FI96795C - Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi ulkoilman ja veden lämpötilaerosta - Google Patents

Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi ulkoilman ja veden lämpötilaerosta Download PDF

Info

Publication number
FI96795C
FI96795C FI935572A FI935572A FI96795C FI 96795 C FI96795 C FI 96795C FI 935572 A FI935572 A FI 935572A FI 935572 A FI935572 A FI 935572A FI 96795 C FI96795 C FI 96795C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
water
plant
rotation
blades
heat exchanger
Prior art date
Application number
FI935572A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI935572A (fi
FI935572A0 (fi
FI96795B (fi
Inventor
Reino Heinola
Aaro Laiho
Original Assignee
Laempoetaito Oy
Insinoeoeritoimisto Aaro Laiho
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Laempoetaito Oy, Insinoeoeritoimisto Aaro Laiho filed Critical Laempoetaito Oy
Priority to FI935572A priority Critical patent/FI96795C/fi
Publication of FI935572A0 publication Critical patent/FI935572A0/fi
Priority to PCT/FI1994/000559 priority patent/WO1995016858A1/en
Priority to EP95903355A priority patent/EP0832355A1/en
Publication of FI935572A publication Critical patent/FI935572A/fi
Publication of FI96795B publication Critical patent/FI96795B/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI96795C publication Critical patent/FI96795C/fi

Links

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

96795
Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi ulkoilman ja veden lämpötilaerosta 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.
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 .
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.
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.
30
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.
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).
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 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.
15
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.
20
Energian säästöllä on eniten merkitystä silloin, kun energian kulutus on suurin. Suomessa ei tuolloin paista eikä tuule merkittävästi - valitettavasti .
• 25 Ilman ominaisuudet lämpövoimakoneen kiertoaineena kylmissä oloissa ovat kolmanneksen edullisemmat kuin lämpimissä. Menetelmä toimii parhaiten pakkasessa.
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 .
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 siis
II
3 96795 lämmitettävissä pakkasilmaa lähes rajatta pystytuulivoimaloiden energian lähteeksi.
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.
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.
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.
Kun koko laitteisto pyörii vedessä ei tarvita välttämättä erillistä tuuliturbiinia. Sähkö saadaan talteen jarruttamalla pyörimistä generaattoreilla.
• 25
Edullinen tapa tehdä sähköä veden/ulkoilman lämpötilaerosta sekä/tai tuulesta on käyttää menetelmää ja laitteistoa, jollainen on määritelty suoj avaatimuksen tunnusmerkkiosassa.
30 Keksinnön tärkeimmät edut ovat: ' - että menetelmässä ei tarvita kallista kerääjää.
- että menetelmä tuottaa tehoa pakkaspäivänä 24 h/vrk.
- että lämpötilaeroa on käytettävissä lähes rajatta kylmissä maissa silloin, kun kulutus on suurin.
35 - että keksinnön mukainen lämmönsiirrin siirtää tehokkaasti suuria lämpömääriä.
4 96795 - että pyörintä ehkäisee muuten mahdolliset jäätymis- ja roskien kerääntymisongelmat.
- että sama laitteisto ottaa talteen myös vaakatuulen.
- että voimala tai sen osa pyörii, jolloin sähkö voidaan ottaa 5 talteen ilman tuuliturbiineja.
- että menetelmällä voidaan tehdä sähköä myös trooppisten merien lämpövarastosta - erityisesti yöllä.
Edullisia sijoituspaikkoja ovat hukka- ja lauhdelämmön purkupaikat kuten 10 ydinvoimalat ja mahdollisimman kylmät, avoimen meren ranta-alueet.
Pystytuulen tuotto on verrannollinen voimalan pystyhormin pinta-alaan (dA2). Tuotto on verrannollinen myös korkeus potenssiin 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.
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.
: 25 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti oheisiin piirus tuksiin viittaamalla.
Kuva 1 esittää keksinnön mukaista vedessä pyörivää pystytuulivoimalaa sivulta katsottuna, osin leikattuna.
30
Kuva 2 esittää osaa keksinnön mukaisesta vedessä kelluvan pystytuuli-voimalan ponttonista ja lämmönsiirtimestä sivulta katsottuna, rakenne osin leikattuna.
I! 5 96795
Kuva 3 esittää yksinkertaista keksinnön mukaista vedessä kelluvaa, yhdistettyä tuulivoimalaa päältä katsottuna, vaakatuulta hyödyntävässä asennossa.
5 Kuva 4 esittää keksinnön mukaista yhdistettyä voimalaa sivulta katsottuna. Vaakatuuli otetaan talteen jatkuvasti purjeen tapaisin siivin.
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.
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.
20 Siipien suunnittelua koskevat samat perusteet kuin puhallinsiipien suunnittelua. Saattaa olla tarkoituksenmukaista käyttää esimerkiksi johtosiipiä ennen ponttonin mukana pyöriviä puhallinsiipiä (FI 790746).
Pyörintää voi hyödyntää sekä sähkön tuotannossa että lämmönsiirrossa.
: 25 Sähköä voidaan tehdä generaattoreilla 7, jotka samalla pitävät raken nelman paikallaan. Tämä generaattorien paikka on huollon kannalta edullinen.
Ilman sisäänoton päälle on hyvä asentaa katos 8, joka estää lumen jou-30 tumasta lämmönsiirtimeen.
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.
6 96795
Veden virtauksen saa aikaan ponttonin tai koko rakennelman pyörimisestä aiheutuvat voimat. Näitä ovat keskipakoisvoima, joka kuvan putkessa 11 aiheuttaa virtauksen keskeltä kohti lämmönsiirrintä.
5 Virtaus aikaansaadaan myös käyttämättä keskellä olevaa nousuputkea 16, suuntaamalla vettä nostava putki vastavirtaan ja poistoputki myötävirtaan kohdassa 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.
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.
Pyörimisliikkeestä voidaan ottaa sähkö talteen generaattorilla myös kohdassa 15, jossa paikallaan pysyvä nousuputki 16 on laakeroitu pyörivään rakennelmaan.
: 25
Nousuputki 16 pysyy paikallaan pohjaan ankkuroituna tangoilla 17, joiden kautta on mahdollista järjestää mm. sähkön syöttö verkkoon.
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.
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.
Il 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.
5
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.
Kovalla myrskyllä siivet vetäytyvät hormiasentoon estäen laitteita rikkoontumasta liiasta tuulen voimasta.
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.
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).
; 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.
30
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.
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.
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.
Alan ammattilaiselle on selvää, että siipien 6, 19, 20 ja vesiputkien 10,11,16 määrä/sijainti, sekä tornin/ ponttonin muoto voi olla erilainen.
: 25
Erikoistapauksissa siivet voidaan laakeroida esimerkiksi kiskon avulla. Hormi voidaan rakentaa kiinteäksi ja antaa lämmönsiirtimen pyöriä vedessä .
30 Tilapäisesti voidaan tehdä suuriakin tehoja polttamalla voimalan sisällä mitä tahansa polttoainetta.
Keksintö ei rajoitu kuvien esimerkkeihin, vaan voi vaihdella jäljempänä esitettävien vaatimusten rajoissa.
35
II

Claims (9)

9 96795
1. Menetelmä energian tuottamiseksi ulkoilman (3) ja veden (1) lämpötilaerosta aikaansaadulla pystytuulella ja/tai vaakatuulella, jossa mene- 5 telmässä lämmönsiirrin (5) ja/tai koko voimala pyörivät ponttonin (2) varassa veden pinnalla, tunnettu siitä, että pyörintä aikaansaadaan siivillä (6 ja/tai 19; 20) ilmavirtauksesta, jota ylläpitää pysty-hormin (4) lämmitetylle ilmalle aiheuttama savupiippuvaikutus ja/tai siipiin (6 ja/tai 19;20) vaikuttava tuulen voima.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä vaakatuulivoimaa tehostetaan siivillä (19) , jotka muodostavat pystyhormin (4), tai pystyhormin (4) kylkeen kiinnitetyillä purjemaisilla siivillä (20). 15
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä pystyhormi (4) pyörii laakerina toimivan veden varassa ja että pyörimisliike muutetaan osittain sähköksi pyörimistä generaattoreilla (7) jarruttaen ja osittain lämmönsiirtimissä (15) 20 kiertävän veden pumppausenergiaksi.
4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyörintä aikaansaadaan lämmönsiirtimeen (5) liittyvillä siivillä (6). 25
5. Laitteisto energian tuottamiseksi ulkoilman (3) ja veden (1) lämpötilaerosta aikaansaadulla pystytuulella ja/tai vaakatuulella, jonka laitteiston lämmönsiirrin (5) ja/tai koko laitteisto on sijoitettu pyörivästi ponttonin (2) varaan veden pinnalle, tunnettu siitä, että 30 laitteisto käsittää pystyhormin (4) ja sen sisällä sijaitsevat siivet (6) ja ainakin yhden sellaisen siipirakenteen (6 ja/tai 19;20), joiden » välityksellä mainittu pyöriminen veden pinnalla on sovitettu aikaansaata-vaks i.
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että pystyhormi (4) on muodostettu siivistä (19) tai pystyhormin (4) kyl- 10 96795 keen on kiinnitetty purjemaisia siipiä (20) vaakatuulivoiman tehostamiseksi ja että vesi muodostaa laitteiston pyörimistä varten laakerin.
7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 laitteisto, tunnettu siitä, että 5 laitteistossa on generaattori/generaattoreita (7) pyörimisliikkeen muuttamiseksi osittain sähköksi pyörimistä jarruttaen ja osittain läm-mönsiirtimissä (5) kiertävän veden pumppausenergiaksi ja että vesi muodostaa laitteiston pyörimistä varten laakerin.
8. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 laitteisto, tunnettu siitä, että laitteiston siivet (6) on liitetty lämmönsiirtimeen (5).
9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukaisen menetelmän yhteydessä käytettävä ja/tai jonkin patenttivaatimuksen 5-8 mukaisen laitteiston 15 lämmönsiirrin ulkoilman lämmittämiseksi vedellä, sisältäen virtausputkia (10,11,16) ja tehokkaita lämmönsiirto-osia (5), joiden sisällä virtaava vesi (1) lämmittää samojen osien ulkopinnalla virtaavaa ilmaa (3), tunnettu siitä, että veden nosto pinnan yläpuolelle tapahtuu lappoilmiön avulla ja virtaus vesiputkissa saadaan aikaan pyörimisestä 20 aiheutuvalla keskipakoisvoimalla ja/tai ponttonin nopeudella veteen nähden. • « (I 11 96795
FI935572A 1993-12-13 1993-12-13 Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi ulkoilman ja veden lämpötilaerosta FI96795C (fi)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI935572A FI96795C (fi) 1993-12-13 1993-12-13 Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi ulkoilman ja veden lämpötilaerosta
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 (fi) 1993-12-13 1993-12-13 Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi ulkoilman ja veden lämpötilaerosta

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI935572A0 FI935572A0 (fi) 1993-12-13
FI935572A FI935572A (fi) 1995-06-14
FI96795B FI96795B (fi) 1996-05-15
FI96795C true FI96795C (fi) 1996-08-26

Family

ID=8539116

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI935572A FI96795C (fi) 1993-12-13 1993-12-13 Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi ulkoilman ja veden lämpötilaerosta

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0832355A1 (fi)
FI (1) FI96795C (fi)
WO (1) WO1995016858A1 (fi)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002014689A1 (de) * 2000-08-16 2002-02-21 Herbert Jenner Windkraftanlage mit kamineffekt
CA2460564C (en) * 2001-09-19 2006-03-14 Louis Marc Michaud Atmospheric vortex engine
US7938615B2 (en) 2003-09-11 2011-05-10 Louis Michaud Enhanced vortex engine
DE10350404A1 (de) * 2003-10-28 2005-06-02 Forschungszentrum Jülich GmbH Landschaftsüberdachung
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 (de) * 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
CN105156275B (zh) * 2015-09-15 2018-08-10 戚荣生 太阳能热气流垂直轴发电的静音进气道
CN105165472B (zh) * 2015-09-15 2018-04-20 戚荣生 太阳能热气流垂直轴发电的观光大棚
CN105134499B (zh) * 2015-09-15 2018-04-20 戚荣生 太阳能热气流垂直轴发电的消音进气道
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3936652A (en) * 1974-03-18 1976-02-03 Levine Steven K Power system
ES493713A0 (es) * 1980-07-24 1982-12-01 Central Energetic Ciclonic Sistema para la obtencion de energia mediante flujos simili-lares a los que conforman un ciclon o un anticiclon natural
DE3636248A1 (de) * 1986-10-24 1988-05-05 Eggert Buelk Aufwindkraftwerk
IN181811B (fi) * 1993-03-11 1998-10-03 Daya Ranjit Senanayake

Also Published As

Publication number Publication date
FI935572A (fi) 1995-06-14
WO1995016858A1 (en) 1995-06-22
FI935572A0 (fi) 1993-12-13
FI96795B (fi) 1996-05-15
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
AU2007280978B2 (en) Ducted atmospheric vortex engine
FI96795C (fi) Menetelmä ja laitteisto energian tuottamiseksi ulkoilman ja veden lämpötilaerosta
JP2004528509A (ja) 集風式風力発電方法とその設備
US20100171314A1 (en) Vertically Oriented Wind Tower Generator
GB2261705A (en) Air flow generating apparatus
CN201583155U (zh) 汽轮机乏汽空气冷凝器
JP5551748B2 (ja) 発電装置
CN101749179B (zh) 一种用于垂直轴风力发电机的整流增速塔
WO2004018955A1 (en) Performance augmentation of natural draft cooling towers
CN1214222C (zh) 太阳能/雨水发电系统
WO2002097264A1 (en) Improvements in and relating to fluid turbines and devices
CN112483322A (zh) 一种重力风发电装置
CN218262034U (zh) 近乎零耗能海水淡化系统
CN206232423U (zh) 一种联合风压式通风装置的太阳能发电及海水淡化装置
NL1040829C2 (en) Wind and wave energy conversion.
CN101832232A (zh) 风洞式增压风能发电系统
US20230383727A1 (en) Solar powered wind turbine
SU1761860A1 (ru) Способ регулировани температуры воды в нижнем бьефе ГЭС и теплообменное устройство дл его осуществлени
WO2014056049A1 (en) Device using multiple renewable energy sources (dumres)
TW593883B (en) The method of wind-collection power generation and its equipments
CN118008701A (zh) 一种风洞汇聚空气风力发电系统及其发电方法

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application