ersichtlich, daß bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Schwungradwalze 14 das Energie-Gewichtsverhältnis bis zu 6fach höher sein kann, als bei einem gleich gestalteten Stahlschwungrad mit hochfesten Stahllamelien.Preferred materials for the flywheel winding 33 are aramid fibers and / or carbon fibers. For the impregnation and binding of the fibers, epoxy resin can be used. For the support body 32 is recommended the use of metal, preferably steel, aluminum or titanium. When using a Material with a higher specific weight, such as. B. steel, of course, arise significantly higher tangential stresses, which is why the maximum speed had to be reduced. The importance the materials used can be seen from the fact that when using a flywheel roller according to the invention 14 the energy-to-weight ratio can be up to 6 times higher than with a similarly designed one Steel flywheel with high-strength steel lamellas.

Bei der Verwendung von Aramidfasern oder auch S-Glas für die Schwungradwicklung 33 kann bei großer Baulänge der Schwungradwalze 14 die kritische Drehzahl weit unterhalb der maximalen Drehzahl liegen. Sollte ein Betrieb im überkritischen Drehzahlbereich nicht möglich sein, werden entsprechend den F i g. 8 und 9 Karbonfaserlagen mit axialer Faserrichtung 41 ringförmig im Bereich der äußeren radialen Wicklungen angeordnet. Durch die Karbonfasern, die einen hohen Ε-Modul haben, wird ein großes Trägheitsmoment erreicht, und zusammen mit dem hohen Ε-Modul eine bessere Biegesteifigkeit. Die zusätzliche Belastung der äußeren radialen Fasern durch die axialen Karbonfasern wirken sich nicht störend aus, weil die Radialspannungen nach außen hin stark abfallen.When using aramid fibers or S-glass for the flywheel winding 33, with large Overall length of the flywheel roller 14, the critical speed well below the maximum speed lie. If operation in the supercritical speed range is not possible, the F i g. 8 and 9 carbon fiber layers with axial fiber direction 41 annular in the area of the outer radial Windings arranged. The carbon fibers, which have a high Ε modulus, create a large moment of inertia achieved, and together with the high Ε module, better flexural rigidity. The additional Loading of the outer radial fibers by the axial carbon fibers do not have a disruptive effect because the Radial stresses drop sharply towards the outside.

ίο Weiterhin kann die Schwungradwalze 14 entweder aus Garnen mit gleichen Fasern oder auch aus Garnen mit Mischfasern gewickelt werden. Untersuchungen einer Schwungradwalze aus einem Mischgarn aus Karbonfasern und Aramidfasern zeigen, daß mit ansteigendem Karbonfaseranteil in den äußeren Wicklungen durch den ansteigenden Ε-Modul auch die mit diesen Fasern häufig angewendeten Epoxidharze verwendet werden können. Dabei wird für den gesamten Schwungrad-Energiespeicher 10 eine noch höhere Energiedichte erzielt.ίο Furthermore, the flywheel roller 14 can either are wound from yarns with the same fibers or from yarns with mixed fibers. Investigations a flywheel roller made of a mixed yarn of carbon fibers and aramid fibers show that with increasing carbon fiber content in the outer windings due to the increasing Ε-module also those with Epoxy resins commonly used in these fibers can be used. For the entire flywheel energy storage 10 achieved an even higher energy density.

Hierzu 5 Blatt ZeichnungenIn addition 5 sheets of drawings

Claims (6)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Wasserfahrzeug zur Umwandlung natürlicher Energien, wie beispielsweise Meerwasserwärme, Sonnenenergie, Wellenenergie, Windenergie, bestehend aus einem oder mehreren miteinander verbundenen Schiffskörpern, auf denen An- und Einbauten zur Umwandlung der natürlichen Energien in elektrische Energie vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß in dem oder den Schiffskörpern (2) zur Energiespeicherung und zum Energietransport eine Vielzahl von Schwungrad-Energiespeichern (10) eingebaut ist und die Schwungrad-Energiespeicher durch angebaute Motoren (11), die auch als Generatoren betreibbar sind, angetrieben werden, wobei die in den Schwungrad-Energiespeichern gespeicherte Energie in einem Hafen mit den als Generatoren betriebenen Motoren in elektrische Energie zurückverwandelt wird.1. Watercraft for converting natural energies, such as seawater heat, Solar energy, wave energy, wind energy, consisting of one or more with each other connected hulls, on which attachments and fixtures for the conversion of natural energies are provided in electrical energy, characterized in that in the or the hulls (2) for energy storage and energy transport a large number of flywheel energy storage devices (10) is built in and the flywheel energy storage is provided by attached motors (11), which can also be operated as generators, are driven, the energy stored in the flywheel energy storage in one The port was converted back into electrical energy with the motors operated as generators will. 2. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungrad-Energiespeicher (10) vertikal in dem oder den Schiffskörpern (2) eingebaut sind und in jedem Schiffskörper mindestens zwei gegenläufig rotierende Schwungrad-Energiespeicher den Strom zum Antrieb einer Schiffsschraube (13) liefern.2. Watercraft according to claim 1, characterized in that the flywheel energy store (10) are installed vertically in the hull or hulls (2) and in each hull at least two counter-rotating flywheel energy storage devices provide electricity to drive one Deliver the propeller (13). 3. Wasserfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungrad-Energiespeicher (10) aus dünnwandigen metallischen, als Hohlzylinder ausgebildeten Tragkörper (32) und einer darauf gewickelten, aus faserverstärktem Kunststoff bestehenden Schwungradwalze (14) bestehen. 3. Watercraft according to claim 1 or 2, characterized in that the flywheel energy store (10) made of thin-walled metallic, designed as a hollow cylinder support body (32) and consist of a flywheel roller (14) wound thereon and made of fiber-reinforced plastic. 4. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungradwalzen (14) in Vakuumgehäusen (30) angeordnet sind und über äußere, mit den Tragkörpern (32) verbundene Lagerzapfen (Magnet-Axiallagern 31) gelagert sowie mit den Motoren (11) verbunden sind.4. Watercraft according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flywheel rollers (14) are arranged in vacuum housings (30) and via outer, with the support bodies (32) connected journals (magnetic axial bearings 31) are stored and connected to the motors (11). 5. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (32) mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mindestens eins ausgebildet ist, an den, vorzugsweise kegelig ausgeführte, die Lagerzapfen (36) tragende Übergangsteile (35) angesetzt sind.5. Watercraft according to one of claims 1 to 3, characterized in that the support body (32) is formed with a length to diameter ratio of at least one, to which, transition parts (35) which are preferably of a conical design and carry the bearing journals (36) are attached. 6. Wasserfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei nebeneinander liegende Schwungrad-Energiespeicher (10) entgegengesetzte Drehrichtung aufweisen.6. Watercraft according to one of claims 1 to 5, characterized in that two each Adjacent flywheel energy storage devices (10) have opposite directions of rotation.
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