BE896960R

BE896960R - Windenergieproduktie regulerende waterrem met regelbare energieafname aangedreven door windturbine met in rotatievlak omgebogen wieken die wind concentreren door middelpuntvliedende luchtejectie

Info

Publication number: BE896960R
Application number: BE0/210933A
Authority: BE
Original assignee: Vandervelden Etienne
Priority date: 1982-06-17
Filing date: 1983-06-03
Publication date: 1983-10-03

Description


  "Windenergieproduktie regulerende waterrem

  
met regelbare energieafname, aangedreven

  
door windturbine met in rotatievlak omge-

  
bogen wieken die wind concentreren door middelpuntvliedende luchtejectie"  Deze verbeteringsoctrooiaanvrage heeft tot doel de kenmerken van het hoofdoctrooi 893.545, op

  
17 juni 1982 door aanvrager ingediend, beter te doen uitkomen .

  
Het doel van de uitvinding is inderdaad een inrichting voor de produk tie van thermische energie en voor het tegelijkertijd autoreguleren van de snelheid van een windmolen of windturbine. Meer bepaald heeft de uitvinding tot doel een inrichting voor te schrijven waarvan de structurele elementen eenvoudig te construeren zijn, uiterst bedrijfszeker zijn en buiten een hoog thermisch rendement door Joule-effekt, ook de mogelijkheid scheppen een autoregulerende werking op de snelheid van de windmolen of windturbine uit te oefenen.

  
Een belangrijk doel van de uitvinding is dus de beschikbare energie tot andere doeleinden dan warmteproduktie te benutten (zagen, malen, electriciteit produceren enz.).

  
Om dit volgens de uitvinding te bereiken, bevat de inrichting volgens de uitvinding een

  
op de draaias van een windturbine of windmolen gemonteerde waterrem of hydraulische rem, bestaande uit een cylindrisch lichaam, minstens één op hogerbedoelde draaias gemonteerde rotor en één rondom bedoelde draaias bij bedoelde rotor gemonteerde stator, een hoeveelheid vloeistof in bedoeld cylindrisch lichaam die nagenoeg op het niveau van de rotor komt, een pomp op de draaias die ge dompeld b li j f t in bedoe lde vloe is tof , een rege lbare inlaat vanaf een vloeistofreservoir, van deze vloeistof, naar het cylindrisch lichaam en een regelbare uitlaat van deze vloeistof naar hetzelfde reservoir,

   één en ander zodanig dat bedoelde rotor en stator zich tussen hogerbedoelde in- en uitlaat bevinden en tenslotte twee aftakkingen op bedoeld cylindrisch lichaam om de opgewarmde vloeistof naar minstens één warmtewisselaar te voeren en de afgekoelde vloeistof terug naar het cylindrisch lichaam te voeren.

  
Volgens een mogelijke verwezenlijkingsvorm komt hogerbedoelde rotor boven hogerbedoelde stator voor.

  
Volgens een andere verwezenlijkingsvorm komt bedoelde rotor onder bedoelde stator voor.

  
Een detail van de uitvinding bestaat hierin dat onder het meest naar onder voorkomend element
(rotor of stator) een plaat voorkomt die langs de omtrek hiervan een doorgang voor de circulerende vloeistof toelaat terwijl op hogerbedoelde draaias een pomp is gemonteerd die de vloeistof door hogerbedoelde rotor en stator alsook langsheen de omtrek van hogerbedoelde plaat doet circuleren.

  
Volgens een mogelijke uitvoeringsvorm komen op hogerbedoelde draaias een tweede rotor, een tweede stator voor en werkt hiermede een tweede

  
Andere details en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiernavolgende beschrijving van een inrichting voor de produktie van thermische energie en voor het autoreguleren van de snelheid van een windmolen of windturbine, volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt uitsluitend bij wijze van voorbeeld gegeven en beperkt de uitvinding niet. De verwijzingscijfers hebben betrekking op de hieraan toege-voegde f iguur .

  
De figuur is een schematisch gehouden langsdoorsnede van de inrichting volgens de uitvinding.

  
De inrichting beva t een vloeistofreservoir (1) en een daarin gemonteerde verticale draaias

  
(2).

  
Het cylindrisch lichaam bevat een hoeveelheid vloeistof die aange voerd word t vanaf een reservoir (3), een inlaat (4) voor deze vloeistof en een

  
 <EMI ID=1.1> 

  
gelkraan (7) op de uitlaat (5) . Zoals afgebeeld op de figuur komt het vloeistofniveau in het cylindrisch lichaam (1) iets onder de uitlaat (5) die het cylindrisch lichaam (1) en he t reservoir (3) verbindt, voor.-

  
Bovenaan het cylindrisch lichaam (1) is een retourleiding (8) voorzien voor het terugvoeren van de vloeistof naar het reservoir (3). Een ontluchtingskanaal (9) is op deze retour leiding (8) afgetakt.

  
Op de wand van het cylindrisch lichaam

  
(1) zijn twee aftakkingen (10) en (11) voorzien met rege lkranen (12) resp. (13). De aftakking (10) voer t de opgewarmde vloeistof naar minstens één warmtewisselaar terwijl de af takking (11) de re tour le iding vormt voor de afgekoelde vloeistof uit een niet getekende warmteopslagof s toomproduktieéénhe id .

  
Enkel de af takk ing (10) is tangentieel t.o.v. dit cylindrisch lichaam aangebracht om met de draairichting van rotor en pomp het pompeffekt maximaal te benutten. Om dezelfde reden wordt dezelfde aftakking (10) ter hoogte van de rotor (16) ingeste ld .

  
Op de draaias (2) is een pomp (14) gemonteerd die bij rotatie van de draaias (2) de vloei-stof door een stator (15) en een rotor (16) jaagt. De stator (15) draagt in het midden een kogel- of rollager

  
(17) voor de draa ia s (2). De s ta tor (15) rus t op de plaat (18) die het bovenste deel vormt van de behuizing van de pomp (14) . Langs de omtrek vertoont de plaat (18) een reeks openingen (18') die een doorgang mogelijk maken voor de vloeistof in de richting van de stator

  
(15) .

  
Zowel de s ta tor als de rotor kunnen voordelig bestaan uit radiaal aangebrachte hoekijzers. In rotor en stator zijn de hoekijzers zo geplaatst dat, wanneer men de draaizin van de draaias (2) beschouwt, de

  
 <EMI ID=2.1> 

  
vleugel hiervan voorkomt. De draaizin wordt door pijl

  
(24) aangeduid.

  
In de inrichting volgens de figuur komen nog een tweede stator (19) , een rotor (20) en een plaat (21) voor.

  
Deze elementen komen voor in de bovenste helft van het cylindrisch lichaam (1) . Elke rotor

  
 <EMI ID=3.1> 

  
Een rotor bestaat bij voorkeur uit 8 radiaal ingestelde L-profielen terwijl de stator gevormd wordt door bij voorkeur 6, eveneens radiaal ingestelde L-profielen. In

  
 <EMI ID=4.1> 

  
element met zijn verticale vleugel naar omlaag gericht en is dus de verticale vleugel van het onderste element naar omhoog gericht. De bovenste rotor (20) heeft bij voorkeur grotere afmetingen dan de onderste rotor (16) .

  
De plaat (18) heeft, in de uitvoeringsvorm volgens de figuur, een driedubbele funktie:
- het vormt een deel van het pomphuis; - is de drager van stator (15); 
- is ook de drager van kogel- of rollager (17).

  
De plaat (21) draait met de rotor (20) en vormt hiermede een geheel.

  
Tenslotte heeft de verwijzing (22) betrekking op een purgeerkraan van reservoir (3).

  
De vloeistof die door wrijving (Jouleeffekt) wordt opgewarmd, kan water of olie zijn of gelijk welk tot dit doel geschikt vloeistofmengsel.

  
Verschillende mogelijke bedrijfsstanden worden hierna uiteengezet hoofdzakelijk in functie van het openen en sluiten van de kranen (6) en (7). Deze mogelijke standen zijn de volgende:

  
1[deg.]) Kraan (6) wordt afgesloten. In deze stand draait de windturbine vrij. De w indturbine kan, indien de draaias daartoe met het nodige apparatuur is uitgerust, bijvoorbeeld uitsluitend electriciteit produceren. Opwarming door joule-effekt van de in het cylindrisch lichaam (1) aanwezige vloeistof vindt niet plaats.

  
2[deg.]) Kraan (6) is open en kraan (7) blijft gesloten.

  
De windmolen wordt afgeremd. Het Joule-effekt in de vloeistof is voor een gegeven sne lheid van de w indturbine maximaal. Bij deze stand van de kranen (6) en (7) zijn b i j voorkeur de kranen (12) en (13) open waardoor de in het cylindrisch lichaam (1) opgewarmde vloeistof naar een warmtewisselaar of een stoomproduktieéénheid wordt afgevoerd. De afgekoelde vloeistof keert door de retourleiding (11) en kraan (13) naar het cylindrisch lichaam

  
(1) van de inrichting terug.

  
3[deg.]) Kranen (6) en (7) staan in een stand die als een intermediaire stand kan worden aanzien. Van de stand van beide kranen (6) en (7) hangt een voorafbepaalde snelheid van de windturbine af. De inrichting kan bijvoorbeeld door het reeds genoemde joule-effekt weinig warmte produceren terwijl de draaias tot andere doeleinden kan worden gebruikt.

  
4[deg.]) Kranen (6) en (7) zijn gesloten terwijl de kranen (12) en (13) open blijven. Dank zij een op voorhand gekozen vloeistofniveau in het cylindrisch lichaam (1) blijf t de windturbine evenee ns op

  
een voorafbepaald regime draaien.

  
5[deg.]) Bij gelijk welk regime van de inrichting bepaalt de graad van opening van de kranen

  
(12) en (13) de mogeli jkheid de temperaturen door jouleeffekt in de inrichting op te drijven of te reduceren. Zoals reeds hoger gezegd, kunnen de af takkingen (10) en

  
(11) in verbinding staan met hetzij een reservoir voor het opslaan van warme vloeistof, één of meer warmtewisselaars voor het overdragen van warmte.

  
Deze verschillende onderdelen kunnen

  
in verschillende uitvoeringsvormen en in funktie van de behoeftes worden gestructureerd.

  
Uit de hierboven beschreven bedrijfsstanden van de verschillende kranen kan afgeleid worden dat bij stilstand de pomp geen vloeistof uit het reservoir (3) aanzuigt. Door het laag vloeistofniveau in het cylindrisch lichaam (1) heef t de inrichting een laag rendement of in het geheel geen rendement. De windturbine start hierbij gemakkelijk gezien de aanwezige vloeistof geen remmend effekt zal uitoefenen. Bij hogere windsnelheid zuigt de pomp (14) meer vloeistof aan welke vloeistof in het cylindrisch lichaam (1) stijgt. De stijging van het vloeistofniveau in het cylindrisch lichaam (1) wordt geregeld door in te werken op de kranen

  
(6) en (7) .

  
Bij te hoge windsnelheden stijgt de vloeistof tot boven het tweede stel gevormd door stator

  
(19), rotor (20) en plaat (21) wat een verhoging

  
van de energieafname van de windturbine betekent. Een overbelasting van de windturbine ontstaat hieruit. De windturbine vertraagt dus door afremming. De door de inrichting gevormde waterrem vertraag t terwijl het peil van de vloeistof onder de rotor (20) daalt wat de windturbine terug sneller doet aanlopen. Het is dus duidelijk dat door de juiste keuze van de kranen (6) en (7) voor een gegeven windsnelheid een voorafbepaalde energieafname kan worden gekozen terwijl de windturbine zelf een zelfregulerende werking ondergaat.

  
In verband met de autoregulerende werking van de inrichting volgens de uitvinding moet nog het volgende worden opgemerkt.

  
1. De onderste rotor (16) en stator

  
(15) moeten zo gedimensioneerd zijn dat zij bij elke windsnelheid, samen met de pomp, niet meer dan + 95 % van de door de windturbine geleverde energie absorberen.

  
2. De door de rotor (19)en stator

  
(20) ontwikkelde afremming vertraagt de draaisnelheid van de windturbine op zodanige wijze dat haar aerodynamisch rendement sterk wordt aangetast.

  
Tenslotte weze nog opgemerkt dat het rendement van de inrichting of wa terrem o.m. funk tie is van:

  
a. de afstand tussen stator en rotor die bi j voorkeur 12 mm moet bedragen; 

  
b. de derdemacht van de draaisnelheid van de rotor;

  
c. de vijfdemacht van de diameter van deze rotor.

  
Het is duidelijk dat de uitvinding niet beperkt is tot de hierboven beschreven uitvoeringsvorm en dat hieraan vele veranderingen zouden kunnen worden aangebracht zonder buiten het raam van de octrooiaanvrage te treden. Zo kan tussen de aftakkingen (10) en

  
(11) een waterreservoir met een zeer groot volume worden ingeschakeld die de warmteproduktie in het cylindrisch lichaam (1) in alle omstandigheden zonder gevaar voor stoomproduktie kan absorberen. Op dit reservoir of op de aftakking (10) kan een thermostatische regeling worden voorzien die kan inwerken op de stand van de kranen (6) en (7) alsook op de afremming of uit het wind zetten van de windturbine.

  
Tenslotte moet nog opgemerkt worden dat wanneer, in tegenstelling tot wat de figuur voorstelt, de rotor (16) onder de stator (15) voorkomt, de plaat (18) drager wordt van rotor (16) en pomp (14) .

  
De plaat (18) is dan een bewegend (draaiend) onderdeel van het pomphuis.

Claims

CONCLUSIES.

1. Inrichting voor de produktie van thermische energie en voor het tegelijkertijd autoreguleren van de snelheid van een windmolen of windturbine, met het kenmerk dat zij een op de draaias van een windturbine of windmolen gemonteerde waterrem of hydraulische rem bevat, bestaande uit een cylindrisch lichaa m (1) , minstens één op hogerbedoelde draaias (2) gemonteerde rotor (16) en een rondom bedoelde draaias (2), bij bedoe lde rotor (16) gemonteerde s ta tor (15), een hoeveelheid vloeistof in bedoeld cylindrisch lichaam (1) die nagenoeg op het niveau van de rotor (16) komt, een pomp

(14) op de draaias (2) die gedompeld blijft in bedoelde vloeistof, een regelbare inlaat (4) voor deze vloeistof, vanaf een vloeistofreservoir (3), van deze vloeistof

naar het cylindrisch lichaa m (1) en een regelbare uitlaat (5) van deze vloeistof naar hetzelfde reservoir (3), één en ander zodanig dat bedoelde rotor (16) en stator

(15) zich tussen hogerbedoelde in- en uitlaat (4) resp.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat hogerbedoelde rotor (16) boven hogerbedoelde stator (15) voorkomt.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk dat hogerbedoelde rotor (16) onder hogerbedoe lde s ta tor (15) voorkomt .

4. Inrichting volgens één van de conclusies 1-3, met het kenmerk dat de stator (15) op een plaat (18) rust die het bovendeel van de behuizing van

de pomp (14) vormt, welke plaat (18) langs de omtrek openingen (18') vertoont voor de doorgang van de circulerende vloeistof.

5. Inrichting volgens één van de conclusies 1-4, met het kenmerk dat op hogerbedoelde draaias (2) een tweede rotor (20), een tweede stator (19) voorkomen en dat hiermede een tweede plaat (21) samenwerkt, met welke plaat (21) de rotor (20) is verbonden.

(5) bevinden en tens lotte twee af takkingen (10) en (11)

op bedoeld cylindrisch lichaam (1) om de opgewarmde vloeistof naar minstens één warmtewisselaar te voeren en de afgekoelde vloeistof terug naar het cylindrisch lichaam (1) te voeren.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk dat hogerbedoelde plaat (21) boven de rotor (20) en de stator (19) voorkomt.

7. Inrichting volgens één van de conclusies 1 tot 6, met het kenmerk dat hogerbedoelde rotor

(16) resp. (20) gevormd wordt door een reeks loodrecht

op hogerbedoe lde draaias (2) ingestelde. L-profielen waarb i j de horizonta le vleugel van he t profiel in de draa irichting van de rotor (16) resp. (20) beschouwd, na de verticale vleugel voorkomt.

8. Inrichting volgens één van de conclusies 1-7, met het kenmerk dat hogerbedoelde rotors en statos s teeds me t de ops taande v leuge ls van bedoe lde L-profielen naar elkaar toe gericht zijn.

9. Inrichting volgens één van de conclusies 1-8, met het kenmerk dat de diameter van de rotor

(19) groter is dan deze van de rotor (16).

10. Inrichting volgens één van de conclusies 1 tot 9, met het kenmerk dat in het bovenste deel van hogerbedoeld cylindrisch lichaam (1) een retourleiding (8) is voorzien.

11. Inrichting volgens één van de conclusies 1-10, met het kenmerk dat in het bovenste deel van hogerbedoeld cylindrisch lichaam (1) een ontluchtingskanaal (9) is voorz ien .

12. Inrichting volgens één van de conclusies 1 tot 11, met he t kenmerk dat op de inrichting, tussen de aftakkingen (10) en (11) een waterreservoir is ingeschakeld die de warmteproduktie in het cylindrisch lichaam (1) in alle omstandigheden zonder gevaar voor stoomproduktie kan absorberen. <EMI ID=5.1>

met het kenmerk dat op dit reservoir een thermostatische rege ling is inges te ld die op de s tand van de kranen (6) en (7) kan inwerken en de afremming of het uit het wind zetten van de windturbine veroorzaakt.