NL1035563C2 - Waterkrachtinstallatie met meedraaiend drijvend schoepenrad dat een waterstroom langs een verzonken schoepenturbine helpt versnellen. - Google Patents

Description

Waterkrachtinstallatie met meedraaiend drijvend schoepenrad dat een waterstroom langs een verzonken schoepenturbine helpt versnellen.

De vinding betreft een waterkrachtinstallatie bestaande uit een drijvend ponton.

5 vertikaal beweegbaar op palen, met een onderwater turbine, bestaand uit een horizontale as met schoepen haaks op de stroomrichting, aangedreven door een omsloten horizontale kolom van stromend water. De omsluiting vernauwt zich plm. 50% tot de waterkolom de turbine raakt. Deel van de omsluiting wordt gevormd door vrij drijvend hol schoepenrad en het wateroppervlak.

10

Turbines met schoepen worden al honderden jaren gebruikt om de kinetische energie van een waterstroom om te zetten in arbeid voor diverse doeleinden. Wanneer deze wordt toegepast in stromend water met gering verval - zoals rivieren in laagland of in brede zeearmen - speelt de zwaartekracht een 15 ondergeschikte rol. De turbine is dan voor functioneren geheel afhankelijk van stromingsenergie (kinetische energie). De stroomsnelheid kan plaatselijk worden vergroot door de aanwezigheid van een vernauwende tunnel die de waterstroom versnelt zoals bij een dam of een stuw.

Een drijvende installatie op palen heeft een stelbare zwevende vernauwende 20 tunnel die de watersnelheid verhoogt op het punt waar een turbine in de vorm van een onder water functionerend schoepenrad zich bevindt.

Deze vernauwing wordt aan de bovenzijde gevormd door een drijvend hol schoepenrad en het wateroppervlak.

Het bovendeel van het zich onder water bevindend schoepenrad wordt hiermede 25 aangedreven.

Elk aangedreven schoepenrad onder water kent een productief en een minder productief of zelfs remmend deel van een slag wanneer schoepen zich rond een as door het medium water bewegen in een grotendeels afgesloten ruimte. Het 30 zich tussen de schoepen bevindend water wordt immers rondgepompt.

Het positieve verschil in aandrijving en remming van het wiel als geheel bepaalt de afneembare energie.

1 035 563 2

Het onderstroomrad. een drijvende rol (deels in het water) heeft de functie van waterscheiding en egaliseert tevens oppervlaktewervelingen. Het voorziet in een waterscheiding met minimale weerstand, samen met het wateroppervlak.

5 Het ponton wordt parallel aan het wateroppervlak gesteld en gehouden, op vaste afstand van het wateroppervlak. Het wateroppervlak vormt de bovenste begrenzing van de tunnel waardoor horizontale waterkolom geleid wordt.

De afstand van de turbine tot het wateroppervlak is constant, daar het drijfvermogen van het ponton is afgesteld door vullen/leegpompen van 10 pontondelen.

Geclaimd wordt de toevoeging van een stroomopwaarts t.o.v. de onderwater turbine aan het ponton gekoppelde drijvende laterale rol met schoepen (of, bij stromen uit 2 richtingen afwisselend. 2 rollen). De optimale positie is afhankelijk 15 van de watersnelheid van de stroom.

Bekend zijn het gebruik van een vernauwende afgesloten tunnel om een waterstroom te versnellen.

Bekend is het gebruik van schoepenraderen om kinetische energie van stromend 20 water om te zetten in axiale kracht.

Bekend is het gebruik van een stelbaar/zelfstellend drijvend ponton vertikaal bewegend op palen, voorzien van een laterale turbine (NL 1035164).

Het amerikaanse octrooi 4383797 gaat uit van twee aangedreven raderen.

25 Het duitse octrooi DE03182 A l gaat eveneens uit van 2 aangedreven schoepenraderen.

Het deense octrooi WO 03/029646 gaat uit van een installatie met een schoepenrad in een vernauwende 3-zijdige tunnel. Deze is aan de bovenzijde open en bevindt zich op de zee/rivier bodem.

30 Dit zal niet efficiënt werken daar stromend water de weg van de minste weerstand kiest.

->

Het engels octrooi GB 2408778A stelt een "doorstroom" rotor voor. zoals een Ossberger of een Mitchell/Banki. Het plaatst echter deze rotor geheel onder water (25-50m diep). Zo kan een Ossberger/Banki niet functioneren. Bij crossflow ("doorstroom") type turbines valt water na aandrijving door een 5 horizontale waterstroom in vrije lucht door het rad en drijft de onderste schoepen opnieuw aan. Dit functioneert alleen boven water. De zwaartekracht die op vallend water inwerkt is in lucht is groter dan in water.

De onderhavige vinding betreft een '‘meedraaiend wiel met schoepen'" dat zich 10 grotendeels boven de waterlijn bevindt. Het is een drijvende vrij draaiende rol met een gesloten hart en kleine schoepen, geplaatst aan een drijvend ponton waarop zich ook een onderwater turbine bevindt.

Deze draagt er toe bij dat de waterstroom in 2 delen wordt gesplitst (A en B): A. het oppervlaktewater dat de schoepen raakt van dit meedraaiende wiel. Dit 15 voorziet in een scheiding van stromen want de stroming B zal deze hindernis willen omzeilen.

B. de stroming die gevangen wordt in de vernauwende tunnel. Deze door vernauwing van de waterstroom versnelde stroming drijft het bovendeel van de onderwater turbine aan.

20

Daarnaast is er het deel van de stroming (C.) dat ongehinderd onder de installatie doorstroomt (de installatie staat op poten).

Een uitvoeringsvoorbeeld is geschetst in fig I (voor stroming in 1 richting) en fig 25 2 (voor stroming in kerende richtingen). A. B en C staan voor de gesplitste stromen.

Onder water spelen turbulenties een rol in het hart van een open rotor. Daarom is in dit ontwerp gekozen voor een turbine met afgesloten hart. In de niet 30 aangedreven zijde speelt de zwaartekracht even een geringe rol. Het water tussen de schoepen wordt dan ruim een kwartslag getransporteerd tot het een drukverhoging ondervindt door het aanstromende water.

4

De schoepen moeten niet te groot zijn. de inhoud van de ruimtes tussen de schoepen beperkt (zie tekening). Het hart van de turbine is afgesloten (met een luchtdichte rol). De schoepen van de turbine kunnen worden uitgevoerd in flexibel doek (bv Dacron) waardoor ze bol staan in de juiste richting.

5

De drijvende rol(len) hebben een functie ter verhoging van de efficiency, haal je ze weg dan draait de turbine - onder omstandigheden- langzamer. Turbulenties in oppervlaktewater en golven verstoren de werking van de bovenzijde van de “afgesloten tunnel. " (afgesloten door de water/luchtscheiding).

10

Om het wateroppervlak deel te laten uitmaken van de vernauwende tunnel moet de afstand van de turbine tot het wateroppervlak constant zijn. Dit wordt bewerkstelligd door het drijvende ponton dat vertikaal op poten op en neer kan bewegen. De poten zijn verankerd aan de bodem (bv met vacuümtechniek).

15 In- en uitpompen van water stelt de hoogte t.o.v. het wateroppervlak.

Het ponton is waterpas geplaatst.

De verhoogde watersnelheid trekt het water tussen de schoepen in de tunnel omhoog zodat deze kracht groter blijkt dan de waterkracht.

20 De vorm van de schoepen kan bol worden uitgevoerd ter vergroting van het schoepenoppervlak. Dit zal slechts bij waterstromen in één richting voordeel opleveren. Indien flexibele schoepen worden toegepast (bijvoorbeeld uit licht gespannen zwaar zeildoek) komen deze oppervlakten telkens bol te staan als gevolg van de waterdruk in een richting tegengesteld aan de stroomrichting.

25

Hiermede wordt de oppervlakte op de schoepen vergroot en de waterdruk op natuurlijke wijze op elke schoep geconcentreerd.

Er is geen sprake van bewegende mechanismen om de kinetische energie van de waterstroom te benutten behalve de om een as draaiende turbine zelf.

Deze opstelling kan ook symmetrisch worden uitgevoerd - indien de schoepen geschikt zijn voor het in beweging gebracht worden door tegengestelde 30 5 waterstromen - als rechte vanen concentrisch om een as opgesteld (zie figuur 2). Er is dan sprake van twee drijvende niet aangedreven bovenraderen. Tegengestelde waterstromen komen voor in getijdenwater.

5 De raderen kunnen worden geheven voor reiniging en inspectie door verandering van het drijfvermogen van (delen van) het pontonstelsel.

1035563

Claims (6)

1. Met oppervlaktewaterstroom meedraaiend drijvend schoepenrad, uitgevoerd als een haaks op de waterstroom geplaatste drijvende rol. dat deel uitmaakt van de 5 bovenzijde van een vernauwing van een aan 4 zijden omsloten horizontale waterstroom die een waterkrachtinstallatie aandrijft, bevattende een haaks op de stroom geplaatste verzonken schoepenturbine aanwezig in een drijvend ponton in een positie waardoor de waterstroom door deze kunstmatige vernauwing de turbine zo efficiënt mogelijk aandrijft. 10

2. Drijvend schoepenrad als in 1, waarbij het hart wordt gevormd door een holle waterdichte kern.

3. Drijvend schoepenrad als in 1 en/of 2 met veranderbaar gewicht door toevoeging 15 van water in de holle waterdichte ruimte.

4. Drijvend schoepenrad als in 1,2 en/of 3 dat op het drijvend ponton horizontaal verplaatst kan worden t.o.v. de onderwater turbine door een inrichting (b.v. rails) ter aanpassing aan een veranderde watersnelheid van het aanstromend water. 20

5. Inrichting als hierboven in 1,2, 3 en/of 4 geschetst bevattende een door een horizontale kolom water aangedreven haaks op de stroom geplaatste rol met schoepen met waterdichte cilindervormige ruimte rond de as. als turbine. Deze turbine bevindt zich direct onder het wateroppervlak. 25

6. Inrichting met turbine als in 5 geschetst waarbij de schoepen in flexibel materiaal (kunststof, zeildoek) zijn uitgevoerd zodat deze opbollend tegen de stroomrichting deze schoepen geschikt maken voor functioneren in telkens tegengestelde richtingen, zonder nadere bewegende mechanismen. 1035563