NL1027287C2

NL1027287C2 - Generator for producing electricity from water power, comprises rotor body with blade for water to flow along in direction of rotor central axis

Info

Publication number: NL1027287C2
Application number: NL1027287A
Authority: NL
Inventors: Cornelis Groot
Original assignee: West 6 B V
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2006-04-19

Abstract

The rotor (2) comprises a body (1) with at least one blade (14) on the outside, designed to cause the rotor to turn as water flows in the direction of the rotor central axis. The cooperating energy generating devices for converting the rotary force into electricity are housed inside the rotor, the first device being secured to the rotor axle (3) and the second device being secured to the rotor. The rotor body is cigar or torpedo-shaped. The first and second energy generating devices comprise electrical coils and permanent magnets respectively.

Description

Inrichting voor het winnen van energie uit stromend water.Device for extracting energy from running water.

Beschrijvingsinleiding 5 De uitvinding heeft betrekking een inrichting voor het winnen van energie uit stromend water, welke inrichting omvat een rond een rotatiehartlijn draaibare rotor en eerste en tweede energieopwekmiddelen ingericht voor het onderling samenwerken voor het opwekken van elektrische energie.DESCRIPTION INTRODUCTION The invention relates to a device for obtaining energy from flowing water, which device comprises a rotor rotatable about a center of rotation and first and second energy generating means adapted to cooperate with each other for generating electrical energy.

US 4.306.157 toont een inrichting voor het onder water winnen van energie. Het nadeel 10 van deze uit de stand van de techniek bekende inrichting is dat dit een complexe inrichting is met veel bewegende delen, waarbij veel delen van de inrichting in contact staan met het water. De delen kunnen hierdoor gemakkelijk beschadigd raken door voorwerpen in het stromende water. Hierbij kan men denken aan voorwerpen die met het stromende water meegevoerd worden, zoals zand en netten, en aan voorwerpen die zich door het stromende water 15 verplaatsen, zoals boten. Dit maakt de inrichting onderhoudsgevoelig. Daarnaast fungeren bepaalde delen, vooral de gelagerde ophanging van de as en de delen voor het opwekken van elektrische energie, als obstakels in de toe- en wegstroombaan die het langs de rotor passerende water volgt. Dit is nadelig voor de effectiviteit van de inrichting.US 4,306,157 shows a device for extracting energy under water. The drawback of this device known from the prior art is that it is a complex device with many moving parts, many parts of the device being in contact with the water. The parts can easily be damaged by objects in the flowing water. Here one can think of objects that are carried along with the flowing water, such as sand and nets, and of objects that move through the flowing water, such as boats. This makes the device sensitive to maintenance. In addition, certain parts, in particular the bearing-mounted suspension of the shaft and the parts for generating electrical energy, function as obstacles in the approach and flow path following the water passing along the rotor. This is detrimental to the effectiveness of the device.

Een doel van de uitvinding is de effectiviteit van een rotor van het uit water winnen van 20 energie te verbeteren, in het bijzonder door het stromingsprofïel te verbeteren.An object of the invention is to improve the effectiveness of a rotor for extracting energy from water, in particular by improving the flow profile.

Dit wordt volgens de uitvinding bereikt door te verschaffen een inrichting voor het winnen van energie uit stromend water, welke inrichting omvat een rotor, een as welke zich door de rotor uitstrekt en samenvalt met de rotatiehartlijn van de rotor en eerste en tweede energieopwekmiddelen ingericht om in onderlinge samenwerking elektrische energie op te 25 wekken; waarbij de rotor een uitwendig omtrekvlak omvat dat een rotorlichaam definieert en waarop ten minste een schoep is voorzien ingericht om op de rotor een rotatiemoment uit te oefenen onder inwerking van in de richting van de rotatiehartlijn langs de rotor stromend vvatCT, de energieopwekmiddelen binnen in het rotorlichaam zijn voorzien, de eerste energieopwekmiddelen aan de as zijn bevestigd en de tweede energieopwekmiddelen aan de 30 rotor zijn bevestigd. De inrichting volgens de uitvinding wordt onder het wateroppervlak gepositioneerd met het rotorlichaam bijvoorbeeld op een zekere afstand onder het wateroppervlak en met de rotatiehartlijn van de rotor in de stromingsrichting van het water georiënteerd. Dit kan bijvoorbeeld bereikt worden door de beide einden van de as van de inrichting via ffamedelen aan een vast punt op de bodem te verbinden. Door middel van de ten 35 minste ene schoep van de inrichting kan de kinetische energie van het stromende water omgezet worden in de een rotatiemoment op de rotor. Het rotatiemoment zorgt voor een rotatie 1027287This is achieved according to the invention by providing a device for obtaining energy from flowing water, which device comprises a rotor, an axis extending through the rotor and coinciding with the axis of rotation of the rotor and first and second energy generating means adapted to generate electrical energy mutual cooperation; wherein the rotor comprises an outer peripheral surface which defines a rotor body and on which at least one blade is provided adapted to exert a rotation moment on the rotor under the influence of vessel flowing in the direction of the axis of rotation along the rotor, the energy generating means inside the rotor body are provided, the first energy generating means are attached to the shaft and the second energy generating means are attached to the rotor. The device according to the invention is positioned below the water surface with the rotor body for instance at a certain distance below the water surface and with the axis of rotation of the rotor oriented in the direction of flow of the water. This can be achieved, for example, by connecting the two ends of the axis of the device via frame parts to a fixed point on the bottom. By means of the at least one blade of the device, the kinetic energy of the flowing water can be converted into a moment of rotation on the rotor. The rotation moment causes a rotation 1027287

JJ

2 van de rotor om de as, met een relatieve verplaatsing tussen de eerste en tweede energieopwekmiddelen als gevolg, waardoor elektrische energie opgewekt wordt.2 of the rotor about the axis, with a relative displacement between the first and second energy generating means, as a result of which electrical energy is generated.

Het effect van deze maatregel is dat het langs de inrichting van de uitvinding stomende water weinig tot geen belemmering ondervindt van zich voor of achter de rotor bevindende 5 delen van de inrichting. De energieopwekmiddelen zitten namelijk in de rotor zelf en de as hoeft niet ten opzichte van de buitenwereld gelagerd te zijn zodat de as en de bevestiging van de as aan framedelen bij de einden zeer slank kan zijn. Verder is de inrichting door de eenvoud daarvan minder onderhoudsgevoelig dan de stand van de techniek.The effect of this measure is that the water flowing along the device of the invention experiences little to no hindrance from parts of the device located in front of or behind the rotor. The energy generating means are in fact located in the rotor itself and the shaft does not have to be mounted with respect to the outside world so that the shaft and the attachment of the shaft to frame parts at the ends can be very slender. Furthermore, due to its simplicity, the device is less maintenance-sensitive than the prior art.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding hebben de 10 dwarsdoorsneden van het rotorlichaam loodrecht op de rotatiehartlijn daarvan een in hoofdzaak cirkelvormige omtrekscontour, waarbij naar een eind van het rotorlichaam toe de diameter van de omtrekscontouren aftieemt. Het effect van deze maatregel is dat de stroming van het water in de richting van de rotatiehartlijn van het rotorlichaam en op het einde met de afnemende diameter van de omtrekcontouren minder verstoord wordt door de vorm van het rotorlichaam, 15 waardoor de schoep uit het langsstromende water meer kinetische energie aan de rotor kan overdragen.In an embodiment of the device according to the invention, the cross-sections of the rotor body perpendicular to the axis of rotation thereof have a substantially circular peripheral contour, the diameter of the peripheral contours decreasing towards an end of the rotor body. The effect of this measure is that the flow of the water in the direction of the axis of rotation of the rotor body and at the end with the decreasing diameter of the circumference contours is less disturbed by the shape of the rotor body, whereby the paddle from the water flowing past can transfer more kinetic energy to the rotor.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding hebben de dwarsdoorsneden van het rotorlichaam loodrecht op de rotatiehartlijn daarvan een in hoofdzaak cirkelvormige omtrekscontour, waarbij naar beide einden van het rotorlichaam toe de diameter 20 van de omtrekscontouren afneemt. De stroomlijning van het rotorlichaam en dus de capaciteit van de rotor wordt daarmee verder verbeterd.In an embodiment of the device according to the invention, the cross-sections of the rotor body perpendicular to the axis of rotation thereof have a substantially circular peripheral contour, the diameter of the peripheral contours decreasing towards both ends of the rotor body. The streamlining of the rotor body and thus the capacity of the rotor is thereby further improved.

Om het bovengenoemde effect te bereiken is het tevens voordelig de diameter van de omtrekcontouren van het rotorlichaam volgens een exponentiële functie af te laten nemen. Een vergelijkbaar gunstig effect kan verkregen worden met een rotorlichaam met een sigaar- of 25 torpedovorm of met een vorm vergelijkbaar met de vorm van het lichaam van een zeeleeuw.To achieve the aforementioned effect, it is also advantageous to have the diameter of the peripheral contours of the rotor body decrease according to an exponential function. A similar beneficial effect can be obtained with a rotor body with a cigar or torpedo shape or with a shape similar to the shape of the body of a sea lion.

De inrichting volgens de uitvinding kan uitgevoerd worden in een vorm waarbij de rotor symmetrisch ten opzicht van het midden uitgevoerd is zodat dat deze bij tegenovergestelde stromingsrichtingen van het water energie uit het stromende water kan halen. Deze uitvoeringsvorm kan bij voorkeur toegepast worden voor het opwekken van energie uit de 30 getijdenstromen van de zee.The device according to the invention can be designed in a form in which the rotor is designed symmetrically with respect to the center so that it can extract energy from the flowing water in opposite directions of flow of the water. This embodiment can preferably be used for generating energy from the tidal currents of the sea.

Daarnaast kan de inrichting uitgevoerd worden in een vorm waarbij de ten minste ene schoep bij een eind van het rotorlichaam naar het rotorlichaam toe toelopend gevormd is en bij het andere einde een in de richting van dat andere eind wijzend staartdeel omvat dat vrij ligt van het rotorlichaam. Deze uitvoeringsvorm kan bij voorkeur toegepast worden bij het 35 opwekken van energie uit een stromende rivier of uit het vallende water van een waterval.In addition, the device can be designed in a form in which the at least one blade is formed tapering towards the rotor body at an end of the rotor body and at the other end comprises a tail part pointing away from the rotor body in the direction of that other end . This embodiment can preferably be used in the generation of energy from a flowing river or from the falling water of a waterfall.

1027287 31027287 3

In een uitvoeringsvorm van de inrichting is de as met zijn einden vast bevestigd aan framedelen voor verankering van de inrichting ten opzichte van de vaste wereld. Verder kan de ten minste ene schoep een spiraalpatroon volgen en/of zich ten opzichte van de rotatiehartlijn van het rotorlichaam in hoofdzaak radiaal uitstrekken en/of zich over meer dan de helft van de 5 totale lengte van het rotorlichaam uitstrekken.In one embodiment of the device, the shaft is fixedly attached at its ends to frame members for anchoring the device relative to the fixed world. Furthermore, the at least one blade can follow a spiral pattern and / or extend substantially radially with respect to the axis of rotation of the rotor body and / or extend over more than half of the total length of the rotor body.

hi een uitvoeringsvorm bedraagt de afstand tussen de rotatiehartlijn en de buitenrand van de ten minste ene schoep ten hoogste 3 maal de diameter van het rotorlichaam. Het is voordelig de randen van de ten minste ene schoep te voorzien van een kartelpatroon. Een voorbeeld van een dergelijk voordelig kartelpatroon is de karteling welke aangetroffen wordt aan het einde 10 van een walvisvin.In one embodiment, the distance between the axis of rotation and the outer edge of the at least one blade is at most 3 times the diameter of the rotor body. It is advantageous to provide the edges of the at least one blade with a serrated pattern. An example of such an advantageous cartel pattern is the cartel which is found at the end of a whale fin.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekeningen, waarin fig. 1 een schematisch zijaanzicht van een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding in een gebruikspositie is, fig. 2a een schematisch zijaanzicht van een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens 15 de uitvinding is, fig. 2b een schematisch zijaanzicht van een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding is, fig. 3 een schematisch aanzicht van een dwarsdoorsnede loodrecht op de rotatiehartlijn van het rotorlichaam van de uitvoeringsvorm van fig. 2a is en 20 fig. 4 een schematisch aanzicht van een dwarsdoorsnede langs de rotatiehartlijn van het rotorlichaam van de uitvoeringsvorm van fig. 2a is.The invention will be further elucidated with reference to the drawings, in which Fig. 1 is a schematic side view of an embodiment of a device according to the invention in a position of use, Fig. 2a is a schematic side view of an embodiment of a device according to the invention Fig. 2b is a schematic side view of an embodiment of a device according to the invention, Fig. 3 is a schematic view of a cross section perpendicular to the axis of rotation of the rotor body of the embodiment of Fig. 2a and Fig. 4 is a schematic 2 is a cross-sectional view along the axis of rotation of the rotor body of the embodiment of FIG.

Figuur 1 toont een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding in een gebruikspositie. De inrichting wordt via framedelen (6) aan de vaste wereld, in dit geval de bodem, gefixeerd. De framedelen (6) kunnen bijvoorbeeld bestaan uit aan de einden van de as 25 (3) voorziene ogen waaraan de ankerkabels zijn bevestigd. Het rotorlichaam (1) zal zich bijvoorbeeld op een zekere afstand onder het wateroppervlak (11) bevinden zodanig dat oppervlakte deining weinig of geen invloed op de rotor heeft. Verder kan het van voordeel zijn ook rekening te houden met de diepgang van schepen. Eventueel kan de inrichting volgens de uitvinding zo worden opgesteld dat deze met de stromingsrichting mee kan draaien om te allen 30 tijde in de stromingsrichting georiënteerd te zijn. De framedelen (6) zijn vast met de as (3) verbonden. De lengte van de as (3) valt in hoofdzaak samen met de rotatiehartlijn van het rotorlichaam (1) en de as (3) hoeft niet te kunnen roteren.Figure 1 shows an embodiment of a device according to the invention in a position of use. The device is fixed to the fixed world, in this case the bottom, via frame parts (6). The frame parts (6) can for instance consist of eyes provided at the ends of the shaft 25 (3) to which the anchor cables are attached. The rotor body (1) will for instance be situated at a certain distance below the water surface (11) such that surface swell has little or no influence on the rotor. Furthermore, it can be advantageous to also take into account the draft of ships. Optionally, the device according to the invention can be arranged such that it can rotate in the direction of flow to be oriented in the direction of flow at all times. The frame parts (6) are fixedly connected to the shaft (3). The length of the shaft (3) substantially coincides with the axis of rotation of the rotor body (1) and the shaft (3) need not be able to rotate.

De stroming van het water langs de rotor (2), welke twee schoepen (14) omvat, zal het rotorlichaam (1) ten opzichte van de as (3) laten roteren. Door deze rotatie ontstaat een 35 relatieve verplaatsing van de eerste en tweede energieopwekmiddelen (4 en 5 in fig. 3 en 4), welke zich in het rotorlichaam (1) bevinden, ten opzichte van elkaar, waardoor elektrische 1027287 4 energie opgewekt wordt. De op deze wijze opgewekte energie wordt afgevoerd door middel van een elektriciteitskabel (10) welke de inrichting via een holle buisvorige as (3) verlaat. Deze elektriciteitskabel (10) kan aan een einde daarvan een stekker bevatten waarmee deze op een eenvoudige wijze aan een grondkabel, welke de stroom naar het vaste land geleidt, gekoppeld 5 kan worden.The flow of the water along the rotor (2), which comprises two blades (14), will cause the rotor body (1) to rotate relative to the shaft (3). This rotation produces a relative displacement of the first and second energy generating means (4 and 5 in Figs. 3 and 4), which are located in the rotor body (1) relative to each other, whereby electrical energy is generated. The energy generated in this way is discharged by means of an electricity cable (10) which leaves the device via a hollow tubular shaft (3). This electricity cable (10) can at one end thereof comprise a plug with which it can be coupled in a simple manner to a ground cable which conducts the current to the fixed land.

Figuur 2a toont een uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding. De twee schoepen (14) volgen een spiraalpatroon, strekken zich ten opzichte van de rotatiehartlijn van het rotorlichaam (1) radiaal uit en maken contact met het deel van het uitwendige omtrekvlak van de rotor (2) waarlangs de schoepen (14) zich uitstrekken. De rotor (2) is symmetrisch ten 10 opzicht van het midden uitgevoerd zodat dat deze bij tegenovergestelde stromingsrichtingen van het water energie uit het stromende water kan halen. De schoepen (14) zijn bij beide einden van het rotorlichaam (1) naar het rotorlichaam (1) toe toelopend gevormd.Figure 2a shows an embodiment of a device according to the invention. The two blades (14) follow a spiral pattern, extend radially with respect to the axis of rotation of the rotor body (1) and make contact with the part of the outer peripheral surface of the rotor (2) along which the blades (14) extend. The rotor (2) is symmetrical with respect to the center so that it can extract energy from the flowing water in opposite directions of flow of the water. The blades (14) are formed tapering towards the rotor body (1) at both ends of the rotor body (1).

Figuur 2b toont een andere uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding. De twee schoepen (14) volgen een spiraalpatroon, strekken zich ten opzichte van de rotatiehartlijn 15 van het rotorlichaam (1) radiaal uit en maken contact met een gedeelte van het deel van het uitwendige omtrekvlak van de rotor (2) waarlangs de schoepen (14) zich uitstrekken. De schoepen (14) zijn bij een eind van het rotorlichaam (1) naar het rotorlichaam (1) toe toelopend gevormd en omvatten bij het andere einde een in de richting van dat andere eind wijzend staartdeel dat vrij ligt van het rotorlichaam (1).Figure 2b shows another embodiment of a device according to the invention. The two blades (14) follow a spiral pattern, extend radially with respect to the axis of rotation 15 of the rotor body (1) and make contact with a portion of the portion of the outer peripheral surface of the rotor (2) along which the blades (14) ) reach out. The blades (14) are formed at one end of the rotor body (1) tapering towards the rotor body (1) and at the other end comprise a tail part pointing in the direction of that other end which is free from the rotor body (1).

20 Figuur 3 toont een dwarsdoorsnede loodrecht op de rotatiehartlijn van het rotorlichaam (1) van de uitvoeringsvorm van fig. 2a. De rotor (2) omvat twee schoepen (14), welke zich van het uitwendige omtrekvlak van de rotor (2) radiaal ten opzichte van de rotatiehartlijn van het rotorlichaam (1) in een spiraalpatroon uitstrekken, waarbij de dikte van de schoepen (14) in deze radiale richting afneemt. Aan de binnenzijde van het rotorlichaam (1) zijn tweede 25 energieopwekmiddelen (5), welke permanente magneten omvatten, bevestigd en aan de as (3) zijn eerste energieopwekmiddelen (4), welke elektrische spoelen omvatten, bevestigd. In de as (3), welke hol en buisvormig is, bevindt zich een elektriciteitskabel (10) welke de door de eerste en tweede energieopwekmiddelen (4, 5) opgewekte energie afvoert.Figure 3 shows a cross section perpendicular to the axis of rotation of the rotor body (1) of the embodiment of Figure 2a. The rotor (2) comprises two blades (14) which extend radially from the outer peripheral surface of the rotor (2) with respect to the axis of rotation of the rotor body (1) in a spiral pattern, the thickness of the blades (14) decreases in this radial direction. On the inside of the rotor body (1), second energy generating means (5), which comprise permanent magnets, are attached and on the shaft (3), first energy generating means (4), which comprise electric coils, are attached. In the shaft (3), which is hollow and tubular, there is an electricity cable (10) which carries away the energy generated by the first and second energy generating means (4, 5).

Figuur 4 toont een dwarsdoorsnede langs de rotatiehartlijn van het rotorlichaam van de 30 uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding. De elektriciteitskabel (10) bevindt zich in de holle buisvormige as (3), waarbij deze de inrichting aan een van de beide einden de as (3) verlaat.Figure 4 shows a cross-section along the axis of rotation of the rotor body of the embodiment of a device according to the invention. The electricity cable (10) is located in the hollow tubular shaft (3), leaving the device at one of the two ends of the shaft (3).

Het zal de vakman duidelijk zijn dat binnen de reikwijdte van de door de conclusies gedefinieerde beschermingsomvang nog verdere varianten denkbaar zijn.It will be clear to a person skilled in the art that within the scope of the scope of protection defined by the claims, still further variants are conceivable.

1 0 27 28 "i1 0 27 28 "i

Claims

A device for generating energy from flowing water, which device comprises: - a rotor (2), 5. a shaft (3) which extends through the rotor (2) and coincides with the axis of rotation of the rotor (2) and - first and second energy generating means (4, 5) arranged to generate electrical energy in mutual cooperation; wherein: the rotor (2) comprises an outer peripheral surface that defines a rotor body (1) and on which at least one vane (14) is provided adapted to exert a rotation moment on the rotor (2) while acting in the direction water flowing from the axis of rotation along the rotor (2), - the energy generation means (4, 5) are provided inside the rotor body, 15. the first energy generation means (4) are attached to the shaft and - the second energy generation means (5) rotor are attached.

Device as claimed in claim 1, wherein the cross-sections of the rotor body (1) have a substantially circular peripheral contour 20 perpendicular to the axis of rotation thereof, wherein the diameter (8) of the peripheral contours slopes down towards an end of the rotor body (1).

3. Device as claimed in claim 1, wherein the cross-sections of the rotor body (1) have a substantially circular peripheral contour perpendicular to the axis of rotation thereof, wherein the diameter (8) of the peripheral contours is sloping towards both ends of the rotor body (1).

Device according to claim 3 or 4, in which the diameter (8) of the circumferential contours decays according to an exponential function. 30

Device according to one of the preceding claims, wherein the rotor body (1) is cigar or torpedo-shaped.

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the shaft (3) is fixed at its ends to frame parts (6) for anchoring the device relative to the fixed world. 1027287 *

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the rotor (2) is designed symmetrically with respect to the center so that it can extract energy from the flowing water in opposite directions of flow of the water. 5

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the at least one blade (14) is formed tapering towards the rotor body (1) at both ends of the rotor body (1).

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the at least one blade (14) is formed tapering towards the rotor body (1) at one end and at the other end an in the direction of said other end-pointing tail part which is free from the rotor body (1).

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the at least one vane (14) follows a spiral pattern.

11. Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the at least one blade (14) extends substantially radially with respect to the axis of rotation of the rotor body (1).

Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the at least one vane (14) extends over more than half the total length of the rotor body (1).

Device according to one of the preceding claims, wherein the distance between the axis of rotation and the outer edge (12) of the at least one blade (14) is at most 3 times the diameter (8) of the rotor body (1).

14. Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the first and second energy generating means (4, 5) comprise electric coils and permanent magnets, respectively.

15. Device as claimed in any of the foregoing claims, wherein the shaft (3) comprises a tube, which tube has an inner diameter (8) such that at least one electricity cable (10) can be received in the shaft (3). 1027287