NO330218B1 - Vindkraftverk av syklontype og fremgangsmate for a erverve energi fra det - Google Patents

Abstract

Vindkraftverk som har et tårn 12 som er åpen i toppen og forsynt med et sideinnløp 13 for vinden for å generere en syklon i tårnet, en hovedsakelig horisontal turbin 19 som har innløp 21, 22 gjennom basen og utløp til sentrum av syklonen i tårnet og som driver en generator 16. Tårnet er roterbart og har en ikke-sirkulær elliptisk form, sett i horisontalplanet. Denne formen øker energien fra vindkraftverket sammenlignet med et tårn med en sirkulær form. Under drift snus tårnet slik at vindinnløpet alltid er vendt mot vinden.

Description

Vindkraftverk av syklontype og fremgangsmåte for å erverve energi fra det

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder en fremgangsmåte for å erverve energi fra et vindkraftverk omfattende et tårn med en generatordrevet turbin, hvilkens akse er parallell og koaksial til tårnet, hvor en syklon er generert i tårnet, som er åpen i den ene enden, med et sideinnløp for vinden, slik at lavtrykksregionen i senter av syklonen genererer drivkraft for luftstrømmen gjennom turbinen.

Oppfinnelsen gjelder også et vindkraftverk av syklontype som omfatter en base, et tårn som er åpen i den ene enden, anordnet over basen, og som er anordnet med et sideinnløp for vinden for å generere en syklon i tårnet, en turbin som har sin akse parallell til tårnet og innløpet (innløpene) gjennom basen og utløpet (utløpene) til sentrum av syklonen i tårnet og er koblet for å drive en generator anordnet i basen.

Bakgrunn

Et vindkraftverk av den ovenfor nevnte type er kjent gjennom US 4,935,639A, hvor det er presentert som tidligere kjent teknikk. Rundt omkretsen av hele tårnet er det vertikale plater som definerer sideinnløp for vinden. Platene fører til en forstyrrelse i luftstrømmen ved å skape turbulens. Det er åpenbart fra dokumentet at begrenset energi oppnås ved hjelp av denne anordningen og dokumentet foreslår å modifisere denne kjente teknologien for å øke avgitt effekt. En veldig komplisert og dyr anordning er foreslått.

Formål

Et formål med oppfinnelsen er å forbedre energigenereringen ved vindkraftverk av den ovenfor nevnte typen på en måte som fører til en lav investeringskostnad og likedan høy pålitelighet og lave vedlikeholdskostnader.

Oppfinnelsen

Formålet oppnås ved hjelp av en fremgangsmåte og en anordning i samsvar med de vedlagte selvstendige patentkravene.

Ved å rotere tårnet under drift for å holde vindinnløpet mot vinden, kan et vindinnløp som skaper en komplet laminær strøm oppnås.

Ved å designe tårnet til å ha en ikke-sirkulær elliptisk form med den lange aksen til ellipsen anordnet til å være parallell med retningen til den innkommende vinden, sett i et horisontalt plan,økes energiutvinningen. Dette på grunn av det fakta at den laminære strømmen endrer retning og hastighet flere ganger for hver rotasjon av dens virvelvindbevegelse, og hver bremsing og akselerasjon resulterer i at kinetisk energi overføres til varmeenergi, hvor stigningshastigheten i tårnet økes. En termisk formasjon oppnås på en enkel og effektiv måte.

I tillegg til et vertikalt tårn som fremviser et ikke-sirkulært elliptisk tverrsnitt, kan den elliptiske formen i det horisontale planet oppnås ved å bruke et tårn med et sirkulært tverrsnitt, som heller med hensyn til vertikalen med en vinkel som fortrinnsvis er 10 - 30 grader. Denne helningen er fortrinnsvis bort fra vinden eller direkte mot vinden

Eksempel

Kort beskrivelse av tegningene som illustrerer to eksemplifiserte utførelsesformer:

Fig. 1 viser et skjematisk perspektivriss, delvis oppdelt, av et vindkraftverk i samsvar med en første eksemplifiserende utførelsesform av oppfinnelsen;

Fig. 2a viser et sideriss av vindkraftverket i samsvar med Fig. 1,

Fig. 2b viser et snitt langs linja b-b i Fig. 2a,

Fig. 2c viser et snitt langs linja c-c i Fig 2a,

Fig. 3 viser et riss fra undersiden av Fig. 1,

Fig. 4a viser et sideriss av en alternativ utførelsesform av et vindkraftverk i samsvar med oppfinnelsen, og

Fig. 4b viser et snitt langs linja d-d i Fig. 4a.

I Figurene 1-3 vises et vindkraftverk som har en base 11 og et roterbart tårn 12 montert på basen. Tårnet 12 har en sirkulær tverrsnittsdel (se b-b i Fig. 2a) og et vindinnløp 13, som illustrert i

Fig. 2b. Vindinnløpet strekker seg langs hele lengen av tårnet. Den nedre delen av tårnet er forsynt med en kile 14, som gjør at tårnet heller bort fra vinden og denne kilen er horisontalt montert på et lager 15 i den øvre delen av basen og rotasjonen av tårnet drives av en motor (ikke vist) og styringen er automatisk, slik at vindinnløpet alltid er vendt mot vinden. Tårnet roteres derfor rundt den vertikale aksen til lageret 15.

Inne i basen er en generator 16 anordnet sammen med en hydraulisk motor, som er drevet av en hydraulisk pumpe 18 via hydrauliske slanger 17. En hovedsaklig horisontal turbin 19 i den nedre delen av tårnet drives av den hydrauliske pumpen 18 via en hul akse, en rørformet aksel 20, som er parallell og koaksial med tårnet 12. Turbinen 19 har et venturi-formet innløp 21, til hvilket et antall spiralformete innløpskanaler 22 er koblet.

Tårnet har en rotor 23, koaksial til tårnet og turbinen. Den har en aksel 24 som er anordnet gjennom den rørformete akselen 20 og er koblet dertil ved hjelp av en frihjulkobling 25. Frihjulkoblingen er et standard maskinelement og er derfor ikke vist i detalj. Akselen 24 er forsynt med et universalledd 26 og er koblet til en vannbrems 27, hvor rotoren 23 varmer opp vannet i vann bremsen. Rotoren 23 har tre blader 28, som etterlater sentrum av tårnet fritt, minst for en del av størrelsen av turbinen 19, se f.eks. Fig. 2b. Siden tårnet i den foreliggende eksemplifiserte utførelsesformen heller, er bladene 28 skrå, på en slik måte at de er vertikale i posisjonen hvor de treffes av vinden. Denne skråstillingen eller kurvede konstruksjonen av bladene resulterer også i at den bakre siden av bladene vil bidra til, gjennom en spiralformet funksjon, å styre luftstrømmen oppover og ut av tårnet ettersom bladene roterer.

Ettersom vinden blåser inn gjennom vindinnløpene 13, vil lufta danne en syklon, hvilkens virvel ("øye") er plassert rett før utløpet til turbinen 19. Dette er området med lavest trykk og syklonen vil derfor suge opp luft gjennom turbinen, hvorved turbinen roterer. Lufta vil så stige oppover spiralformet og unnslippe fra toppen av tårnet.

Ved lave vindhastigheter, vil den dannede syklonen være så svak at rotoren 23 driver turbinen 19 via frihjulkoblingen 25, mellom akslene 24 og 20. Ved høyere vindhastigheter vil rotoren 23 forstyrre syklondannelsen noe, men den skaperøkning ved lave vindhastigheter og kombinasjonen av syklondannelse og rotor 23 er et kompromiss som viser seg å være fordelaktig i mange applikasjoner. Siden bladene 28 til rotoren 23 bare dekker en mindre del av tårnets radius og etterlater sentrum av tårnet fritt, er deres innvirkning akseptable. Imidlertid, i alternative utførelsesformer kan det velges å utelate rotoren 23 og i stedet bruke et tomt tårn.

Varmen generert i vannbremsen 27 kan for eksempel brukes i et distrikts-varmenettverk. Vannbremsen kan elektronisk styres fra null energi og oppover for å skape et kraftverk med denønskede totale sammenhengen mellom avgitt varmeenergi og elektrisk energi ved ethvert øyeblikk.

Som vist i Figurene 2b-2c, har tårnet 12 et sirkulært tverrsnitt, som betyr at tverrsnittsdelen fra et horisontalt synspunkt (Fig. 2c), er elliptisk. Dette designet har vist seg å betydelig øke den avgitte energien til vindkraftverket sammenlignet med et design med et vertikalt tårn med et sirkulært tverrsnitt. Dette er sannsynligvis på grunn av det fakta at luftstrømmen i den dannede syklonen vil bli bremset og akselerert to ganger per rotasjon, dvs. at det vil bli fire forandringer i hastigheten per rotasjon, som resulterer i at kinetisk energi forandres til varmeenergi. Denøkte lufttemperaturen minsker luftfuktigheten og følgeligøker den vertikale stigehastigheten til lufta i syklonen ogøker energien fra turbinen. Diameteren til tårnet kan for eksempel være 10-15 m for et kraftverk av medium størrelse og tårnets høyde kan være for eksempel omtrent 3 ganger diameteren.

I det ovenfor beskrevne eksemplet, er den elliptiske tårnformen i horisontalplanet oppnådd gjennom et tårn med et sirkulært tverrsnitt som heller med hensyn til vertikalen. Helningen vil typisk være med en vinkel på 2-40 grader og mest fordelaktig 10-30 grader.

Figurene 4a-4b illustrerer en alternativ utførelsesform hvor tårnet er vertikalt anordnet og den ikke-sirkulære elliptiske formen i en horisontal tverrsnittsdel er oppnådd ved å designe det ragende tårnet til å være elliptisk i seg selv, se snitt langs linja d-d i Fig. 4a, vist i Fig. 4b. Også dette tårnet er orientert slik at den lange aksen til ellipsen er anordnet for å være anordnet parallell til retningen av den innkommende vinden.

Herigjennom er det for eksempel ikke behov for skråstilling av rotorbladene 28 og kilen (14 i Fig. 1 og 2a) hvilket medfører at hellingen av tårnet kan utelates. Denne utførelsesformen er fra et mekanisk synspunkt enklere enn de eksemplifiserte utførelsesformene som er vist med henvisning til Fig. 1 og Fig. 2. Denne ragende utførelsesformen av den foreliggende oppfinnelsen vil ikke bli beskrevet i ytterligere detalj her, siden tårnet 12 er montert på en liknende måte og det omfatter komponenter som allerede er beskrevet med henvisning til Fig. 1 og Fig. 2.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å erverve energi fra et vindkraftverk som omfatter en generatordrevet turbin (19) med en akse (24) parallell til tårnet, hvor en syklon er generert i tårnet (12) som er åpen i toppen og forsynt med et sideinnløp (13) for vinden, slik at lavtrykksregionen i sentrum av syklonen genererer drivkraften for luftstrømmen gjennom turbinen, hvor tårnet (12) roteres under driften slik at vindinnløpet (13) til tårnet holdes mot vinden,karakterisert vedat tårnet (12) holdes i en hellende posisjon til vertikalen, i en retning parallell til retningen av vinden, slik at tverrsnittet til tårnet danner en elliptisk form i horisontalplanet, hovedsakelig langs hele tårnets lengde, og hvor sentrum av ellipsen er plassert hovedsakelig ved samme akse (24).

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1,karakterisert vedat tårnet (12) holdes hellende med 10-30 grader til vertikalen.

3. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat tårnet (12) holdes hellende til vertikalen, i en retning som sammenfaller med retningen til vinden.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et av de foregående patentkravene,karakterisert vedat lufta blir tilført et venturi-formet innløp (21) gjennom et flertall spiralformete kanaler (22) i en base (11) i vindkraftverket.

5. Vindkraftverk av syklontype som omfatter en base (11), et tårn (12) anordnet over basen og som er åpen i toppen og forsynt med et sideinnløp (13) for vinden for å generere en syklon i tårnet, en hovedsakelig horisontal turbin (19) som har innløp (21, 22) gjennom basen og utløp til sentrum av syklonen i tårnet og som er koblet for drift av en generator (16) anordnet i basen,karakterisert vedat tårnet (12) er formet slik at tverrsnittet til tårnet danner en elliptisk form i horisontalplanet, hovedsakelig langs hele tårnets lengde, hvor sentrum av ellipsen er plassert hovedsakelig ved tårnets akse (24).

6. Vindkraftverk i samsvar med patentkrav 5,karakterisert vedat nevnte elliptiske form dannes av at tårnet har en sirkulær tverrsnittsdel og heller mot vertikalen i en retning parallell til retningen av vinden.

7. Vindkraftverk i samsvar med patentkrav 6,karakterisert vedat tårnet (12) heller med 10-30 grader mot vertikalen, fortrinnsvis i en retning som er sammenfallende med retningen til vinden.

8. Vindkraftverk i samsvar med patentkrav 5,karakterisert vedat tårnet (12) er vertikalt og har et elliptisk tverrsnitt.

9. Vindkraftverk i samsvar med et av patentkravene 5-8,karakterisert vedat tårnet (12) omfatter en rotor (23) med blader (28) og en aksel (24), parallell og koaksial til tårnet som er koblet til akselen (20) til turbinen ved hjelp av en frihjulkobling (25).

10. Vindkraftverk i samsvar med patentkrav 9,karakterisert vedat rotorakselen (24) er anordnet for drift av en vannbrems (27) for oppvarmning av vann.