FI96795B - Method and apparatus for producing energy from a temperature difference between outdoor air and water - Google Patents
Method and apparatus for producing energy from a temperature difference between outdoor air and water Download PDFInfo
- Publication number
- FI96795B FI96795B FI935572A FI935572A FI96795B FI 96795 B FI96795 B FI 96795B FI 935572 A FI935572 A FI 935572A FI 935572 A FI935572 A FI 935572A FI 96795 B FI96795 B FI 96795B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- water
- plant
- rotation
- blades
- heat exchanger
- Prior art date
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 60
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 24
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000001595 flow curve Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 206010022000 influenza Diseases 0.000 description 1
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor
- F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
- F03D3/0409—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels surrounding the rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/04—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D9/00—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
- F03D9/008—Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations the wind motor being combined with water energy converters, e.g. a water turbine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2210/00—Working fluid
- F05B2210/18—Air and water being simultaneously used as working fluid
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/10—Stators
- F05B2240/13—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines
- F05B2240/131—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines by means of vertical structures, i.e. chimneys
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
- F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
- F05B2260/24—Heat transfer, e.g. cooling for draft enhancement in chimneys, using solar or other heat sources
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Description
9679596795
Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi ulkoilman ja veden lämpötilaerosta Förfarande och anordning för att producera energi frän en temperaturskillnad mellan uteluft och vatten 5Method and apparatus for generating energy from the temperature difference between outdoor air and water Förfarande och anordning för att producera Energi frän en temperaturskillnad mellan uteluft och vatten 5
Keksintö koskee menetelmää ja laitteistoa tyypillisesti veden pinnalla pyöriväksi, veden ja ilman lämpötilaeron ja vaakatuulen hyödyntäväksi sähköntuottotavaksi. Keksinnön kohteena on erityisesti patenttivaatimuk-10 sen 1 johdanto-osan mukainen menetelmä ja patenttivaatimuksen 5 johdanto-osan mukainen laitteisto.The invention relates to a method and apparatus for a method of generating electricity, typically rotating on the surface of water, utilizing the temperature difference between water and air and horizontal wind. The invention relates in particular to a method according to the preamble of claim 10 and an apparatus according to the preamble of claim 5.
Menetelmässä sama laitteisto ottaa talteen sähköä sekä vedellä lämmitetyn ulkoilman ylöspäin suuntautuvasta virtauksesta että tuulesta, jolloin 15 laite toimii pystyakselisena tuulimyllynä. Lämmön käyttö pystyvirtauksen aikaansaamiseksi tunnetaan pystytuulivoimalana. Vaakatuulen sekä pysty-tuulen talteen ottavaa voimalaa kutsutaan ohessa yhdistetyksi tuulivoimalaksi .In the method, the same equipment recovers electricity from both the upward flow of water-heated outdoor air and wind, whereby the device acts as a vertical axis windmill. The use of heat to provide vertical flow is known as vertical wind power. A power plant that recovers horizontal wind and vertical wind is called a combined wind power plant.
20 Voimala tai sen osa pyörii veden pinnalla ponttonin kannattamana. Pönttöni muodostaa samalla laakeroinnin, joka sopii sekä pysty- että vaaka-tuulivoimalalle. Sähkön talteenotto pyörivästä liikkeestä on tunnettua.20 A power plant or part of it rotates on the surface of the water supported by a pontoon. At the same time, my bowl forms a bearing that is suitable for both vertical and horizontal wind power. The recovery of electricity from a rotating motion is known.
Ulkoilmaa on edullista lämmittää vedellä käyttäen lappoilmiöön perustuvaa 25 lämmönsiirrintä. Tällöin ilmanpaine nostaa veden korkeintaan n. 10 m:n . korkeudelle putkistoon. Veden virtaus lämmönsiirtimen putkissa saadaan aikaan pyörimisliikettä hyödyntäen. Menetelmässä voidaan käyttää myös hyödyllisyysmallihakemuksen U930372 mukaista lämmönsiirrintä, jossa ilma käy vedenpinnan alapuolella esim. ponttonin sisällä.It is advantageous to heat the outdoor air with water using a heat exchanger based on the flap effect. In this case, the air pressure raises the water by a maximum of approx. 10 m. to the height of the piping. The flow of water in the heat exchanger tubes is achieved by utilizing a rotational motion. The method can also use a heat exchanger according to utility model application U930372, in which the air goes below the water surface, e.g. inside a pontoon.
3030
Menetelmä on tarpeen haluttaessa tehdä edullisesti sähköä tuulesta ja/tai ; pystytuulesta. Pystytuulivoimalassa tarvittava suuri ilmamäärä lämmite- ’ tään menetelmän mukaisella siirtimellä edullisesti. Lämpimän ilman nousu ylös tunnetaan myös savupiippuvaikutuksena.The method is necessary if it is desired to advantageously generate electricity from wind and / or; vertical wind. The large amount of air required in a vertical wind power plant is preferably heated by a conveyor according to the method. The rise of warm air is also known as the chimney effect.
Kiinteästi seisova pystytuulivoimala on rakennettu ainakin Espanjaan. Tarvittava suuri lämpömäärä tuotetaan valoa läpäisevän katteen avulla auringon lämmittäessä maata ja maan edelleen ilmaa. Kate maksaa jopa 70 % 35 2 96795 voimalan hinnasta. Katetta tulee paljon koska auringon teho on pieni, max. 1 kW/m2. Parhaillakin alueilla keskimäärin vain 200 W/m2. Menetelmällä on kuitenkin raportoitu saatavan edullisesti sähköä (60 p/kWh).A fixed stationary wind farm has been built at least in Spain. The large amount of heat required is produced by a light-transmitting cover as the sun warms the earth and the earth continues to air. Kate pays up to 70% of the price of 35 2 96795 power plants. There is a lot of coverage because the solar power is small, max. 1 kW / m2. Even in the best areas, the average is only 200 W / m2. However, the method has been reported to provide low electricity (60 p / kWh).
5 Pystytuulivoimaloista ja niihin liittyvistä lisäpiirteistä on runsaasti patenttihakemuksia kuten: US 4 275 309, US 3 936 652, GB 2 081 390, GB 2 055 980, DE 3 107 252, DE 3 006 702, DE 2 402 647 10There are many patent applications for vertical wind turbines and related additional features, such as: US 4,275,309, US 3,936,652, GB 2,081,390, GB 2,055,980, DE 3,107,252, DE 3,006,702, DE 2,402,647 10
Vastaavaa tekniikkaa käytetään kiinteänä voimalaitosten lauhdutustor-neissa. Tyypillinen korkeus on tuolloin 150 m. Täysin kaupallista tekniikkaa on käytössä tuulimyllyissä, vaaka- ja pystyakselisissa. Hakemuksessa SF 790 746 esitetään pystyakselinen tuulimylly hyvin.A similar technology is used as a fixed in the condensing towers of power plants. The typical height at that time is 150 m. Fully commercial technology is used in windmills, horizontal and vertical axes. The application SF 790 746 presents a vertical axis windmill well.
1515
Keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa ja keksinnön mukaiselle laitteistolle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkiosassa.The method according to the invention is mainly characterized by what is stated in the characterizing part of claim 1 and the apparatus according to the invention is mainly characterized by what is stated in the characterizing part of claim 5.
2020
Energian säästöllä on eniten merkitystä silloin, kun energian kulutus on suurin. Suomessa ei tuolloin paista eikä tuule merkittävästi - valitettavasti .Energy saving is most important when energy consumption is highest. In Finland, there is no significant shine or wind at that time - unfortunately.
• 25 Ilman ominaisuudet lämpövoimakoneen kiertoaineena kylmissä oloissa ovat kolmanneksen edullisemmat kuin lämpimissä. Menetelmä toimii parhaiten pakkasessa.• 25 The properties of air as a circulating medium for a thermal power plant in cold conditions are one third cheaper than in warm ones. The method works best in the cold.
Suurissa vesimassoissa kuten merissä, järvissä ja joissa on varastoi-30 tuneena lähes rajattomasti energiaa pakkasilman lämmittämiseksi. Teollisuusmaissa syntyy myös sähköntuotannon lauhdelämpöä ja muuta hukka-lämpöä .In large bodies of water such as the Seas, lakes, and those that store-30 hours, there is almost unlimited energy to heat the frozen air. Condensed heat and other waste heat from electricity production are also generated in industrialized countries.
Lauhdeveden (15 CEL) ja pakkasilman (-25 CEL) lämpötilaerolla (40 CEL) 35 ilma lämpenee yli 30 CEL. Espanjan koevoimalassa ilma lämpeni auringolla n. 20 CEL. Myös luonnonvesi on aina muutamia plusasteita. Vedellä on siisWith a temperature difference (40 CEL) of condensed water (15 CEL) and frozen air (-25 CEL) 35, the air heats up above 30 CEL. At the Spanish test plant, the air was warmed by the sun at about 20 CEL. Also, natural water is always a few plus degrees. So water has
IIII
96795 3 lämmitettävissä pakkasilmaa lähes rajatta pystytuulivoimaloiden energian lähteeksi.96795 3 Heated antifreeze with almost no limit as a source of energy for vertical wind turbines.
Keksinnön sisältö, yhdistetty tuulivoimala on uudentyyppinen sähkön-5 tuottotapa, joka hyödyntää uusiutuvia energioita aiempaa edullisemmin. Suurin teho pystytuulesta saadaan energiantarpeen ollessa suurimmillaan eli pakkasella. Sama laitteisto voi hyödyntää vaakatuulta, kun tuulee. Voimalan voi laakeroida veteen.Content of the invention, a combined wind power plant is a new type of electricity-5 production method that utilizes renewable energies more advantageously than before. The maximum power from the vertical wind is obtained when the energy demand is at its maximum, ie in the cold. The same equipment can take advantage of horizontal winds when windy. The power plant can be mounted in water.
10 Keksintö sisältää myös lämmönsiirtimen suuren lämpötehon siirtämiseksi vedestä ilmaan edullisesti ja varmatoimisesti. Tarvittava lämpöteho pystytuulivoimalalle on luokkaa 1000 MW. Veden nosto putkiin kannattaa toteuttaa lappo-ilmiöllä, jolloin veden potentiaalienergia pysyy tallessa. Virtaus vesiputkissa ylläpidetään laitteen pyörimisen aiheutta-15 millä voimilla ja jäähtyvän veden tiheyden kasvulla.The invention also includes a heat exchanger for transferring high heat output from water to air in an advantageous and reliable manner. The required thermal power for a vertical wind power plant is of the order of 1000 MW. It is advisable to lift the water into the pipes with the lappo effect, in which case the potential energy of the water is preserved. The flow in the water pipes is maintained by the forces caused by the rotation of the device and by the increase in the density of the cooling water.
Pyörivä liike saadaan aikaan yksinkertaisin siivin hyvällä aerodynaamisella hyötysuhteella. Keskipakoispuhaltimella saadaan tyypillisesti 80 % :n hyötysuhde. Vapaassa tuulessa pyörivissä tuulimyllyissä hyötysuhde 20 lienee alle 50 %. Ero selittyy puhaltimen vaipalla.Rotational motion is achieved with the simplest blades with good aerodynamic efficiency. A centrifugal fan typically provides an efficiency of 80%. In windmills rotating in free wind, the efficiency 20 is probably less than 50%. The difference is explained by the fan shroud.
Kun koko laitteisto pyörii vedessä ei tarvita välttämättä erillistä tuuliturbiinia. Sähkö saadaan talteen jarruttamalla pyörimistä generaattoreilla.When the whole equipment is running in water, a separate wind turbine is not necessarily needed. Electricity is recovered by braking the rotation with the generators.
• 25• 25
Edullinen tapa tehdä sähköä veden/ulkoilman lämpötilaerosta sekä/tai tuulesta on käyttää menetelmää ja laitteistoa, jollainen on määritelty suoj avaatimuksen tunnusmerkkiosassa.The preferred way to generate electricity from the water / outdoor temperature difference and / or wind is to use a method and equipment as defined in the characterization part of the protection claim.
30 Keksinnön tärkeimmät edut ovat: ' - että menetelmässä ei tarvita kallista kerääjää.The main advantages of the invention are: - that the method does not require an expensive collector.
- että menetelmä tuottaa tehoa pakkaspäivänä 24 h/vrk.- that the method produces power on a frosty day 24 hours a day.
- että lämpötilaeroa on käytettävissä lähes rajatta kylmissä maissa silloin, kun kulutus on suurin.- that the temperature difference is available almost indefinitely in cold countries when consumption is highest.
35 - että keksinnön mukainen lämmönsiirrin siirtää tehokkaasti suuria lämpömääriä.35 - that the heat exchanger according to the invention efficiently transfers large amounts of heat.
4 96795 - että pyörintä ehkäisee muuten mahdolliset jäätymis- ja roskien kerääntymisongelmat.4 96795 - that the rotation otherwise prevents possible problems of freezing and debris accumulation.
- että sama laitteisto ottaa talteen myös vaakatuulen.- that the same equipment also recovers the horizontal wind.
- että voimala tai sen osa pyörii, jolloin sähkö voidaan ottaa 5 talteen ilman tuuliturbiineja.- that the power plant or part of it rotates, so that electricity can be recovered 5 without wind turbines.
- että menetelmällä voidaan tehdä sähköä myös trooppisten merien lämpövarastosta - erityisesti yöllä.- that the method can also generate electricity from the thermal storage of tropical seas - especially at night.
Edullisia sijoituspaikkoja ovat hukka- ja lauhdelämmön purkupaikat kuten 10 ydinvoimalat ja mahdollisimman kylmät, avoimen meren ranta-alueet.Preferred locations include wasted and condensing heat discharges such as 10 nuclear power plants and the coldest possible offshore coastal areas.
Pystytuulen tuotto on verrannollinen voimalan pystyhormin pinta-alaan (dA2). Tuotto on verrannollinen myös korkeus potenssiin 1,5 (hA3/2).The output of the vertical wind is proportional to the area of the power plant's vertical flue (dA2). The yield is also proportional to the height to the power of 1.5 (hA3 / 2).
Hankintahinta on verrannollinen vaipan pinta-alaan (d*h). Optimaalinen 15 voimala olisi mahdollisimman suuri, koska tuotto kasvaa jyrkemmin kuin vaipan rakenteet. Rajoituksen aiheuttaa lappoilmiö. Lämmönsiirtimen ja siten ilman sisäänmenon suurin korkeus vedenpinnasta on alle kymmenen metriä. Optimaalinen virtausnopeus riippuu tornin korkeudesta.The purchase price is proportional to the surface area of the jacket (d * h). The optimal 15 power plant would be as large as possible because the yield increases steeper than the jacket structures. The restriction is caused by the lapp phenomenon. The maximum height of the heat exchanger and thus the air inlet above the water surface is less than ten meters. The optimal flow rate depends on the height of the tower.
20 Hyötysuhde on verrannollinen korkeuteen jaettuna ulkolämpötilalla ja ominaislämmöllä. Termodynaaminen hyötysuhde eli saatu sähkö kulutetulla lämmöllä jaettuna, on vain muutama prosentti. Lämmön on oltava ilmaista. Normaalin tuulen "hyötysuhde" on vieläkin heikompi.20 The efficiency is proportional to the height divided by the outdoor temperature and the specific heat. The thermodynamic efficiency, i.e. the electricity obtained divided by the heat consumed, is only a few percent. The heat must be free. The "efficiency" of normal wind is even lower.
: 25 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti oheisiin piirus tuksiin viittaamalla.: 25 The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Kuva 1 esittää keksinnön mukaista vedessä pyörivää pystytuulivoimalaa sivulta katsottuna, osin leikattuna.Figure 1 shows a side view of a water-rotating vertical wind turbine according to the invention, partly in section.
3030
Kuva 2 esittää osaa keksinnön mukaisesta vedessä kelluvan pystytuuli-voimalan ponttonista ja lämmönsiirtimestä sivulta katsottuna, rakenne osin leikattuna.Figure 2 shows a part of a pontoon and a heat exchanger of a floating vertical wind power plant according to the invention, seen from the side, the structure partly in section.
I! 5 96795I! 5,96795
Kuva 3 esittää yksinkertaista keksinnön mukaista vedessä kelluvaa, yhdistettyä tuulivoimalaa päältä katsottuna, vaakatuulta hyödyntävässä asennossa.Figure 3 shows a simple water-floating, combined wind turbine according to the invention, viewed from above, in a position utilizing a horizontal wind.
5 Kuva 4 esittää keksinnön mukaista yhdistettyä voimalaa sivulta katsottuna. Vaakatuuli otetaan talteen jatkuvasti purjeen tapaisin siivin.Figure 4 shows a side view of a combined power plant according to the invention. The horizontal wind is continuously recovered like a sail with wings.
Kuvan 1 mukainen pystytuulivoimala pyörii vedessä 1 renkaan muotoisen ponttonin 2 varassa. Ulkoilma 3 imeytyy sisään voimalan alaosasta ja 10 poistuu korkean hormiosan 4 kautta ylhäältä. Hormi on muotoiltu siten, että painetta kuluu vähän virtausvastuksiin. Alaosassa nopeus kiihtyy vähitellen ja yläosassa laajennusosa muuttaa nopeuden takaisin staattiseksi paineeksi.The vertical wind power plant according to Figure 1 rotates in water 1 on an annular pontoon 2. Outdoor air 3 is sucked in from the lower part of the power plant and 10 exits through the high flue part 4 from above. The flue is shaped so that little pressure is applied to the flow resistors. At the bottom, the speed gradually accelerates and at the top, the expansion section changes the speed back to static pressure.
15 Lämmönsiirtimen 5 läpi kulkenut ilma saavuttaa lähes veden lämpötilan. Imun saa aikaan savupiippuvaikutus. Lämmennyt ilma pyrkii nousemaan ympäristöään kevyempänä ylös. Ponttonin päällä olevat siivet 6 kääntävät ilmavirran suuntaa ja saavat voimalan pyörimään.15 The air passing through the heat exchanger 5 almost reaches the water temperature. Suction is caused by a chimney effect. Warmed air tends to rise up lighter than its surroundings. The wings 6 on top of the pontoon reverse the direction of the air flow and cause the power plant to rotate.
20 Siipien suunnittelua koskevat samat perusteet kuin puhallinsiipien suunnittelua. Saattaa olla tarkoituksenmukaista käyttää esimerkiksi johtosiipiä ennen ponttonin mukana pyöriviä puhallinsiipiä (FI 790746).20 The same criteria apply to the design of the blades as to the design of the fan blades. It may be appropriate, for example, to use guide wings before fan blades rotating with the pontoon (FI 790746).
Pyörintää voi hyödyntää sekä sähkön tuotannossa että lämmönsiirrossa.Rotation can be utilized in both electricity generation and heat transfer.
: 25 Sähköä voidaan tehdä generaattoreilla 7, jotka samalla pitävät raken nelman paikallaan. Tämä generaattorien paikka on huollon kannalta edullinen.: 25 Electricity can be generated by generators 7, which at the same time hold the structure in place. This location of the generators is advantageous for maintenance.
Ilman sisäänoton päälle on hyvä asentaa katos 8, joka estää lumen jou-30 tumasta lämmönsiirtimeen.It is good to install a canopy 8 on top of the air intake, which prevents the snow jou-30 from entering the heat exchanger.
Kuvassa 2 on esitetty miten lämmönsiirrin 5 koostuu vesiputkista 10 ja niihin liittyvistä lämpöä johtavista rivoista 9. Vesi nousee jakoput-kistoon 11 ilmanpaineen johdosta keskellä olevan nousuputken kautta, kun 35 putkistosta poistetaan ilmaa kohdasta 12.Figure 2 shows how the heat exchanger 5 consists of water pipes 10 and associated heat-conducting fins 9. Water rises to the manifold 11 due to air pressure through a central riser when 35 air is removed from the piping at point 12.
6 967956 96795
Veden virtauksen saa aikaan ponttonin tai koko rakennelman pyörimisestä aiheutuvat voimat. Näitä ovat keskipakoisvoima, joka kuvan putkessa 11 aiheuttaa virtauksen keskeltä kohti lämmönsiirrintä.The flow of water is caused by the forces caused by the rotation of the pontoon or the whole structure. These are the centrifugal force which in the tube 11 of the figure causes a flow from the center towards the heat exchanger.
5 Virtaus aikaansaadaan myös käyttämättä keskellä olevaa nousuputkea 16, suuntaamalla vettä nostava putki vastavirtaan ja poistoputki myötävirtaan kohdassa 13.5 The flow is also provided without using the middle riser 16, by directing the water-raising pipe upstream and the outlet pipe downstream at 13.
Veden virtausnopeus mitoitetaan valitsemalla putken virtaushäviöiden 10 suuruus ja lämmönsiirtimen pyörimisnopeus halutuiksi. Myös keskipakoisvoimalla aikaansaatua virtausta tehostaa lämmönsiirtimestä palaavan putken suuntaaminen myötävirtaan kuten kohdassa 13. Veden jäähtyminen lämmönsiirtimessä 5 lisää myös virtausta, sillä viileä vesi painaa enemmän kuin lämmin.The water flow rate is dimensioned by selecting the magnitude of the flow losses 10 of the pipe and the rotational speed of the heat exchanger as desired. The flow generated by the centrifugal force is also enhanced by directing the pipe returning from the heat exchanger downstream as in point 13. Cooling of the water in the heat exchanger 5 also increases the flow, as cool water weighs more than warm water.
15 Lämmönsiirtoa voi tehostaa johtamalla ilma vesisuihkujen 14 läpi, joissa lämpöä siirtyy tehokkaasti vedestä ilmaan. Vesisuihkuja käytettäessä lappoidea ei toimi vaan veden potentiaalienergia menetetään. Pienien lämpötilaerojen kyseessä ollen menetys saattaa olla kymmeniä prosentteja 20 talteen saadusta sähköstä.15 Heat transfer can be enhanced by passing air through water jets 14 where heat is efficiently transferred from water to air. When using water jets, the lapa idea does not work and the potential energy of the water is lost. In the case of small temperature differences, the loss may be tens of percent of the 20 electricity recovered.
Pyörimisliikkeestä voidaan ottaa sähkö talteen generaattorilla myös kohdassa 15, jossa paikallaan pysyvä nousuputki 16 on laakeroitu pyörivään rakennelmaan.Electricity can also be recovered from the rotational movement by a generator at point 15, where the stationary riser 16 is mounted on the rotating structure.
: 25: 25
Nousuputki 16 pysyy paikallaan pohjaan ankkuroituna tangoilla 17, joiden kautta on mahdollista järjestää mm. sähkön syöttö verkkoon.The riser 16 remains in place anchored to the bottom by rods 17, through which it is possible to arrange e.g. power supply to the grid.
Ulkopuoliset generaattorien paikat, joista energia voidaan myös ottaa 30 talteen ja ankkurointi suorittaa on merkitty numerolla 18. Kohdan 18 lähelle tarvitaan tällöin jokin paikallaan pysyvä rakenne.The external locations of the generators from which the energy can also be recovered and the anchoring is carried out are marked with the number 18. In this case, a stationary structure is required near the point 18.
Pyörivä liike ja lämmönsiirtimestä palaava vesi kohdassa 13 saa aikaan veden virtauksen voimalasta poispäin. Samalla jäätymisalttius pienenee, 35 kun virtaus tuo uutta vettä siirtimen alta jäähdytettäväksi.The rotating motion and the water returning from the heat exchanger at point 13 cause the water to flow away from the power plant. At the same time, the susceptibility to freezing decreases as the flow brings new water under the converter for cooling.
Il 7 96795Il 7 96795
Mahdollista hukka / lauhdelämpöä ohjataan voimalan alle tai suoraan nousuputkeen 16. Käytännössä esim. ydinvoimalan lauhdeputkea ja nousu-putkea ei voi liittää yhteen. Lauhteen on päästävä purkautumaan myös pystytuulivoimalan huollon aikana.Any waste / condensate heat is directed under the power plant or directly to the riser 16. In practice, for example, the condenser pipe and the riser pipe of a nuclear power plant cannot be connected together. Condensate must also be able to discharge during maintenance of the vertical wind turbine.
55
Kuvassa 3 on esitetty yksinkertaistetusti, miten pystytuulivoimalassa tarpeellinen hormi voi muodostua pystyakselisen tuulimyllyn siivistä 19, jotka ovat vuoroin hormina ja vuoroin tuulimyllyn siipenä. Siivet voivat liikkua katokseen 8 ja sen alla olevaan lämmönsiirtimeen tukeutuen. 10 Generaattori on merkitty 7:llä.Figure 3 shows in a simplified manner how the flue required in a vertical wind power plant can be formed by the blades 19 of a vertical axis windmill, which are alternately as flues and alternately as a windmill blade. The wings can move based on the canopy 8 and the heat exchanger below it. 10 The generator is marked with 7.
Kovalla myrskyllä siivet vetäytyvät hormiasentoon estäen laitteita rikkoontumasta liiasta tuulen voimasta.During a severe storm, the wings retract to the flue position, preventing equipment from breaking due to excessive wind force.
15 Kuvan 4 mukaisesti siipi voi olla myös purjemainen. Hormin 4 ollessa kiinteä, sen kyljestä voi avautua myötätuuliosalla purjemainen siipi 20. Ratkaisu soveltuu erityisesti hitaasti pyörivään voimalaan, jolloin purjeen on mahdollista jarruttaa merkittävästi tuulta.15 As shown in Figure 4, the wing may also be sail-like. When the flue 4 is fixed, a sail-like wing 20 can open on its side with the downwind part. The solution is especially suitable for a slowly rotating power plant, whereby it is possible for the sail to brake the wind significantly.
20 Tyypillinen laitos on 150 m korkea. Mitoitetaan laitos 25 CEL:n ilman lämpötilan nousulle (-23 CEL > +2 CEL). Tämä on saavutettavissa ilman lauhdelämpöä. Hormin imu on 200 Pa (tiheysmuutos * painovoimavakio * korkeus). Olkoon mitoitusilmavirta 30000 m3/s (1000 MW).20 A typical facility is 150 m high. The plant is dimensioned for an air temperature rise of 25 CEL (-23 CEL> +2 CEL). This is achievable without condensing heat. The suction of the flue is 200 Pa (density change * gravity constant * height). Let the design air flow be 30,000 m3 / s (1000 MW).
; 25 Halkaisijan on oltava runsas 100 m, jotta nopeus ja painehäviö pysyvät kohtuullisina ilman sisäänmenossa ja ulostulossa. Sisäänmenon korkeus rajoittuu vajaaseen 10 m:iin vedenpinnan päällä laposta johtuen. Lisänä voidaan käyttää ilman kierrätystä ponttonin sisällä vedenpinnan alapuolella.; 25 The diameter must be more than 100 m in order for the speed and pressure drop to remain reasonable at the air inlet and outlet. The height of the entrance is limited to less than 10 m above the water surface due to the blade. In addition, air can be used inside the pontoon below the water surface.
3030
Tehopotentiaali on 6 MW (30000 m3/s * 200 Pa). Varataan häviöille pessimistisesti puolet (50 %), jolloin nettosähköteho on 3 MW. Suomen rannikolla huipputehon pysyvyys on noin 4500 h/v, joten esimerkin pysty tuulivoimala tuottaa vuodessa 13500 MWh energiaa. Energian arvo sähkön 35 hinnalla 20 p/kWh on 2,7 Mmk/v. Vaakatuulesta saatavalla energialla on 8 96795 merkitystä erityisesti kun lämpötilaeroa ei ole, eli kesällä. Vaakatuulen vuosituotto on selvästi pystytuulta pienempi.The power potential is 6 MW (30,000 m3 / s * 200 Pa). Pessimistically half (50%) is set aside for losses, resulting in a net electrical power of 3 MW. On the Finnish coast, the stability of peak power is about 4,500 h / year, so an example wind power plant produces 13,500 MWh of energy per year. The value of energy at the price of electricity 35 of 20 p / kWh is FIM 2.7 million / year. The energy obtained from horizontal wind is 8 96795, especially when there is no temperature difference, ie in summer. The annual return of the horizontal wind is clearly lower than the vertical wind.
Ponttonin pyörimisen tehohäviö voidaan arvioida putkivirtauksen avulla. 5 Ajatellaan ponttonin olevan putki, jonka sisältämä vesimäärä painaa saman verran kuin veden päällä olevat rakenteet. Tyypillisessä laitoksessa (h-150 m) kokonaispaino on luokkaa 2000 tn. Ajateltu putki olisi halkaisijaltaan 2 m. Putkivirtauskäyristä saadaan putken sisäpuoliselle 3 m/s virtaukselle 0,02 kPa/m:n kitkahäviö. Ponttonin koko pituus on 450 m, 10 joten koko pyörimishäviö on n.10 kW (pituus * kitkahäviö). Häviö on alle prosentin tehosta. Pienen häviön selittää se, että pönttöni ei syrjäytä vettä.The power dissipation of the rotation of a pontoon can be estimated by means of pipe flow. 5 Suppose a pontoon is a pipe whose amount of water weighs as much as the structures on the water. In a typical plant (h-150 m) the total weight is of the order of 2000 tn. The imagined pipe would be 2 m in diameter. From the pipe flow curves, a friction loss of 0.02 kPa / m is obtained for a flow of 3 m / s inside the pipe. The total length of the pontoon is 450 m, 10 so the total rotation loss is approx. 10 kW (length * friction loss). The loss is less than one percent of the power. The small loss is explained by the fact that my bowl does not displace water.
Ponttonin kehänopeudella 3 m/s saadaan syntymään dynaamista painetta n. 10 15 kPa. Keskipakoisvoiman aiheuttama paine on tätä pienempi. Pumppaukseen tarvitaan painetta kokemusperäisesti 50 Pa/m, yhteensä 1,2 kPa (50 Pa/m * 24 m) yhtä lapposilmukkaa kohden (—pinnalta 8 m korkealle + 8 m sivulle + takaisin veteen). Tyypillisessä laitoksessa (h-150 m) kokonaisvesivirta on 30 m3/s. Pumppausteho on 36 kW (1,2 kPa * 30 m3/s) . Tämä on runsaan 20 prosentin tehohäviö.At a pontoon circumferential speed of 3 m / s, a dynamic pressure of approx. 10 15 kPa is generated. The pressure caused by the centrifugal force is lower than this. Pumping requires experiential pressure of 50 Pa / m, a total of 1.2 kPa (50 Pa / m * 24 m) per flap loop (—from 8 m high + 8 m sideways + back to water). In a typical plant (h-150 m) the total water flow is 30 m3 / s. The pumping capacity is 36 kW (1.2 kPa * 30 m3 / s). This is a power loss of just over 20 percent.
Alan ammattilaiselle on selvää, että siipien 6, 19, 20 ja vesiputkien 10,11,16 määrä/sijainti, sekä tornin/ ponttonin muoto voi olla erilainen.It will be clear to a person skilled in the art that the number / location of the wings 6, 19, 20 and the water pipes 10,11,16, as well as the shape of the tower / pontoon may be different.
: 25: 25
Erikoistapauksissa siivet voidaan laakeroida esimerkiksi kiskon avulla. Hormi voidaan rakentaa kiinteäksi ja antaa lämmönsiirtimen pyöriä vedessä .In special cases, the wings can be mounted, for example, by means of a rail. The flue can be built fixed and allow the heat exchanger to rotate in the water.
30 Tilapäisesti voidaan tehdä suuriakin tehoja polttamalla voimalan sisällä mitä tahansa polttoainetta.30 Even high power can be made temporarily by burning any fuel inside the power plant.
Keksintö ei rajoitu kuvien esimerkkeihin, vaan voi vaihdella jäljempänä esitettävien vaatimusten rajoissa.The invention is not limited to the examples of the figures, but may vary within the scope of the claims set out below.
IIII
3535
Claims (9)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI935572A FI96795C (en) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | Method and apparatus for generating energy from the temperature difference between outdoor air and water |
PCT/FI1994/000559 WO1995016858A1 (en) | 1993-12-13 | 1994-12-09 | Procedure and apparatus for producing energy from temperature difference of open air and water |
EP95903355A EP0832355A1 (en) | 1993-12-13 | 1994-12-09 | Procedure and apparatus for producing energy from temperature difference of open air and water |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI935572 | 1993-12-13 | ||
FI935572A FI96795C (en) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | Method and apparatus for generating energy from the temperature difference between outdoor air and water |
Publications (4)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI935572A0 FI935572A0 (en) | 1993-12-13 |
FI935572A FI935572A (en) | 1995-06-14 |
FI96795B true FI96795B (en) | 1996-05-15 |
FI96795C FI96795C (en) | 1996-08-26 |
Family
ID=8539116
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI935572A FI96795C (en) | 1993-12-13 | 1993-12-13 | Method and apparatus for generating energy from the temperature difference between outdoor air and water |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0832355A1 (en) |
FI (1) | FI96795C (en) |
WO (1) | WO1995016858A1 (en) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10193399D2 (en) * | 2000-08-16 | 2003-07-03 | Herbert Jenner | Wind turbine with chimney effect |
WO2003025395A1 (en) * | 2001-09-19 | 2003-03-27 | Louis Marc Michaud | Atmospheric vortex engine |
US7938615B2 (en) | 2003-09-11 | 2011-05-10 | Louis Michaud | Enhanced vortex engine |
DE10350404A1 (en) * | 2003-10-28 | 2005-06-02 | Forschungszentrum Jülich GmbH | landscape roof |
WO2009060245A1 (en) * | 2007-11-09 | 2009-05-14 | Neven Ninic | Solar power plant with short diffuser |
GB2489203B (en) * | 2011-03-14 | 2013-05-15 | Simon James Flatt | Convection turbine renewable energy converter |
DE102014001114B3 (en) * | 2014-01-28 | 2015-06-11 | Franz Hegele | Aufwindkraftwerk / Aufwindzentrifuge |
US9097241B1 (en) | 2014-10-02 | 2015-08-04 | Hollick Solar Systems Limited | Transpired solar collector chimney tower |
CN105165472B (en) * | 2015-09-15 | 2018-04-20 | 戚荣生 | The sightseeing greenhouse of solar heat air-flow vertical axis power generation |
CN105134499B (en) * | 2015-09-15 | 2018-04-20 | 戚荣生 | The noise reduction air intake duct of solar heat air-flow vertical axis power generation |
CN105156275B (en) * | 2015-09-15 | 2018-08-10 | 戚荣生 | The mute air intake duct of solar heat air-flow vertical axis power generation |
US10378509B2 (en) | 2017-10-06 | 2019-08-13 | Iap, Inc. | Turbine rotor for redirecting fluid flow including sinuously shaped blades and a solid conical center core |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3936652A (en) * | 1974-03-18 | 1976-02-03 | Levine Steven K | Power system |
ES8301330A1 (en) * | 1980-07-24 | 1982-12-01 | Central Energetic Ciclonic | System for the obtaining of energy by fluid flows resembling a natural cyclone or anti-cyclone |
DE3636248A1 (en) * | 1986-10-24 | 1988-05-05 | Eggert Buelk | Solar chimney power station |
IN181811B (en) * | 1993-03-11 | 1998-10-03 | Daya Ranjit Senanayake |
-
1993
- 1993-12-13 FI FI935572A patent/FI96795C/en active
-
1994
- 1994-12-09 WO PCT/FI1994/000559 patent/WO1995016858A1/en not_active Application Discontinuation
- 1994-12-09 EP EP95903355A patent/EP0832355A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO1995016858A1 (en) | 1995-06-22 |
FI96795C (en) | 1996-08-26 |
FI935572A0 (en) | 1993-12-13 |
FI935572A (en) | 1995-06-14 |
EP0832355A1 (en) | 1998-04-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5694774A (en) | Solar energy powerplant | |
US5983634A (en) | Solar energy powerplant with mobile reflector walls | |
US8043499B2 (en) | Portable and autonomous desalination system | |
US8875511B2 (en) | Geothermal wind system | |
FI96795B (en) | Method and apparatus for producing energy from a temperature difference between outdoor air and water | |
AU2007280978B2 (en) | Ducted atmospheric vortex engine | |
JP2004528509A (en) | Collecting wind power generation method and its equipment | |
US20100171314A1 (en) | Vertically Oriented Wind Tower Generator | |
GB2261705A (en) | Air flow generating apparatus | |
CN201583155U (en) | Steam exhaust air condenser for steam turbine | |
JP5551748B2 (en) | Power generator | |
CN101749179B (en) | Rectification speed increasing tower used for vertical axis wind turbine | |
CN1214222C (en) | Solar energy/rain water electricity generating and air conditioning system | |
WO2002097264A1 (en) | Improvements in and relating to fluid turbines and devices | |
CN112483322A (en) | Gravity wind power generation device | |
CN218262034U (en) | Almost zero energy consumption seawater desalination system | |
CN206232423U (en) | A kind of solar power generation and sea water desalinating unit for combining wind pressure type ventilation unit | |
NL1040829C2 (en) | Wind and wave energy conversion. | |
CN101832232A (en) | Wind tunnel type supercharged wind energy generating system | |
US20230383727A1 (en) | Solar powered wind turbine | |
CN106704106A (en) | Device capable of carrying out solar power generation and seawater desalination with combination of wind power pressurization chimney | |
SU1761860A1 (en) | Method of controlling water temperature in tail race of hydroelectric station and heat-exchange device therefor | |
TW593883B (en) | The method of wind-collection power generation and its equipments | |
WO2014056049A1 (en) | Device using multiple renewable energy sources (dumres) | |
CN1374451A (en) | Air energy power-generating method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BB | Publication of examined application |