DE19744174A1

DE19744174A1 - Air flow converter for generating electrical energy without harmful substances on ocean

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Publication number: DE19744174A1
Application number: DE19744174A
Authority: DE
Original assignee: OTTO GERD ALBRECHT
Current assignee: OTTO GERD ALBRECHT
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 1999-04-08

Abstract

The air flow converter has an energy converter mounted on a floating body so that it is rigid against torsion. It communicates in movable fashion only through an anchor on the ocean bottom. The energy converter can be located inside a concentrator. A floating body (3) communicates with an anchor (1) through a linkage. The energy converter (7) is located concentrically in a concentrator and forms a stable construction with the floating body. The energy converter is mounted on a floating body through a mast (15) with streamlined cross-section and communicates with the anchor through an elastic connection through linkages.

Description

Die Erfindung realisiert eine Einrichtung zur Konvertierung der Luftströmung in vorzugsweise elektrische Energie im Megawattbereich auf dem offenen Meer. Die Erfindung ist auch geeignet, kleine Konverter nach dem gleichen Prinzip zu realisieren.The invention realizes a device for converting the air flow into preferably electrical Energy in the megawatt range on the open sea. The invention is also suitable for small converters to implement the same principle.

Windenergiekonverter für die Umsetzung der kinetischen Luftströmungsenergie in elektrische Energie gehören zum Stand der Technik. Handelsübliche Windenergiekonverter haben Leistungen bis zu 3 MW und sind geeignet, in den erfindungsgemäßen Luftströmungskonverter integriert zu werden, so weit es sich um den aerodynamischen Rotor und den elektrodynamischen Generator, der sogenannten Gondel herkömmlicher Konverter, handelt.Wind energy converter for the conversion of kinetic air flow energy into electrical energy belong to the state of the art. Commercial wind energy converters have outputs of up to 3 MW and are suitable to be integrated in the air flow converter according to the invention, as far as it is concerned the aerodynamic rotor and the electrodynamic generator, the so-called nacelle conventional converter.

Durch den erfindungsgemäßen Luftströmungskonverter kann die Energieumsetzung um ein Vielfaches vergrößert werden, wenn der Energieumsetzer mit dem vorgeschlagenen Konzentrator versehen wird. Es ist Aufgabe der Erfindung, insbesondere im Offshorebereich die Leistungsparameter der konventionellen Luftströmungskonverter mit waagerechter Achse wesentlich zu erhöhen und Luftströmungsumsetzer zu realisieren, die im 10 MW-Bereich mit Einrichtungen der derzeitigen Technik möglich werden. Konventionelle Windenergiekonverter, die im Offshorebereich zum Einsatz kommen, werden derzeitig wie auf dem flachen Land üblich, auf senkrechten Masten mit rundem Querschnitt auf ein Fundament gesetzt, die eine starre Konstruktion einschließlich der Fundamentierung auf dem Meeresboden bilden. Die Aufwendungen für das derzeitige Konzept zur Realisierung der Fundamente im Offshorebereich sind demzufolge relativ hoch, weshalb Meerestiefen von 10 bis 30 m zur Zeit nur wirtschaftlich zu erreichen sind. Durch die erfindungsgemäße Ausführung werden Meerestiefen bis zu 30 m und weit über 50 m zu überbrücken möglich, ohne besonders aufwendige Turmkonstruktionen auf dem Meeresgrund lotrecht zu errichten.By means of the air flow converter according to the invention, the energy conversion can be carried out many times over be enlarged if the energy converter is provided with the proposed concentrator. It is the object of the invention, in particular in the offshore area, of the performance parameters of the conventional ones Airflow converter with horizontal axis to increase significantly and airflow converter too realize that are possible in the 10 MW range with facilities of current technology. Conventional wind energy converters that are used in the offshore sector are currently becoming like common on flat land, placed on a foundation on vertical masts with a round cross-section, which form a rigid structure including foundation on the seabed. The Expenses for the current concept for the realization of the foundations in the offshore area are therefore relatively high, which is why sea depths of 10 to 30 m can currently only be reached economically are. Due to the design according to the invention, sea depths of up to 30 m and well over 50 m become can be bridged without the need for particularly complex tower constructions on the sea floor erect.

Der im Folgendem vorgeschlagene Luftströmungskonverter hat lediglich eine Verankerung, die auf dem Meeresgrund plaziert wird und ein dreidimensionales Gelenk beinhaltet, mit dem der Luftströmungskonverter auf dem Meeresboden frei beweglich verankert ist. Diese Verankerung hat den Vorteil, daß eine aufwendige stabile Konstruktion für den Mast des herkömmlichen Luftströmungskonverter entfällt. Statt der herkömmlichen Mastkonstruktion oberhalb und unterhalb des Meeresspiegels wird der Mast so ausgebildet, daß er teilweise als Schwimmkörper in Anspruch genommen wird und so frei beweglich über eine Gelenkverbindung auf dem Meeresboden verankert ist. Diese Konstruktion hat in einer ersten Ausführungsvariante lediglich ein Gelenk, das in einer Verankerung am Meeresboden arretiert ist. Dadurch entfällt die aufwendige herkömmliche Rotorkopfverstelleinheit, die sogenannte Azimutkonstruktion am Turmkopf unterhalb der Gondel. Durch die starre Konstruktion zwischen der Verankerung und dem Schwimmkörper wird erreicht, daß der Luftströmungsumsetzer selbsttätig aufrechtstehend leeseits zur Arretierung sich immer automatisch in Windrichtung einstellt. Mit Hilfe dieser Konstruktion können bedeutend größere Meerestiefen überbrückt werden, die mit großem wirtschaftlichen Vorteil gegenüber einer festen Fundamentierung auf dem Meeresgrund zu überbrücken sind. Leistungen der Konverter ab 1 MW können mit relativ geringem Aufwand in Meerestiefen über 50 m verankert und betrieben werden. Aus Vorstehendem wird erkennbar, daß der erfindungsgemäße Windenergiekonverter mit dem vorgeschlagenen Konzentrator, der als Reifen ringförmig den Energieumsetzer (7) umschließt und mit seiner Drehachse und der Achse des Konzentrators zusammenfällt, wesentlich zur Verbesserung der Nutzung der Luftströmung beiträgt. Die Realisierung ist ähnlich der Konstruktion sogenannter Diffusoren, wie sie in Windkanälen Anwendung finden, auszuführen oder auch ähnlich der bekannten Venturidüse zu gestalten. Die vorgeschlagene Ausführung ist gegenüber diesen jedoch dadurch vorteilig zu gestalten, daß im Blattspitzenbereich der Rotoren keine nachteiligen Verwirbelungen entstehen. Diese aerodynamisch begünstigte, widerstandsgeminderte Ausführung des Konzentrators gestattet eine relativ weit entfernte Blattanordnung des Rotors in der erfindungsgemäßen Ausführung und trägt wesentlich zur Leistungssteigerung herkömmlicher Rotoren bei. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Ausführung des Konzentrators deswegen besonders stromlinienförmig ausgeführt, um im Falle großer Windgeschwindigkeiten über 30 m/s das Stillsetzen des Rotors mit geringstem Luftwiderstand zu gewährleisten.The air flow converter proposed in the following has only one anchor which is placed on the seabed and contains a three-dimensional joint with which the air flow converter is anchored freely movable on the sea floor. This anchoring has the advantage that there is no need for a complex, stable construction for the mast of the conventional airflow converter. Instead of the conventional mast construction above and below sea level, the mast is designed in such a way that it is partially used as a floating body and is anchored to the seabed in a freely movable manner via an articulated connection. In a first embodiment variant, this construction has only one joint, which is locked in an anchorage on the sea floor. This eliminates the complex conventional rotor head adjustment unit, the so-called azimuth construction on the tower head below the nacelle. The rigid construction between the anchoring and the floating body ensures that the air flow converter automatically stands upright on the leeward side for locking purposes and always adjusts itself automatically in the wind direction. With the help of this construction, significantly greater depths of the sea can be bridged, which can be bridged with great economic advantage compared to a solid foundation on the seabed. Outputs of the converter from 1 MW can be anchored and operated in sea depths over 50 m with relatively little effort. From the above it can be seen that the wind energy converter according to the invention with the proposed concentrator, which surrounds the energy converter ( 7 ) in a ring shape and coincides with its axis of rotation and the axis of the concentrator, makes a significant contribution to improving the use of the air flow. The implementation is similar to the construction of so-called diffusers, such as those used in wind tunnels, or to be designed similarly to the known Venturi nozzle. However, the proposed design is advantageous compared to these in that no disadvantageous swirls occur in the blade tip region of the rotors. This aerodynamically favored, resistance-reduced design of the concentrator permits a relatively distant blade arrangement of the rotor in the design according to the invention and contributes significantly to the performance increase of conventional rotors. In particular, the design of the concentrator according to the invention is therefore particularly streamlined in order to ensure that the rotor is stopped with the least air resistance in the event of high wind speeds above 30 m / s.

Die Erfindung erlaubt aber auch sehr große Luftströmungsgeschwindigkeiten zu nutzen, da die relativ kleineren Abmessungen des aerodynamischen Rotors eine stabilere Konstruktion für größere Leistungen gestattet. However, the invention also allows very high air flow speeds to be used, since the relative smaller dimensions of the aerodynamic rotor a more stable construction for higher performances allowed.

Embodiments

Die Ausführung der Erfindung wird in Abbildungen verschiedener Varianten dargestellt und im Folgendem erläutert.The implementation of the invention is shown in illustrations of different variants and in the following explained.

Die Abbildungen zeigenThe pictures show

Fig. 1 Seitenansicht in teilweiser Schnittdarstellung des Luftströmungskonverter mit Schwimmkörper Fig. 1 side view in partial sectional view of the air flow converter with floating body

Fig. 2 Ansicht einer gleichartigen Ausführung in Windrichtung Fig. 2 View of a similar design in the wind direction

Fig. 3 Ansicht einer Ausführung mit freibeweglicher Verbindung Fig. 3 view of an embodiment with a freely movable connection

Fig. 4 Seitenansicht einer Ausführung mit Schwimmkörper und Konzentrator Fig. 4 side view of an embodiment with float and concentrator

Fig. 5 Seitenansicht einer Ausführung mit freibeweglichem Schwimmkörper und Konverter Fig. 5 side view of an embodiment with floating float and converter

Fig. 6 Luftströmungskonverter mit Schwimmkörper und Energieumsetzer Fig. 6 air flow converter with float and energy converter

Fig. 7 Luftströmungskonverter mit Konzentrator leichter als Luft. Fig. 7 airflow converter with concentrator lighter than air.

In Fig. 1 ist der Luftströmungskonverter in seiner grundlegenden Ausführung dargestellt. Mit dieser Darstellung wird demonstriert, welche Merkmale die Konstruktion der erfindungsgemäßen Ausführung aufzuweisen hat. Der Luftströmungskonverter besteht im wesentlichen aus dem Schwimmkörper, der mit dem Konzentrator und/oder dem Luftströmungsumsetzer eine stabile Konstruktion bildet und ist mit der Verankerung, die auf dem Meeresboden ortsfest angeordnet ist, über ein Gelenk beweglich verbunden. In der Verankerung (1) ist das Gelenk (2) befestigt, über dem die im übrigen zusammenhängende stabile Konstruktion mittels Gelenk beweglich, aber ortsfest arretiert ist. Das Gelenk (2) kann als Kugelgelenk oder Kardangelenk dreidimensional freibeweglich ausgeführt sein. Der Schwimmkörper (3) kann in dieser Ausführung mit dem Gelenk (2) eine konstruktive Einheit bilden und als kegelförmiger Schwimmkörper ausgebildet sein. Über Streben oder eine Mastkonstruktion (4) ist der Konzentrator (5) mit dem Schwimmkörper (3) oberhalb der Wasseroberfläche zu einer Konstruktionseinheit verschmolzen. Innerhalb des Konzentrators ist der Energieumsetzer (7), der auch als herkömmliche Windturbine ausgeführt sein kann, konzentrisch angeordnet. Der Energieumsetzer (7) hat die Aufgabe, die kinetische Luftströmungsenergie in elektrische Energie umzusetzen. Diese Aufgabe kann auch durch eine handelsübliche konventionelle Windkonverterkonstruktion realisiert werden und sollte vorzugsweise einen getriebelosen Generator beinhalten. Es kann aber auch eine ähnliche Konstruktion, möglichst getriebelos, speziell für diesen Zweck, konstruiert werden, wodurch eine wesentliche Leistungssteigerung erreicht werden kann. Natürlich ist es auch denkbar und liegt im Bereich dieser Erfindungsaufgabe, den handelsüblichen Konverter auch ohne Konzentrator (5) über eine Halterung (12) auf dem Schwimmkörper (3) zu montieren. Der Vorteil des dargestellten Luftströmungskonverters liegt darin begründet, daß im Konzentrator (5) im Bereich der Blätter (10) des Energieumsetzers (7) die Luftströmungsgeschwindigkeit erhöht wird, wodurch die Energieumsetzung bei gleicher Leistung des Generators um ein Vielfaches steigt. Bei einer Verdopplung der Windgeschwindigkeit kann etwa die achtfache Energieumsetzung erzielt werden. Diese Verbesserung der Wirtschaftlichkeit übersteigt den höheren technischen Aufwand für die erfindungsgemäße Konstruktion gegenüber dem Stand der Technik weit.In Fig. 1, the air flow converter is shown in its basic embodiment. This representation demonstrates which features the construction of the embodiment according to the invention has to have. The air flow converter essentially consists of the floating body, which forms a stable construction with the concentrator and / or the air flow converter, and is movably connected to the anchorage, which is arranged in a fixed manner on the sea floor, via a joint. In the anchoring ( 1 ), the joint ( 2 ) is fastened, via which the otherwise stable construction can be moved by means of a joint, but is fixed in place. The joint ( 2 ) can be designed to be freely movable in three dimensions as a ball joint or universal joint. In this embodiment, the floating body ( 3 ) can form a structural unit with the joint ( 2 ) and be designed as a conical floating body. The strut or a mast construction ( 4 ) fuses the concentrator ( 5 ) with the floating body ( 3 ) above the water surface to form a construction unit. The energy converter ( 7 ), which can also be designed as a conventional wind turbine, is arranged concentrically within the concentrator. The energy converter ( 7 ) has the task of converting the kinetic air flow energy into electrical energy. This task can also be realized by a conventional wind converter design and should preferably include a gearless generator. However, it is also possible to construct a similar construction, if possible without a gear, specifically for this purpose, which can achieve a significant increase in performance. Of course, it is also conceivable and within the scope of this task of the invention to mount the commercially available converter on the floating body ( 3 ) without a concentrator ( 5 ) via a holder ( 12 ). The advantage of the air flow converter shown is that the air flow rate is increased in the concentrator ( 5 ) in the area of the blades ( 10 ) of the energy converter ( 7 ), as a result of which the energy conversion increases many times over with the same power of the generator. If the wind speed is doubled, about eight times the energy conversion can be achieved. This improvement in economy far exceeds the higher technical outlay for the construction according to the invention compared to the prior art.

Die Rotorachse des Energieumsetzers (7) ist im Abstand (F) zur Verankerung (1) leeseits in Windrichtung angeordnet. Dadurch stellt sich der Luftströmungskonverter gemäß der erfinderischen Ausführung automatisch selbsttätig in den Wind, folgedessen entfällt eine aufwendige Windnachführung. Zusätzlich kann ein Ausgleicher (8) mit dem Gewicht (G) über einen Ausleger zur Stabilisierung der gesamten Konstruktion beitragen.The rotor axis of the energy converter ( 7 ) is arranged at a distance (F) from the anchorage ( 1 ) on the leeward side in the wind direction. As a result, the air flow converter automatically stands in the wind in accordance with the inventive design, and consequently there is no need for complex wind tracking. In addition, an equalizer ( 8 ) with the weight (G) can help stabilize the entire construction via a boom.

In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel in Windrichtung dargestellt. Der Schwimmkörper (3) ist über ein Verbindungsgestell (11) mit der Verankerung (1) über das freibewegliche Gelenk (2) ortsfest verbunden. Oberhalb des Schwimmkörpers (3) halten die Verbindungsarme (4) den Konzentrator (5) ständig automatisch in Windrichtung. Der Konzentrator (5) besteht beispielsweise aus einer Vielzahl von Segmenten (6), die den ringförmigen Konzentrator (5) bilden, dessen Profil (9) an jeder beliebigen Schnittstelle aerodynamisch so gestaltet ist, daß vor dem Konzentrator (5) kein Stau entsteht und hinter dem Konzentrator (5) ein Luftströmungsausgleich vonstatten geht. Die ausströmende Luftmenge ist energetisch um die Energiemenge innerhalb des Konzentrators verringert. Durch diese Anordnung und Ausführung wird erreicht, daß am Ausgang des Konzentrator (5) ein Sog entsteht der innerhalb des Konzentrators eine Luftströmungsgeschwindigkeitserhöhung bewirkt und die im Energieumsetzer (7) mit seinem aerodynamischen Rotor mit den Blättern (10) die Luftströmungsenergie größtenteils in elektrische Energie konvertiert.In FIG. 2, an embodiment is shown in wind direction. The floating body ( 3 ) is connected via a connecting frame ( 11 ) to the anchoring ( 1 ) by means of the freely movable joint ( 2 ). Above the floating body ( 3 ), the connecting arms ( 4 ) keep the concentrator ( 5 ) automatically in the wind direction at all times. The concentrator ( 5 ) consists, for example, of a plurality of segments ( 6 ) which form the annular concentrator ( 5 ), the profile ( 9 ) of which is aerodynamically designed at any interface so that no jam occurs in front of the concentrator ( 5 ) and Air flow compensation takes place behind the concentrator ( 5 ). The amount of air flowing out is energetically reduced by the amount of energy inside the concentrator. This arrangement and design ensures that a suction occurs at the outlet of the concentrator ( 5 ) which causes an increase in the air flow rate within the concentrator and which converts the air flow energy to electrical energy for the most part in the energy converter ( 7 ) with its aerodynamic rotor with the blades ( 10 ) .

In dieser Konstruktion ist der Konzentrator vorzugsweise aus Schaumstoff in Leichtbauweise hergestellt. Es ist aber auch möglich, den ringförmigen Konzentrator aus in sich abgeschlossenen Segmenten herzustellen und diese mit Gasen, leichter als Luft, zu füllen, um so die lotrechte Stabilität der Einrichtung zu verbessern und die gesamte Konstruktion in Leichtbauweise herzustellen.In this construction, the concentrator is preferably made of lightweight foam. It but it is also possible to manufacture the annular concentrator from self-contained segments and fill them with gases, lighter than air, to improve the vertical stability of the device and to manufacture the entire construction in a lightweight construction.

Natürlich kann auch der ringförmige Konzentrator als Hohlkörper hergestellt sein und durch Warmluft eine aufsteigende Kraft entwickeln, die zur Stabilität der Einrichtung beiträgt. Ähnlich dem Heißluftballon wird in dieser Ausführung mit der erzeugten elektrischen Energie die Luft innerhalb des Hohlkörpers des Konzentrators erwärmt. Flauten werden über das bestehende elektrische Verbundnetz mit seinen Speichern überbrückt.Of course, the annular concentrator can also be produced as a hollow body and one by warm air Develop ascending force that contributes to the stability of the facility. Similar to the hot air balloon, in this version with the electrical energy generated the air inside the hollow body of the Concentrator warmed. The existing electrical interconnected network with its storage facilities will calm down bridged.

Es ist auch möglich, den Konzentrator mit einer Füllung leichter als Luft auszufüllen und die Verbindung (4) zwischen der Verankerung (1) und dem Konzentrator (5) ohne Schwimmkörper herzustellen. Mir dieser Ausführung wird eine in der Luft schwebende Variante ausgeführt, die unabhängig vom Seegang betrieben werden kann und statisch einfach zu realisieren ist.It is also possible to fill the concentrator with a filling more easily than air and to establish the connection ( 4 ) between the anchoring ( 1 ) and the concentrator ( 5 ) without floating bodies. With this version, a variant floating in the air is carried out, which can be operated regardless of the sea state and is statically easy to implement.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem der Schwimmkörper (3) über eine freibewegliche Ankerstange (13) mit der Verankerung (1) über das Gelenk (2) in Verbindung steht. Natürlich kann auch nur die Verbindung (13) als Seil oder Kette ausgeführt sein. In dieser Ausführung ist der Konzentrator (5) über ein Gestell (14) mit dem Schwimmkörper (3) fest verbunden und der Energieumsetzer (7) konzentrisch eingebracht. Natürlich kann der Umsetzer (7) über seinen Mast (15) auch ohne Konzentrator auf den Schwimmkörper (3) montiert werden.In Fig. 3 an embodiment is shown in which the floating body ( 3 ) via a freely movable anchor rod ( 13 ) with the anchorage ( 1 ) via the joint ( 2 ) in connection. Of course, only the connection ( 13 ) can be designed as a rope or chain. In this embodiment, the concentrator ( 5 ) is firmly connected to the floating body ( 3 ) via a frame ( 14 ) and the energy converter ( 7 ) is introduced concentrically. Of course, the converter ( 7 ) can also be mounted on the floating body ( 3 ) via its mast ( 15 ) without a concentrator.

Aus Fig. 4 wird ersichtlich, daß sich der erfindungsgemäße Luftströmungskonverter ständig selbsttätig in Windrichtung stellt und folglich der Mast (15) windschlüpfrig ausgeführt werden kann. Dadurch wird eine Verbesserung der Aerodynamik gegenüber dem starren Mast mit rundem Mastquerschnitt konventioneller Windenergieumsetzer ermöglicht. Der reifenförmige Konzentrator (5) kann auch verschieden gestaltete Profile (9) umfänglich aufweisen, die der Luftströmung in unterschiedlichen Höhen angepaßt sind, da diese Einrichtungen im Megawattbereich auch Durchmesser von über 100 m erreichen. Um einen beispielsweisen Größeneindruck zu vermitteln, sind die Maßangaben von plus/minus Null im Bereich des Schwimmkörperdecks angegeben. Dies zu veranschaulichen sind die Tiefe von 150 m und die Höhe von 200 m als mittlere Ausführungsmaßangaben in die Darstellung eingetragen.From Fig. 4 it can be seen that the air flow converter according to the invention is always automatically in the wind direction and consequently the mast ( 15 ) can be made slippery. This enables an improvement in aerodynamics compared to the rigid mast with a round mast cross section of conventional wind energy converters. The tire-shaped concentrator ( 5 ) can also have differently shaped profiles ( 9 ), which are adapted to the air flow at different heights, since these devices also reach diameters of over 100 m in the megawatt range. To give an example of an impression of size, the dimensions of plus / minus zero are given in the area of the float deck. To illustrate this, the depth of 150 m and the height of 200 m are entered in the illustration as the average design dimensions.

Durch den erfindungsgemäßen Luftströmungskonverter mit Konzentrator (5) können faktisch Leistungserhöhungen von 1 : 5 erzielt werden, vergleichsweise mit dem gleichen Durchmesser des Konverters ohne Konzentrator. Aber auch die Ausführung ohne Konzentrator auf dem Schwimmkörper (3) angeordnet, ist gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft, weil der Mast (15) infolge der selbsttätigen Einstellung gegen den Wind stromlinienförmig ausgeführt werden kann.The air flow converter with concentrator ( 5 ) according to the invention can in fact achieve power increases of 1: 5, comparatively with the same diameter of the converter without a concentrator. However, the design without a concentrator on the float ( 3 ) is also advantageous compared to the prior art because the mast ( 15 ) can be made streamlined due to the automatic adjustment against the wind.

Natürlich kann die Verbindung (13) auch verstellbar ausgeführt werden und der Schwimmkörper (3) mit Antrieben ausgerüstet sein, um ein Manövrieren bei Seegang bzw. Sturm aktiv vorzunehmen. Auch kann der Schwimmkörper (3) mit Auslegern versehen und in Ausgleichsbehältnissen aufgeteilt sein, die als Ausgleichshilfen bei hohem Seegang genutzt werden. Auch kann der Konzentrator (5) und/oder der Mast (15) mit Leitwerken und Antrieben ausgerüstet werden, um gewollte Beeinflussungen durchzuführen. Die Blätter (10) des Konverters sollten vorzugsweise pitchgeregelt ausgeführt werden, um bei Sturm besser regeln zu können und möglicherweise das Stillsetzen zu erleichtem und den Windwiderstand zu verringern, um der Luftströmung im Konzentrator nur einen geringen Widerstand zu bieten.Of course, the connection ( 13 ) can also be made adjustable and the floating body ( 3 ) can be equipped with drives to actively carry out maneuvering in rough seas or storms. The float ( 3 ) can also be provided with cantilevers and divided into compensating containers which are used as compensating aids in high seas. The concentrator ( 5 ) and / or the mast ( 15 ) can also be equipped with tail units and drives in order to carry out desired influencing. The blades ( 10 ) of the converter should preferably be pitch-controlled in order to be able to regulate better in storms and possibly to facilitate stopping and to reduce wind resistance in order to offer little resistance to the air flow in the concentrator.

In Fig. 5 ist eine Variante ohne Konzentrator dargestellt. Um die gleiche Leistung umzusetzen, müssen in dieser Konstruktion die Blätter (10) in der Länge etwa verdoppelt werden, um gleiche Generatorleistungen zu realisieren. Vorteil gegenüber konventioneller Offshorefundamentierung ist, daß der Mast (15) leeseits angeordnet und ein aerodynamisch günstiges Profil zu realisieren ist und auf diese Weise die nachteilige Beeinflussung der Blätter (10) infolge der Verwirbelung hinter dem Mast vermieden wird und die Tiefenüberbrückung mehr als verdoppelt werden kann, ohne den materiellen Aufwand zu erhöhen. Der Schwimmkörper sollte möglichst großflächig ausgeführt werden, um den Einfluß bei Seegang weitestgehend zu verringern. Durch Gewichtsausgleicher (8) und Wasserkammern im Schwimmkörper kann dem Schaukeln entgegengewirkt werden. Die Verankerung (1) ist mit dem Schwimmkörper (3) über eine Verbindung (13) reibungsfrei verbunden und mit hydraulischen und/oder Feder- und Hebeleinrichtungen versehen, um die dynamischen Belastungen weitgehend ohne besondere mechanische Beanspruchung auszugleichen. Die Verbindung (13) ist an den Enden mit Gelenken versehen, die Verdrehungsbeanspruchungen ausschalten. Schließlich können auch Seil- oder Kettenverbindungen eine Verbindung zur Verankerung in bewährter maritimer Manier Anwendung finden und zwischen dem Schwimmkörper und der Verankerung eine Spannkraft eingerichtet werden. Durch diese Maßnahme ist eine Stabilisierung insbesondere bei hohem Seegang zu gewährleisten. Diese Stabilisierung kann auch mit herkömmlichen Einrichtungen steuer- und regelbar ausgeführt werden. In Fig. 5 a variant is shown without a concentrator. In order to implement the same power, the blades ( 10 ) in this construction have to be approximately doubled in length in order to achieve the same generator power. An advantage over conventional offshore foundations is that the mast ( 15 ) is arranged on the leeward side and an aerodynamically favorable profile can be realized and in this way the adverse influence on the blades ( 10 ) due to the turbulence behind the mast is avoided and the depth bridging can be more than doubled without increasing the material effort. The float should be as large as possible in order to reduce the influence on the sea as much as possible. Swing can be counteracted by means of a weight compensator ( 8 ) and water chambers in the float. The anchoring ( 1 ) is connected to the floating body ( 3 ) via a connection ( 13 ) without friction and is provided with hydraulic and / or spring and lever devices in order to largely compensate for the dynamic loads without special mechanical stress. The connection ( 13 ) is provided with joints at the ends, which eliminate torsional stresses. Finally, rope or chain connections can also be used for anchoring in the tried and tested maritime manner and a tensioning force can be set up between the floating body and the anchoring. This measure ensures stabilization, especially in rough seas. This stabilization can also be carried out in a controllable and regulatable manner with conventional devices.

In Fig. 6 ist der Energieumsetzer des erfindungsgemäßen Luftströmungskonverters über dem Mast (15) direkt auf dem Schwimmkörper montiert und mit der Verankerung (1) im Gelenk (2) beweglich verbunden. In dieser Anordnung beschreiben die Blätter des Energieumsetzers (7) etwa den Außendurchmesser des Konzentrators (5) um etwa den-gleichen Energieumsatz zu realisieren.In Fig. 6, the energy converter of the air flow converter according to the invention is mounted directly on the floating body above the mast ( 15 ) and movably connected to the anchoring ( 1 ) in the joint ( 2 ). In this arrangement, the blades of the energy converter ( 7 ) describe approximately the outer diameter of the concentrator ( 5 ) in order to achieve approximately the same energy conversion.

Die Fig. 7 zeigt abschließend eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Luftströmungskonverters mit dem Konzentrator (5), in dessen zentraler Achse der Energieumsetzer (7) angeordnet ist. Mit dieser Anordnung wird dargestellt, daß der Konzentrator über die Verbindung (13) direkt mit der Verankerung (1) verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Konzentrator (5) luftleer oder mit einem Medium leichter als Luft gefüllt. Natürlich kann die Verbindung (13) auch mit einem Schwimmkörper ausgerüstet werden. Der Schwimmkörper (3) kann beispielsweise kugelförmig gestaltet sein und mit der Verbindung (13) eine veränderliche Einheit bildend, die jederzeit mechanisch oder motorisch und automatisch verstellbar ist. The Fig. 7 finally shows a variant of the air flow converter according to the invention with the concentrator (5) is arranged in the central axis of the energy converter (7). This arrangement shows that the concentrator is connected directly to the anchorage ( 1 ) via the connection ( 13 ). In this embodiment, the concentrator ( 5 ) is empty of air or filled with a medium lighter than air. Of course, the connection ( 13 ) can also be equipped with a floating body. The floating body ( 3 ) can, for example, be spherical and, with the connection ( 13 ), form a variable unit that can be adjusted mechanically or by motor and automatically at any time.

Reference list

11

Verankerung (mit Gelenk)
Anchoring (with joint)

22nd

Gelenk (dreidimensional beweglich) Kugel- oder Kardangelenk
Joint (three-dimensionally movable) ball or universal joint

33rd

Schwimmkörper
Floating body

44th

Strebe, Verbindungsarme, Mastkonstruktion
Strut, connecting arms, mast construction

55

Konzentrator
Concentrator

66

Segment
segment

77

Energieumsetzer, Turbine, Windkonverter
Energy converter, turbine, wind converter

88th

Ausgleicher, Gewicht
Compensator, weight

99

Profil, aerodynamisch gestaltet
Profile, aerodynamically designed

1010th

Rotorblatt
Rotor blade

1111

Verbindungsgestell
Connecting frame

1212th

Halterung
bracket

1313

Verbindung, Ankerstange
Connection, anchor rod

1414

Gestell
frame

1515

Mast, mit stromlinigem Querschnitt
Mast with a streamlined cross section

Claims

1. Air flow converter for generating pollutant-free electrical energy at sea, characterized in that an energy converter is mounted torsionally rigid on a floating body and is only movably connected via an anchorage on the sea floor and the energy converter can be arranged within a concentrator.

2. Air flow converter according to claim 1, characterized in that a floating body ( 3 ) with an anchoring ( 1 ) via a joint ( 2 ) is connected and the energy converter ( 7 ) is arranged concentrically in a concentrator ( 5 ) and with the floating body ( 3 ) forms a stable construction.

3. Air flow converter according to claim 1, characterized in that on a float ( 3 ) via a mast ( 15 ) with a streamlined cross section of the energy converter ( 7 ) is mounted and via an elastic connection ( 13 ) with the anchor ( 1 ) via joints ( 2nd ) is in free movement.

4. Air flow converter according to claim 1, characterized in that the concentrator ( 5 ) forms a concentric streamlined tire which has an aerodynamically designed profile at each interface and can be composed of segments ( 6 ), the axis of which is aligned with the axis of an energy converter ( 7 ) coincides, the blade tips of the blades ( 10 ) describe an appropriately smaller radius than the smallest inside diameter of the concentrator tire.

5. Air flow converter according to claim 1, characterized in that the floating body ( 3 ) with the energy converter ( 7 ) forms a unit which is freely connected via a connection ( 13 ) with the anchor ( 1 ).

6. Air flow converter according to claim 1, characterized in that the entire construction forms a stable unit which is anchored in all directions only in the joint ( 2 ).

7. Air flow converter according to claim 1, characterized in that the concentrator ( 5 ) is made of foam or is manufactured as a hollow body which is empty or filled with gases more easily than air or hot air.

8. Air flow converter according to claim 1 characterized in that the float is unsinkable, for example made of foam.

9. Air flow converter according to claim 1, characterized in that the concentrator ( 5 ) with the energy converter via a connection ( 13 ) is connected directly to the anchor ( 1 ) via a joint ( 2 ).

10. Air flow converter according to claim 1, characterized in that the energy converter is mounted on the floating body ( 3 ) via a streamlined mast ( 15 ) and this is movably locked in the anchorage ( 1 ) via the joint ( 2 ).