DE102010029695A1 - Wind power plant i.e. tornado tower type wind power plant, for converting mechanical wind into electrical power, has suction screen extending windward at distance to tower region and arranged transverse to wind direction - Google Patents

Wind power plant i.e. tornado tower type wind power plant, for converting mechanical wind into electrical power, has suction screen extending windward at distance to tower region and arranged transverse to wind direction Download PDF

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Abstract

The power plant has vortex or tornado towers with a suction region (2) and vortex or tower region (1) that are connected with flow channels (51). A repeller (5) is arranged in the flow channels and driven by a shaft (61) of a generator (6), and a controlling device is directed against a wind direction and tangentially diverges from the tower region. A vertical opening is arranged in a base region of the tower region. A suction screen (3) extends windward at a distance to the tower region, and is arranged transverse to wind direction.

Description

Die Erfindung betrifft eine Windkraftanlage nach Art eines Wirbel- oder Tornadoturms. Die erfindungsgemäße Windkraftanlage dient der Umwandlung der mechanischen wind- in elektrische Energie.The invention relates to a wind turbine in the manner of a whirlwind or tornado tower. The wind turbine according to the invention serves to convert the mechanical wind energy into electrical energy.

Es ist bekannt, Windenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Eine Möglichkeit besteht darin, Wind tangential in das Innere einer Röhre zu leiten, so dass ein künstlicher tornadoähnlicher Wirbel gebildet wird, der durch die Öffnung am oberen „distalen” Ende der Röhre aufsteigt und vom das Röhrenende überstreichenden Wind abgetrieben wird. Im Kern des künstlichen Wirbels entsteht ein Unterdruck. Indem im das „proximale” Ende der Röhre bildenden Boden eine Turbine angeordnet ist, die von einer mittels des Unterdrucks im Wirbelkern aus einer Luftkammer angesaugten Luftströmung angetrieben wird, wird die kinetische Energie der Luftströmung in Elektroenergie umgewandelt. Ein derartiger Tornadoturm ist beispielsweise in der US 4,452,562 beschrieben. Demnach steht ein Wirbelturm senkrecht derart auf einer Windkammer, dass ein Strömungskanal zwischen der Windkammer und dem Wirbelturm in Form einer Öffnung der oberen Abdeckung der Windkammer entsteht, in der ein Repeller angeordnet ist. Der Repeller ist mit einem Generator verbunden. Die Wandung des Wirbelturms ist längs aufgetrennt, so dass eine tangential gerichtete Leiteinrichtung entlang eines senkrechten Schlitzes ausgebildet wird, in den der Wind tangential einströmt und den Wirbel im Röhreninnern verursacht. Die Windkammer verfügt ebenfalls über eine Öffnung, die gleich der tangentialen Leiteinrichtung ausgerichtet ist. Dadurch kann die gesamte Vorrichtung so in den Wind gedreht werden, dass sowohl die Schlitzöffnung des Wirbelturms als auch die Öffnung der Windkammer nach Luv ausgerichtet sind. Die bekannten Lösungen sind jedoch durchgehend von einem zu geringen Wirkungsgrad gekennzeichnet, so dass großtechnische Umsetzungen bislang keine befriedigenden Ergebnisse erbracht haben.It is known to convert wind energy into electrical energy. One possibility is to direct wind tangentially into the interior of a tube to form an artificial tornado-like vortex which ascends through the opening at the upper "distal" end of the tube and is driven away by the wind passing over the tube end. At the core of the artificial vortex creates a negative pressure. By arranging a turbine in the air stream which is sucked from an air chamber by means of the negative pressure in the vortex core in the bottom forming the "proximal" end of the tube, the kinetic energy of the air flow is converted into electrical energy. Such Tornadoturm is for example in the US 4,452,562 described. Accordingly, a vortex tower is perpendicular to a wind chamber such that a flow channel is formed between the wind chamber and the vortex tower in the form of an opening of the upper cover of the wind chamber, in which a repeller is arranged. The repeller is connected to a generator. The wall of the vortex tower is longitudinally separated, so that a tangentially directed guide is formed along a vertical slot into which the wind flows tangentially and causes the vortex inside the tube. The wind chamber also has an opening which is aligned with the tangential guide. Thereby, the entire device can be turned into the wind so that both the slot opening of the vortex tower and the opening of the wind chamber are aligned to windward. However, the known solutions are consistently characterized by a low efficiency, so that large-scale implementations have so far yielded no satisfactory results.

Daraus ergibt sich als Aufgabe der Erfindung, auf einfache und effiziente Weise den Wirkungsgrad von Windkraftanlagen des Tornadoturmtyps zu erhöhen.It follows as an object of the invention to increase the efficiency of wind turbines of Tornadoturmtyps in a simple and efficient manner.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach wird eine Windkraftanlage nach Art eines Wirbel- oder Tornadoturmes mit einem Saugbereich und einem darüber angeordneten Wirbel- oder Turmbereich vorgeschlagen, die durch einen Strömungskanal miteinander verbunden sind, in dem ein Repeller angeordnet ist, der über eine Welle einen Generator antreibt. Der Turmbereich ist mit einer luvseitig außermittig angeordneten, mit einer tangential vom Turmbereich wegstrebenden und der Windrichtung entgegen gerichteten Leiteinrichtung versehen und weist eine am Boden des Turmbereiches ansetzende vertikale Öffnung auf. In einem Abstand zum Turmbereich ist luvseitig ein Sogschirm senkrecht und quer zur Windrichtung angeordnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Windkraftanlage ergeben sich aus den Unteransprüchen. Demnach kann in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung der Sogschirm höhen- und abstandsverstellbar am Turmbereich befestigt sein. Eine vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Windkraftanlage ergibt sich, indem der lichte Abstand des Sogschirmes vom Turmbereich ca. einen Turmdurchmesser bis ca. drei Turmdurchmesser beträgt und die Unterkante des Sogschirmes bei ca. 5/10 bis 7/10 der Turmhöhe eingerichtet ist, wobei der Sogschirm eine Höhe von ca. dem 1,5- bis 3,7-fachen der Turmhöhe und eine Breite von ca. dem 2,3- bis 3-fachen des Turmdurchmessers aufweist.The object is achieved by the features of claim 1. Accordingly, a wind turbine is proposed in the manner of a vortex or Tornadoturmes with a suction and an overlying vortex or tower area, which are interconnected by a flow channel in which a repeller is arranged, which drives a generator via a shaft. The tower area is arranged eccentrically with a windward side, with a tangentially away from the tower area and the wind direction directed towards the guide and has a at the bottom of the tower area attaching vertical opening. At a distance from the tower area, a suction screen is arranged vertically and transversely to the wind direction. Advantageous embodiments and further developments of the wind turbine according to the invention will become apparent from the dependent claims. Accordingly, in a first advantageous embodiment of the invention, the suction screen height and distance adjustable be attached to the tower area. An advantageous embodiment of the wind turbine according to the invention results from the clear distance of the suction screen from the tower area is about a tower diameter to about three tower diameter and the lower edge of the Sogschirmes is set at about 5/10 to 7/10 of the tower height, the suction screen has a height of about 1.5 to 3.7 times the tower height and a width of about 2.3 to 3 times the tower diameter.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass zwei Wirbeltürme mit einem gemeinsamen Sogschirm versehen sind, wobei insbesondere die luvseitigen vertikalen Öffnungen der Wirbeltürme symmetrisch und weitestmöglich voneinander entfernt angeordnet sind.A further advantageous embodiment of the invention is that two vortex towers are provided with a common suction screen, wherein in particular the windward vertical openings of the vortex towers are arranged symmetrically and as far as possible from each other.

Die Erfindung wird im Folgenden in Form eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt inThe invention will be described below in the form of a preferred embodiment with reference to the drawing. The drawing shows in

1 den schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Windkraftanlage, 1 the schematic longitudinal section through a wind turbine according to the invention,

2 die schematische Draufsicht auf eine aus zwei Wirbeltürmen bestehende Windkraftanlage, 2 the schematic plan view of a consisting of two vortex towers wind turbine,

3 den schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Windkraftanlage mit einer zweiten Befestigungsform des Sogschirms. 3 the schematic longitudinal section through a wind turbine according to the invention with a second mounting form of Sogschirms.

Gemäß 1 besteht eine erfindungsgemäße Windkraftanlage aus einem Wirbelturm 1 mit einer tangential daran befestigten Leiteinrichtung 4 und einer Windkammer 2, die als Sockel des Wirbelturmes 1 ausgebildet ist. Der Wirbelturm 1 verfügt neben der Leiteinrichtung 4 über einen sich senkrecht vom Fuß des Wirbelturms 1 nach oben erstreckenden Windeintritt 41 gemäß 2, dessen Breite ca. 1/3 des Durchmessers des Wirbelturmes 1 beträgt. Zwischen der Windkammer 2 und dem Wirbelturm 1 befindet sich ein Kanal 51, dessen lichte Öffnung von einem Repeller 5 eingenommen wird. Der Repeller 5 ist über eine Welle 61 mit einem Generator 6 verbunden. Am Wirbelturm 1 ist eine vertikal um Schwenklager 311 schwenkbare und längenveränderliche Verstellvorrichtung 31 angeordnet, die mit einem Verstellantrieb 32 verbunden ist. Die Verstelleinrichtung 31 und der Verstellantrieb 32 sind hier lediglich schematisch dargestellt, da hierfür dem Fachmann geläufige Ausführungsformen zur Verfügung stehen. Die Verstellvorrichtung 31 ist ein Parallelogramm bildend an Schwenklagern 312 eines Sogschirms 3 angelenkt, der damit bezüglich des Wirbelturms 1 höhen- und abstandsverstellbar ist. Der Sogschirm 3 ist in Windrichtung senkrecht vor dem Wirbelturm 1 angeordnet. In Abhängigkeit von der Windstärke können der Abstand zwischen dem Sogschirm 3 und dem Windeintritt 41 von ca. einem Turmdurchmesser bis ca. drei Turmdurchmesser und/oder die Sogschirmunterkante von ca. 5/10 bis ca. 7/10 der Gesamthöhe variiert werden. Der Sogschirm 3 selbst weist Abmessungen in der Höhe von ca. dem 1,5- bis 3,7-fachen der Turmhöhe und in der Breite von ca. dem 2,3- bis 3-fachen des Turmdurchmessers auf.According to 1 If a wind turbine according to the invention consists of a vortex tower 1 with a guide attached tangentially thereto 4 and a wind chamber 2 as the pedestal of the vortex tower 1 is trained. The vortex tower 1 has next to the guide 4 above a perpendicular to the foot of the vortex tower 1 upwards extending wind entrance 41 according to 2 whose width is about 1/3 of the diameter of the vortex tower 1 is. Between the wind chamber 2 and the whirlwind 1 there is a channel 51 whose clear opening is a repeller 5 is taken. The repeller 5 is about a wave 61 with a generator 6 connected. At the vortex tower 1 is a vertical swivel bearing 311 swiveling and variable-length adjustment device 31 arranged with an adjusting drive 32 connected is. The adjusting device 31 and the adjustment drive 32 are shown here only schematically, as this familiar to the expert Embodiments are available. The adjusting device 31 is a parallelogram forming on pivot bearings 312 a suction screen 3 hinged, with respect to the vertebrae 1 height and distance adjustable. The suction screen 3 is in the wind direction perpendicular to the vortex tower 1 arranged. Depending on the wind force, the distance between the suction screen 3 and the wind entry 41 be varied from about a tower diameter to about three tower diameter and / or the Sogschirmunterkante of about 5/10 to about 7/10 of the total height. The suction screen 3 itself has dimensions in the height of about 1.5 to 3.7 times the tower height and in the width of about 2.3 to 3 times the tower diameter.

2 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Erfindung, die durch parallele Verwendung zweier Wirbeltürme 1 auf jeweils einer Windkammer 2 gekennzeichnet ist. Die Wirbeltürme 1 sind symmetrisch angeordnet, indem Leiteinrichtungen 4 und Windeintritte 41 weitestmöglich voneinander entfernt angeordnet sind. Die Windkammern 2 stehen auf einem Drehteller 7, der mit einem nicht gezeigten Antrieb verbunden ist, so dass beide Wirbeltürme 1 auf den zugehörigen Windkammern 2 in die Windrichtung gedreht werden können. Wie bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert, sind die Wirbeltürme 1 über Kanäle 51 mit den Windkammern 2 verbunden, wobei in der lichten Öffnung jeden Kanals 51 ein Repeller 5 angeordnet ist, der über eine Welle 61 mit einem Generator 6 verbunden ist. Der Sogschirm 3 ist mittels Schwenklagern 312 an der Verstellvorrichtung 31 angelenkt, die über Schwenklager 311 mit den Wirbeltürmen 1 verbunden ist. Je nach Größe der Anlage kann die Verbindung ausschließlich an den Außenseiten als auch an jedem Wirbelturm 1 beidseitig hergestellt werden. Die Verstellvorrichtung 31 ist, hier schematisch dargestellt, mit dem Verstellantrieb 32 verbunden. 2 shows a plan view of a further embodiment of the invention, by the parallel use of two vortex towers 1 each on a wind chamber 2 is marked. The vortex towers 1 are arranged symmetrically by guiding devices 4 and wind entrances 41 are arranged as far away from each other as possible. The wind chambers 2 stand on a turntable 7 which is connected to a drive, not shown, so that both vortex towers 1 on the associated wind chambers 2 can be turned in the wind direction. As already related to 1 explained, are the vortex towers 1 via channels 51 with the wind chambers 2 connected, wherein in the clear opening of each channel 51 a repeller 5 is arranged, over a wave 61 with a generator 6 connected is. The suction screen 3 is by means of pivot bearings 312 on the adjusting device 31 hinged, via pivot bearings 311 with the whirlwinds 1 connected is. Depending on the size of the system, the connection can only on the outside as well as on each vertebrate tower 1 be produced on both sides. The adjusting device 31 is, shown schematically here, with the adjustment 32 connected.

Der Sogschirm 3 kann gemäß 3 gleichermaßen mit am Boden angeordneten Vorrichtungen 33 verbunden sein, die mittels waagerechter Verschiebung und/oder senkrechter Längenänderung eine Veränderung der Position des Sogschirms 3 hinsichtlich seines Abstands zum Turm 1 bzw. der Höhe seiner Unterkante ermöglichen.The suction screen 3 can according to 3 equally with devices located at the bottom 33 connected by means of horizontal displacement and / or vertical change in length, a change in the position of the Sogschirms 3 in terms of its distance to the tower 1 or allow the height of its lower edge.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 4452562 [0002] US 4452562 [0002]

Claims (5)

Windkraftanlage nach Art eines Wirbel- oder Tornadoturmes mit einem Saugbereich (2) und einem darüber angeordneten Wirbel- oder Turmbereich (1), die durch einen Strömungskanal (51) miteinander verbunden sind, in dem ein Repeller (5) angeordnet ist, der über eine Welle (61) einen Generator (6) antreibt, der Turmbereich (1) eine luvseitig außermittig angeordnete, mit einer tangential vom Turmbereich (1) wegstrebend und der Windrichtung entgegen gerichteten Leiteinrichtung (4) versehene und am Boden des Turmbereiches (1) ansetzende vertikale Öffnung (41) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass luvseitig in einem Abstand zum Turmbereich (1) ein Sogschirm (3) senkrecht und quer zur Windrichtung angeordnet ist.Wind turbine in the manner of a whirlwind or tornado tower with a suction area ( 2 ) and a vortex or tower area ( 1 ) passing through a flow channel ( 51 ), in which a repeller ( 5 ) arranged over a shaft ( 61 ) a generator ( 6 ), the tower area ( 1 ) a luvseitig eccentrically arranged, with a tangential to the tower area ( 1 ) wegstrebend and the wind direction opposing guide ( 4 ) and at the bottom of the tower area ( 1 ) attaching vertical opening ( 41 ), characterized in that windward at a distance to the tower area ( 1 ) a suction screen ( 3 ) is arranged perpendicularly and transversely to the wind direction. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sogschirm (3) höhen- und abstandsverstellbar am Turmbereich (1) befestigt ist.Wind power plant according to claim 1, characterized in that the suction screen ( 3 ) height and distance adjustable on the tower area ( 1 ) is attached. Windkraftanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Abstand des Sogschirmes (1) vom Turmbereich (1) ca. einen Turmdurchmesser bis ca. drei Turmdurchmesser beträgt und die Unterkante des Sogschirmes (3) bei ca. 5/10 bis 7/10 der Turmhöhe eingerichtet ist, wobei der Sogschirm (3) eine Höhe von ca. dem 1,5- bis 3,7-fachen der Turmhöhe und eine Breite von ca. dem 2,3- bis 3-fachen des Turmdurchmessers aufweist.Wind turbine according to claim 2, characterized in that the clear distance of the suction screen ( 1 ) from the tower area ( 1 ) is about a tower diameter to about three tower diameter and the lower edge of the Sogschirmes ( 3 ) at about 5/10 to 7/10 of the tower height is set, the suction screen ( 3 ) has a height of about 1.5 to 3.7 times the tower height and a width of about 2.3 to 3 times the tower diameter. Windkraftanlage nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Wirbeltürme (1, 2) mit einem gemeinsamen Sogschirm (3) versehen sind.Wind power plant according to claim 1, 2 or 3, characterized in that two vortex towers ( 1 . 2 ) with a common suction screen ( 3 ) are provided. Windkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die luvseitigen vertikalen Öffnungen (41) der Wirbeltürme (1) symmetrisch und weitestmöglich voneinander entfernt angeordnet sind.Wind turbine according to claim 4, characterized in that the windward vertical openings ( 41 ) of the vortex towers ( 1 ) are arranged symmetrically and as far away from each other as possible.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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