DE102011116711A1 - Renewable energy conversion system with frameless Tesla turbine used as steam turbine in coastal areas, has turbine with fluid outlet and fluid inlet having funnel-shaped attachment, which is located tangentially to disc pack assembly - Google Patents

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Abstract

The energy conversion system comprises a rotor disc assembly (8) that is rotatably mounted on a common shaft (1) in housing (6). The turbine comprises fluid outlet and fluid inlets (2,4) having funnel-shaped attachment (10), which is located tangentially to the disc pack assembly. The fluid inlets are arranged at specific distance in the housing with respect to rotor disc assembly. The rotor disk assembly is peripherally surrounded by a casing supported with inlet openings.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine regenerative Energiegewinnungs-/-umwandlungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a regenerative power generation / conversion plant according to the preamble of claim 1.

In den Patentschriften US 1061142 und US 1061206 beschreibt Nikola Tesla eine Maschine, die im Wesentlichen aus einer in einem weitgehend runden Gehäuse angeordneten Anzahl von parallel angeordneten runden Scheiben besteht, die auf einer gemeinsamen Welle befestigt sind. Diese Scheiben weisen zentrale (mittige) Öffnungen auf. Des Weiteren sind an dem Gehäuse ein Zulauf und ein Ablauf für ein Fluid vorgesehen.In the patents US 1061142 and US 1061206 describes Nikola Tesla a machine which consists essentially of a arranged in a largely round housing number of parallel circular discs, which are mounted on a common shaft. These discs have central (central) openings. Furthermore, an inlet and a drain for a fluid are provided on the housing.

Diese Maschine wie sie beispielsweise in der 1 dargestellt ist, kann sowohl als Pumpe als auch als Turbine eingesetzt werden, sodass mit ihr also Bewegungsenergie an ein Fluid übertragen oder umgekehrt Energie einem Fluid entzogen werden kann. Wird die Welle der Anlage motorisch angetrieben (Pumpenbetrieb), so wird das zwischen den Scheiben befindliche Fluid aufgrund von Adhäsion und Viskosität beschleunigt und fließt entlang schneckenförmiger Strömungslinien radial nach außen und verlässt dort das Gehäuse in im Wesentlichen tangentialer Richtung. Hierbei überlagern sich radiale und tangentiale Kraftkomponenten. Die Ausprägung der Strömungslinien hängt hierbei im Wesentlichen von der geometrischen Ausprägung der Scheiben, von den Eigenschaften des Fluids und von der Winkelgeschwindigkeit ab. Vorteil einer derartigen Pumpe ist die Tatsache, dass auch abrasive Medien mit grollen Korngrößen und/oder Luftkammern gefördert werden. Die Pumpe saugt also das Fluid zentral durch die mittigen Öffnungen in den Scheiben an und stößt es am Umfang der Scheiben tangential aus.This machine like for example in the 1 can be used both as a pump and as a turbine, so that with her so kinetic energy can be transferred to a fluid or vice versa energy can be withdrawn fluid. If the shaft of the system is driven by a motor (pump operation), the fluid located between the discs is accelerated due to adhesion and viscosity and flows radially outwardly along helical flow lines, leaving the housing in a substantially tangential direction. Here, radial and tangential force components overlap. The expression of the flow lines depends essentially on the geometric shape of the disks, on the properties of the fluid and on the angular velocity. Advantage of such a pump is the fact that even abrasive media are promoted with grollen grain sizes and / or air chambers. The pump so sucks the fluid centrally through the central openings in the discs and pushes it tangentially at the periphery of the discs.

Werden hingegen die Scheiben an ihrem äußeren Umfang tangential angeströmt (Turbinenbetrieb), so wird das Fluid abgebremst und strömt ebenfalls auf schneckenförmigen Pfaden mit abnehmendem Durchmesser zur Mitte der Scheiben, wo es durch die vorhandenen Aussparungen/Öffnungen ausströmen kann. In diesem Fall wird die Maschine als Turbine genutzt, welche die kinetische Energie des anströmenden Fluids in ein Drehmoment an der Welle wandelt. Dieses kann mit geeigneten Maßnahmen in eine andere Energieform, beispielsweise elektrischen Strom, gewandelt werden.If, on the other hand, the disks are tangentially impinged on their outer circumference (turbine operation), the fluid is braked and likewise flows on helical paths of decreasing diameter to the center of the disks, where it can flow out through the existing recesses / openings. In this case, the machine is used as a turbine, which converts the kinetic energy of the inflowing fluid into a torque on the shaft. This can be converted with suitable measures into another form of energy, for example electric current.

Auch hier hängt die Ausprägung der Stromlinien von den geometrischen Randbedingungen, von der Viskosität des Fluids und von der Winkelgeschwindigkeit der Scheiben ab.Again, the shape of the streamlines depends on the geometric boundary conditions, the viscosity of the fluid and the angular velocity of the discs.

Wesentlicher Vorteil einer derartigen Turbine gegenüber anderen Turbinen ist die Tatsache, dass der Energieübertrag nicht plötzlich und impulsiv geschieht, wie das bei anderen Turbinentypen in der Regel der Fall ist, sondern kontinuierlich. Zudem ist die Turbine sehr einfach aufgebaut und die Anforderungen an Fertigungstoleranzen sind relativ gering.The main advantage of such a turbine over other turbines is the fact that the energy transfer is not sudden and impulsive, as is the case with other turbine types in the rule, but continuously. In addition, the turbine is very simple and the requirements for manufacturing tolerances are relatively low.

Wenn weitgehend laminare Strömungsbedingungen ohne große Turbulenzen eingestellt werden, dann sind zudem theoretisch sehr hohe Turbinenwirkungsgrade möglich. Voraussetzung hierfür z. B. sind jedoch sehr glatte Oberflächen der Scheiben sowie strömungsgünstige Kanten.If largely laminar flow conditions are set without great turbulence, then theoretically very high turbine efficiencies are possible. Prerequisite for this z. B., however, are very smooth surfaces of the discs and streamlined edges.

Die Tesla Turbine war ursprünglich zum Einsatz als Dampfturbine gedacht. Aufgrund der dort notwendigen sehr hohen Drehzahlen ergaben sich jedoch Probleme mit sich verformenden Scheiben aufgrund der hohen auftretenden Kräfte. Wird ein dichteres Fluid wie zum Beispiel Wasser mit geringen Strömungsgeschwindigkeiten eingesetzt, so entfallen diese Effekte, was zu einer deutlich robusteren Anlage führt.The Tesla turbine was originally intended for use as a steam turbine. Due to the very high speeds required there, however, problems arose with deforming discs due to the high forces occurring. If a denser fluid such as water with low flow rates used, so these effects are eliminated, resulting in a much more robust system.

Bei einem Betrieb als Turbine lässt sich das größte Drehmoment bei einer Drehzahl von Null abgreifen. In diesem Fall sind die Stromlinien des Fluids sehr stark gekrümmt. Unter Umständen strömt es mehr oder weniger direkt vom Rand in die Mitte. Das Drehmoment nimmt im Wesentlichen mit steigender Drehzahl linear ab, bis es bei der Leerlaufdrehzahl gleich Null ist. Bei der Leeraufdrehzahl entspricht die Umfangsgeschwindigkeit der Scheiben im Wesentlichen der Geschwindigkeit des anströmenden Fluids. In diesem Fall wird das Fluid nahezu nicht abgebremst und vollführt sehr ausgeprägte schneckenförmige Strombahnen. Aufbauend auf Tesla's Patent wurden in den letzten Jahren einige Energieumwandlungsanlagen mit vorteilhaften Weiterbildungen veröffentlicht. Im Rahmen dieser Beschreibung wird beispielhaft auf die folgenden Druckschriften eingegangen:
Die EP 0537146 B1 richtet sich auf eine besondere Pumpenanwendung einer Turbine der Tesla-Bauart mit Fokus auf radial sich erstreckender Stege auf den Scheiben zur Steigerung der Förderleistung und des Drucks.
When operating as a turbine, the largest torque can be tapped at a speed of zero. In this case the flow lines of the fluid are very strongly curved. It may flow more or less directly from the edge to the middle. The torque decreases substantially linearly with increasing speed until it is zero at the idling speed. At the idling speed, the peripheral speed of the discs substantially corresponds to the velocity of the inflowing fluid. In this case, the fluid is almost not braked and performs very pronounced helical flow paths. Based on Tesla's patent, some energy conversion systems have been published in recent years with advantageous developments. In the context of this description, the following documents are described by way of example:
The EP 0537146 B1 is directed to a particular pump application of a Tesla-type turbine with a focus on radially extending lands on the disks to increase delivery and pressure.

In der US 7573148 B2 wird ausdrücklich eine Turbine der Tesla-Turbinenbauart mit quer angeströmter Achse eingeschränkt auf den Bereich der Windenergie beschrieben. Gegenüber der ursprünglichen Tesla Turbine wird hier auf ein geschlossenes Gehäuse verzichtet. Der Wind wird durch geeignete Leitmaßnahmen so umgeleitet, dass er die auch hier parallel angeordneten Scheiben weitgehend tangential anströmt. Am Umfang der Scheiben sind zusätzlich Flügel angebracht, die als Widerstandsläufer fungieren und neben einer Umlenkung des Fluids in das Innere der Scheiben zu dem Drehmoment beitragen. Auf den Scheiben sind darüber hinaus Strukturen angebracht, die eine Leitfunktion für das Fluid ausüben.In the US 7573148 B2 expressly describes a turbine of the Tesla turbine type with transversely flowed axis restricted to the field of wind energy. Compared to the original Tesla turbine is dispensed here on a closed housing. The wind is redirected by suitable guiding measures in such a way that it flows largely tangentially on the disks arranged parallel to each other. In addition, vanes are attached to the circumference of the disks, which act as resistance runners and contribute to the torque in addition to a deflection of the fluid into the interior of the disks. In addition, structures are applied to the discs, which exercise a guiding function for the fluid.

Die US 2003/0053909 A1 betrifft Scheiben mit Auftriebsprofilen zur Steigerung des Drehmoments. Hier sind auf den Scheiben Auftriebsprofile angeordnet, von denen mindestens eines vom äußeren Rand bis zum inneren der jeweiligen Scheibe verlaufen muss. The US 2003/0053909 A1 refers to discs with buoyancy profiles to increase the torque. Here are arranged on the discs buoyancy profiles, of which at least one must run from the outer edge to the inner of the respective disc.

Die WO 2008/134868 offenbart eine fluidbetriebene Krafterzeugungsvorrichtung mit einer oder mehreren Scheibenturbinen, die jeweils einen Ein- und Auslauf aufweisen. Die eine oder mehrere Scheibenturbinen sind hierbei so konfiguriert, um mit sich bewegendem Fluid zur Krafterzeugung zusammenzuwirken, indem zwischen den jeweils benachbarten Scheiben ein Spalt ausgebildet wird, durch welche das Fluid geleitet wird. Die Vorrichtung ist mit einer Fluidsammeleinrichtung versehen, die dafür ausgebildet ist, die Fluidströmungsgeschwindigkeit zu erhöhen und die in Fluidverbindung mit dem Einlauf steht. Schließlich ist die Vorrichtung mit einer Fluidextraktionseinrichtung versehen, die mit dem Auslauf fluidverbunden ist und die dafür ausgebildet ist, einen zweiten Fluidanteil zu fördern. Dieser zweite Fluidanteil wird bei einen bevorzugten Anfangsdruck und Geschwindigkeit gefördert und wirkt dabei auf einen oder mehrere Ausläufe infolge eines viskosen Mitreißens, wodurch das Extrahieren/Ausströmen des Fluidanteils aus dem Auslauf verbessert wird.The WO 2008/134868 discloses a fluid powered force generating device having one or more disc turbines each having an inlet and outlet. The one or more disc turbines are configured to cooperate with moving fluid to generate force by forming a gap between the respective adjacent discs through which the fluid is passed. The apparatus is provided with a fluid collection means adapted to increase the fluid flow rate and which is in fluid communication with the inlet. Finally, the device is provided with a fluid extraction device that is fluidly connected to the spout and that is configured to deliver a second fluid portion. This second fluid portion is delivered at a preferred initial pressure and velocity, thereby acting on one or more outlets due to viscous entrainment, thereby enhancing the extraction / outflow of the fluid portion from the spout.

Schließlich offenbart die US 2008/0131273 A1 eine Tesla Turbine für einen Windgenerator bestehend aus einem auf einer Welle fixierten Scheibenpaket innerhalb eines geschlossenen Gehäuses. Dieser allgemein bekannte Turbinenaufbau ist erweitert um eine Anzahl von Auftriebselementen im Umfang der Scheiben, die das Fluid umlenken und zum Drehmoment beitragen. Diese sind aber explizit auf den Außenbereich der Scheiben beschränkt. Vorgeschlagen wird zudem ein drehbar gelagertes Gehäuse mit Unsymmetrie zur automatischen Nachführung an die aktuelle Anströmrichtung des Energie tragenden Fluids. Die Veröffentlichung bezieht dabei explizit auch andere Fluide mit ein und ist nicht auf Wind beschränkt.Finally, the reveals US 2008/0131273 A1 a Tesla turbine for a wind generator consisting of a fixed on a shaft disc package within a closed housing. This well-known turbine construction is augmented by a number of buoyant elements in the periphery of the discs, which redirect the fluid and contribute to the torque. However, these are explicitly limited to the exterior of the discs. Also proposed is a rotatably mounted housing with asymmetry for automatic tracking of the current direction of flow of the energy-carrying fluid. The publication explicitly includes other fluids and is not limited to wind.

Als weiterer Stand der Technik sei auch die US 2001/0019693 A1 genannt. Diese Druckschrift beschäftigt sich sehr stark mit den zentralen Öffnungen in den Scheiben und schlägt hier eine angebliche Verbesserung mit durchgängiger Öffnung und ohne Speichen vor, um Turbulenzen zu reduzieren. Ansonsten wird auch hier auf ein geschlossenes Gehäuse zurückgegriffen. Zusätzlich zu Tesla werden her aber auch noch verstellbare Klappen zur Beeinflussung der Fluidströmung vorgeschlagen.As another state of the art is also the US 2001/0019693 A1 called. This document is very concerned with the central openings in the discs and proposes here an alleged improvement with continuous opening and without spokes, to reduce turbulence. Otherwise, a closed housing is also used here. In addition to Tesla her but also adjustable flaps are proposed to influence the fluid flow.

Angesichts dieses Stands der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine mit der an sich bekannten Tesla Turbine ausgerüstete Energieumwandlungsanlage derart weiter zu entwickeln, dass deren Einsatzbereich insbesondere in der aktuellen alternativen Energietechnologie erweitert wird. Ein Ziel der Erfindung ist es hierbei, die Effizienz einer solchen Energieumwandlungsanlage grundsätzlich zu erhöhen.In view of this state of the art, the object of the present invention is to further develop an energy conversion system equipped with the Tesla turbine known per se in such a way that its field of application is expanded, in particular in the current alternative energy technology. An object of the invention is to increase the efficiency of such a power conversion plant in principle.

Diese Aufgabe wird durch eine regenerative Energieumwandlungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 2 oder 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a regenerative energy conversion plant with the features of claim 1, 2 or 3. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht demzufolge darin, die Tesla Turbine mit besonders gestalteten Fluideinlässen zu versehen. Für den Fall, dass die Tesla Turbine mit einem Gehäuse ausgerüstet ist, wird daran zumindest ein Fluideinlass ausgenommen (ausgebildet), der eine Trichterform hat (d. h. sich in Richtung hin zur Turbine einengt/verjüngt) oder mit einem entsprechenden Trichteraufsatz bestückt ist. Alternativ hierzu oder zusätzlich sind mehrere Fluideinlässe in dem Gehäuse ausgenommen/ausgebildet, die in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig verteilt sind. In vorteilhafter Weise können zwei oder vier Einlässe vorgesehen sein.The basic idea of the invention is therefore to provide the Tesla turbine with specially designed fluid inlets. In the event that the Tesla turbine is equipped with a housing, at least one fluid inlet having a funnel shape (i.e., tapered / tapered towards the turbine) or having a corresponding funnel attachment is recessed thereon. Alternatively or additionally, a plurality of fluid inlets are excluded / formed in the housing, which are preferably evenly distributed in the circumferential direction. Advantageously, two or four inlets may be provided.

Im Fall einer gehäuselosen Tesla Turbine gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist das Rotorscheibenpaket, welches ggf. mit inneren Leitblechen zwischen den Rotorscheiben ausgebildet sein kann, umfangsseitig mit einem daran fixierten und damit mitdrehenden Mantel aus platten- bzw. schuppenartigen Strömungsleitelementen versehen, die in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig beabstandet sind, derart, dass sich zwischen jeweils zwei benachbarten Strömungsleitelementen ein vorzugsweise trichterförmiger Fluideinlass ausbildet. Die Strömungsleitelemente ragen somit über den Außenumfang des Rotorscheibenpakets vor, um eine Angriffsfläche für ein anströmendes Fluid zu bilden. Gleichzeitig verhindern sie ein Ausströmen des eingeleiteten Fluids zwischen jeweils zwei benachbarten Einlässen.In the case of a housing-less Tesla turbine according to another aspect of the invention, the rotor disk package, which may optionally be formed with inner baffles between the rotor disks, circumferentially provided with a fixed thereto and thus co-rotating mantle of plate-like or scale-like flow, provided in the circumferential direction preferably uniformly spaced, such that between each two adjacent flow guide a preferably funnel-shaped fluid inlet is formed. The flow guide elements thus protrude beyond the outer circumference of the rotor disk package to form an attack surface for an oncoming fluid. At the same time they prevent leakage of the introduced fluid between each two adjacent inlets.

Die Erfindung geht hierbei grundsätzlich davon aus, dass eine Tesla Turbine besonders vorteilhaft im Bereich der Meeresenergieumwandlung (Wellenenergie und/oder Tidenhub) eingesetzt werden kann, wobei die Tesla Turbine prinzipiell auch mit Wind betreibbar ist. Wie beim an sich bekannten sogenannten „Wave Harrow” lässt sich mit einer derartigen Turbine eine weitgehend kontinuierliche Energiewandlung erreichen. Dies gilt insbesondere auch für küstennahe Bereiche, für die der „Wave Harrow” aufgrund der dort eher elliptisch ausgeprägten Orbitalbewegungen der Wassermoleküle weniger geeignet ist. Damit ergibt sich mit der vorliegenden Erfindung die Möglichkeit einer Portfolioerweiterung der erfindungsgemäßen Energieumwandlungsanlage.The invention is fundamentally based on the assumption that a Tesla turbine can be used particularly advantageously in the area of ocean energy conversion (wave energy and / or tidal range), with the Tesla turbine in principle also being able to be operated with wind. As with the so-called "Wave Harrow" known per se, a largely continuous energy conversion can be achieved with such a turbine. This applies in particular to coastal areas for which the "Wave Harrow" is less suitable because of the rather elliptical pronounced orbital movements of the water molecules. This results in the present invention, the possibility of portfolio expansion of the energy conversion plant according to the invention.

Die Erfindung ist natürlich nicht unbedingt auf den Bereich der Meeresenergieumwandlung beschränkt, sondern kann auch in anderen strömenden Fluiden eingesetzt werden. Namentlich genannt seien hier Meeresströmungen, Flüsse, Wind, etc. Zudem können sich besonders in der Überlagerung von Wellenbewegung mit Strömung Vorteile beim Einsatz der Erfindung ergeben, da die erfindungsgemäß ausgebildete Turbine als Kopplungskörper aus unterschiedlichen Richtungen gleichzeitig angeströmt werden kann. Des Weiteren bietet die Erfindung beispielsweise gegenüber dem Wave Harrow eine grundsätzlich verbesserte Anströmungsrichtungsunabhängigkeit. Of course, the invention is not necessarily limited to the field of ocean energy conversion, but may be used in other flowing fluids. In particular, here may be mentioned ocean currents, rivers, wind, etc. In addition, especially in the superposition of wave motion with flow advantages in the use of the invention, since the inventively constructed turbine can be flowed as a coupling body from different directions at the same time. Furthermore, the invention provides, for example, compared to the Wave Harrow a fundamentally improved flow direction independence.

Gegenüber anderen Turbinenarten wie zum Beispiel Savonius-, Darrieus- oder Gorlov-Turbinen wird eine deutlich verbesserte Wandlungseffizienz erwartet, da kein Gegenlauf von Rotorteilen vorkommt. Zudem lässt sich die Anlage relativ leicht skalieren. Sie ist vergleichsweise kompakt und es sind keine komplexen und aufwändigen Geometrien zu fertigen. Damit ist sie auch kostengünstig in der Herstellung. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird darüber hinaus die bisher vorhandene Beschränkung auf flache Scheiben aufgehoben. Diese wurde bisher eingehalten, da die Turbinen häufig mit sehr hohen Drehzahlen betrieben wurden, wodurch sehr hohe Fliehkräfte in den Scheiben induziert wurden. Im anvisierten Einsatzfall der vorliegenden Erfindung im Bereich der Meeresenergie, Wasser-/Windströmung oder Tidenhub treten jedoch im Durchschnitt relativ geringe Strömungsgeschwindigkeiten auf, die damit auch zu kleinen Drehgeschwindigkeiten und geringen Fliehkräften führen. Damit sind auch komplexe Scheibengeometrien realisierbar.Compared with other types of turbines, such as Savonius, Darrieus or Gorlov turbines, a significantly improved conversion efficiency is expected, since there is no counterrotation of rotor parts. In addition, the system can be scaled relatively easily. It is comparatively compact and there are no complex and complex geometries to manufacture. This makes it cost-effective to manufacture. In contrast to the prior art, in addition, the previously existing restriction to flat discs is repealed. This has been complied with so far, as the turbines were often operated at very high speeds, whereby very high centrifugal forces were induced in the discs. However, in the intended application of the present invention in the field of ocean energy, water / wind flow or Tidenhub occur on average relatively low flow velocities, which thus also lead to low rotational speeds and low centrifugal forces. This makes even complex disc geometries feasible.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.The invention will be explained below with reference to preferred embodiments with reference to the accompanying figures.

1 zeigt eine Tesla Turbine gemäß dem Stand der Technik; 1 shows a Tesla turbine according to the prior art;

2 zeigt die Strömungsverhältnisse im near und off shore Bereich; 2 shows the flow conditions in the near and offshore area;

3 zeigt ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung für den near shore Bereich; 3 shows a first preferred embodiment of the invention for the near shore area;

4 zeigt ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung für den off shore Bereich (oder alternativ auch für den Windantrieb); 4 shows a second preferred embodiment of the invention for the offshore area (or alternatively for the wind propulsion);

5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Gehäuse für den near shore Bereich und/oder Flüsse; 5 shows a third embodiment of the invention without housing for the near shore area and / or rivers;

6 zeigt ein viertes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne Gehäuse für den near shore Bereich und/oder Flüsse mit einer Kanalisierung; 6 shows a fourth preferred embodiment of the invention without housing for the near shore area and / or rivers with a canalization;

7 zeigt ein fünftes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne (geschlossenes) Gehäuse für den off shore Bereich; 7 shows a fifth preferred embodiment of the invention without (closed) housing for the offshore area;

8 zeigt ein zeigt ein sechstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne (geschlossenes) Gehäuse und mit Leitblechen für den off shore Bereich; 8th shows a shows a sixth preferred embodiment of the invention without (closed) housing and with baffles for the offshore area;

9 zeigt ein Strömungsfeld der die erfindungsgemäße Anlage umgebenden Fluidmoleküle; 9 shows a flow field of the fluid surrounding the system according to the invention;

10 zeigt unterschiedliche Anordnungen einer Tesla Turbine gemäß der Erfindung in einem Strömungsfeld gemäß der 9; 10 shows different arrangements of a Tesla turbine according to the invention in a flow field according to the 9 ;

11 zeigt ein siebtes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ohne (geschlossenes) Gehäuse mit radialen, axial beabstandeten Kreisscheiben als dem Rotor vorgeschaltete Strömungsleitelemente mit Rotationsachse (ggf. auch feststehend) als Mittelachse; 11 shows a seventh preferred embodiment of the invention without (closed) housing with radial, axially spaced circular discs upstream of the rotor Strömungsleitelemente with axis of rotation (possibly also fixed) as the central axis;

12 zeigt die Prinzipskizze eines achten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit mantelförmig am Rotor angeordneten Strömungsleitelementen; 12 shows the schematic diagram of an eighth preferred embodiment of the invention with jacket-shaped arranged on the rotor flow guide elements;

1315 zeigen konstruktive Abwandlungen des achten Ausführungsbeispiels der Erfindung; 13 - 15 show constructive modifications of the eighth embodiment of the invention;

16 zeigt die Variante eines Rotors mit daran angebrachten schaufelförmigen Strömungsleitelementen; 16 shows the variant of a rotor with attached scoop-shaped flow guide elements;

17 zeigt die bevorzugte Konstruktion einer Rotorscheibe gemäß der Erfindung in Tellerform; 17 shows the preferred construction of a rotor disk according to the invention in dish form;

18 zeigt eine weitere bevorzugte Konstruktion einer Rotorscheibe gemäß der Erfindung als nicht ebene/flache Scheibe; 18 shows a further preferred construction of a rotor disc according to the invention as a non-flat / flat disc;

1920 zeigen unterschiedliche Ausgestaltungen für eine Rotorscheibe gemäß 18; 19 - 20 show different embodiments of a rotor disk according to 18 ;

2123 zeigen Halterungen für die erfindungsgemäße Anlage im off shore Bereich; 21 - 23 show brackets for the inventive system in the offshore area;

24 zeigt die Anordnung von zwei Rotorscheibenpaketen mit zueinander gegenläufiger Öffnungsausrichtung; 24 shows the arrangement of two rotor disk packages with mutually opposite opening orientation;

25 zeigt eine Halterungsvariante eines Rotors mit Mooring-Kette und Auftriebskörper; 25 shows a mounting variant of a rotor with mooring chain and buoyancy body;

26 zeigt die Kombination aus Tesla-Turbinen-Hebelarm und Auftriebsläufer als Kopplungskörper der Anlage und 26 shows the combination of Tesla turbine lever arm and lift rotor as the coupling body of the plant and

27 zeigt eine zu 26 alternative/ergänzende Konstruktion der Anlage. 27 shows one too 26 alternative / complementary construction of the plant.

Zunächst wird auf Anordnungen mit weitgehend geschlossenem Gehäuse für den near shore Einsatz gemäß der 2 und 3 konkreter eingegangen.First, on arrangements with largely closed housing for nearshore use according to the 2 and 3 entered more specifically.

In Küstennähe ist im Gegensatz zu küstenfernen Bereichen gemäß der 2 die Orbitalbewegung der Wasserpartikel bei Wellengang stark elliptisch ausgeprägt ist, so dass sich im Wesentlichen zwei Hauptströmungsrichtungen parallel zum Meeresgrund ausbilden, nämlich eine auf- und ablandige Strömung (dies gelt besonders in Bodennähe). Damit ergibt sich hier ein besonders interessanter Fall in so fern, als dass für einen Großteil der Zeit im Wesentlichen nur zwei Strömungsrichtungen vorherrschen. Diese können mit Tesla Turbinen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechend der 3 in nutzbare Energie gewandelt werden, deren Rotationsachse 1 im Wesentlichen horizontal und parallel zur Küstenlinie (d. h. im Wesentlichen senkrecht zum Wellenlauf) ausgerichtet ist. Hierbei sind zudem Systeme mit nur einem Fluideinlass 2 als auch mit mehreren Fluideinlässen (beispielsweise zwei diametral gegenüberliegende Einlässe) möglich. Besonders bevorzugt werden gemäß der 3, rechte Abb. zwei vorzugsweise trichterförmige Öffnungen 2, 4 vorgeschlagen, die Anströmungen aus den beiden Hauptrichtungen bündeln und weitgehend tangential in ein Gehäuse 6 der Tesla Turbine leiten, wo die Strömungen zu einer Rotation von Scheiben eines Rotorscheibenpakets 8 und damit zu einem Drehmoment führen. Alternativ ist auch eine vertikale Anordnung oder eine winkelige Anordnung der Rotorachse 1 mit entsprechenden Einlauftrichtern 2, 4 möglich.In the coastal area is in contrast to remote coastal areas according to the 2 The orbital motion of the water particles is strongly elliptical pronounced in waves, so that two main flow directions are formed parallel to the seabed, namely an up-and-down flow (this gelt especially near the ground). This results in a particularly interesting case in so far as that prevail for much of the time essentially only two flow directions. These can with Tesla turbines according to a preferred embodiment of the invention according to the 3 be converted into usable energy whose axis of rotation 1 is oriented substantially horizontally and parallel to the coastline (ie, substantially perpendicular to the wave). Here are also systems with only one fluid inlet 2 as well as with multiple fluid inlets (for example, two diametrically opposed inlets) possible. Particularly preferred are according to the 3 , right Fig. Two preferably funnel-shaped openings 2 . 4 proposed to bundle the streams from the two main directions and largely tangential in a housing 6 The Tesla turbine where the currents lead to a rotation of disks of a rotor disk package 8th and thus lead to a torque. Alternatively, a vertical arrangement or an angular arrangement of the rotor axis 1 with corresponding inlet funnels 2 . 4 possible.

Die erfindungsgemäße Wellenkraftmaschine kann auf dem Meeresgrund befestigt sein (über Stützpfeiler 9) oder durch geschickte Kombination aus Mooringketten/-seilen und Auftriebskörpern in Position gehalten werden (wird nachfolgend noch detaillierter beschrieben). Alternativ ist auch eine Halterung von mehreren hintereinander angeordneten Turbinen beispielsweise in einem gemeinsamen Rahmen oder Tauchplattform möglich, bei dem die Turbinen in der Nähe unterhalb der Wasseroberfläche gehaltert sind (siehe ebenfalls nachfolgende Beschreibung). Der gemeinsame Rahmen (Tauchplattform) kann fest im Meeresgrund verankert sein oder alternativ über Moorinketten/-seile und Auftriebskörper in Position gehalten werden. Da sich Wellen in Küstennähe mit ihren Wellenkömmen parallel zur Küste ausrichten, ist hier eine Anpassung der Ausrichtung der Turbine nicht notwendig.The wave power machine according to the invention can be mounted on the seabed (via buttresses 9 ) or held by a clever combination of Mooringketten / -seilen and buoyancy bodies in position (will be described in more detail below). Alternatively, it is also possible to mount several turbines arranged one behind the other, for example, in a common frame or dipping platform, in which the turbines are held in the vicinity below the water surface (see also the description below). The common frame (submersible platform) can be firmly anchored in the seabed or alternatively held in position via mooring chains / ropes and buoyancy bodies. As shafts near the coast align with their corrugations parallel to the coast, it is not necessary to adjust the orientation of the turbine.

Entgegen dem Stand der Technik, der eher kompakte Bauformen von Turbinen vorsieht, sind hier auch große axiale Längserstreckungen (Rotationswellenlängen) realisierbar und vorteilhaft, da das erzeugte Drehmoment direkt proportional der Rotorlänge ist. Entgegen dem Stand der Technik kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, das Fluid beidseitig aus der Turbine zu führen. Dies ist insbesondere bei großen Achs- bzw. Rotationswellenlängen vorteilhaft, um den mit Achslänge zunehmenden Fluidstrom möglichst bei geringem Reibungsverlust abführen zu können. Alternativ kann auch vorgesehen sein, mehrere axial ausgerichtete Anlagen an eine gemeinsame Welle anzukoppeln. Die Einlaufe 2, 4 können ferner mit vertikalen, nicht weiter dargestellten Leitrippen (für eine horizontale Achsanordnung) ausgestattet sein, um eine schräge Anströmung der Scheiben 8 und eine damit verbundene schräge Belastung zu vermeiden.Contrary to the state of the art, which provides rather compact designs of turbines, here also large axial longitudinal extents (rotation wavelengths) can be realized and advantageous because the torque generated is directly proportional to the rotor length. Contrary to the prior art can be inventively provided to guide the fluid on both sides of the turbine. This is particularly advantageous in the case of large axis or rotation wavelengths in order to be able to dissipate the fluid stream increasing with axis length as far as possible with a low friction loss. Alternatively, it can also be provided to couple a plurality of axially aligned systems to a common shaft. The inlet 2 . 4 can also be equipped with vertical, not shown guide ribs (for a horizontal axle assembly) to an oblique flow of the discs 8th and to avoid an associated oblique load.

Um in das Gehäuse 6 eingespülte feste Bestandteile, die sich trotz der Umströmung evtl. im unteren Bereich des Gehäuses 6 ablagern, aus dem Gehäuse 6 zu entfernen, kann dieses an seinem unteren Ende teilweise geöffnet sein oder mittels einer nicht gezeigten Klappe temporär geöffnet werden, sodass Feststoffsedimente innerhalb des Gehäuses 6 ausschwemmbar sind.To get into the case 6 purged solid components, which, despite the flow around possibly in the lower part of the housing 6 deposit, out of the housing 6 To remove this may be partially open at its lower end or temporarily opened by means of a flap, not shown, so that solid sediments within the housing 6 are floatable.

Um ferner im Fall einer Mehrfacheinlass-Konstruktion ein Ausströmen aus dem jeweils in Anströmungsrichtung nach hinten (oder zumindest teilweise rückwärts) angeordneten Einlasstrichter zu verhindern, können in oder vor den Trichtern nicht dargestellte Rückschlagverschlüsse angeordnet sein, die ein solches Ausströmen verhindern. Gleiches kann für die Ausströmöffnung gelten, um ein Einströmen von Fluid zu verhindern.Furthermore, in order to prevent outflow from the inlet funnel, which is arranged in the direction of flow towards the rear (or at least partially backwards), in the case of a multiple inlet construction, non-illustrated non-return seals can be arranged in or in front of the funnels, which prevent such outflow. The same can apply to the outflow opening to prevent an influx of fluid.

In der 3 sind die Einlauftrichter 10 derart dargestellt, dass deren Einlaufrichtung tangential zum abgebildeten Rotorscheibenpaket 8 ausgerichtet ist. Andere Winkelanordnungen von mehreren Einlauftrichtern 10 als die in der 3 dargestellte sind jedoch möglich. Hierbei ist durch geeignete Maßnahmen (beispielsweise interne Umlenkstutzen) allerdings sicher zu stellen, dass die Scheiben 8 weiterhin weitgehend tangential angeströmt werden und dass die Anströmrichtung zu einer Drehung des Rotorscheibenpakets 8 in gleicher Orientierung führt. Das erzeugte Drehmoment wird mit Hilfe geeigneter Maßnahmen in eine andere Energieform beispielsweise elektrischen Strom gewandelt.In the 3 are the inlet funnels 10 represented such that the inlet direction tangential to the illustrated rotor disk package 8th is aligned. Other angular arrangements of several inlet funnels 10 than those in the 3 however, they are possible. However, by appropriate measures (for example, internal Umlenkstutzen) but to ensure that the discs 8th continue to be flowed largely tangentially and that the direction of flow to a rotation of the rotor disk package 8th leads in the same orientation. The generated torque is converted by means of suitable measures in another form of energy, for example electric current.

Neben einer Anordnung im vorstehend beschriebenen near shore Bereich zur Wandlung von Energie aus Wellenbewegung ist eine Anordnung der beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform auch in Flüssen oder in Bereichen mit Strömungen und/oder Tidenhub denkbar.In addition to an arrangement in the above-described near shore area for the conversion of energy from wave motion is a Arrangement of the described embodiment of the invention also in rivers or in areas with currents and / or Tidenhub conceivable.

Die nachfolgende Beschreibung der 4 betriff eine erfindungsgemäße Anordnungen mit weitgehend geschlossenem Gehäuse vorzugsweise für den off shore Einsatz zur Wandlung von Energie aus Weilen und/oder Strömungen:
Für den off shore Bereich werden verschiedene erfindungsgemäße Anordnungen mit einem weitgehend geschlossenen Gehäuse vorgeschlagen. Diese sind in der 4 schematisch dargestellt (Abmessung nicht korrekt skaliert):
In einer ersten Ausführung (4. linke Abb.) wird eine Tesla-Turbine mit einer Öffnung 2 so unter der welligen Wasseroberfläche angeordnet, dass die Achse 1 im Wesentlichen horizontal verläuft und weitgehend senkrecht angeströmt wird. Das Gehäuse 6 weist einen Zulauf 2 auf, die Orientierung des Zulaufs 2 wird beibehalten, so dass sich nur über einen Teil der Orbitalbewegung eine Anströmung des Rotors 8 ergibt. Um eine verbesserte Effizienz der Turbine zu erreichen, wird in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung (4, mittlere Abb.) eine Variante mit n Zuläufen 2, 4 vorgeschlagen, die im Wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Turbinengehäuses verteilt sind. Beispielhaft dargestellt sind hier 4 Zuläufe. Um ein ungewünschtes Ausströmen zu vermeiden, können die Zuläufe mit einer Rückschlagklappe (nicht dargestellt) ausgestattet sein.
The following description of 4 refers to an inventive arrangements with largely closed housing preferably for offshore use for the conversion of energy from Weilen and / or currents:
Various arrangements according to the invention with a largely closed housing are proposed for the offshore sector. These are in the 4 shown schematically (dimension not scaled correctly):
In a first embodiment ( 4 , left Fig.) is a Tesla turbine with an opening 2 so under the undulating water surface arranged that the axis 1 essentially horizontally and flows largely vertically. The housing 6 has an inlet 2 on, the orientation of the inlet 2 is maintained, so that only over part of the orbital motion, a flow of the rotor 8th results. In order to achieve an improved efficiency of the turbine, in a further embodiment according to the invention ( 4 , middle Fig.) A variant with n inlets 2 . 4 proposed, which are distributed substantially uniformly over the circumference of the turbine housing. Illustrated here are examples 4 Inlets. In order to avoid an undesired outflow, the inlets can be equipped with a non-return flap (not shown).

Da diese Anordnung jedoch recht aufwändig ist, wird eine weitere Anordnung (4, rechte Abb.) mit einem mitdrehenden Gehäuse 6 vorgeschlagen, dessen Einlauföffnung 2 durch geeignete Maßnahmen wie zum Beispiel ein Wetterfahnenflügel 12 immer so ausgerichtet wird, dass er lagerichtig angeströmt wird. Dies bedeutet, dass das Gehäuse 6 pro Wellenperiode eine vollständige Umdrehung um die eigene Längsachse ausführt. Entsprechend der Erfindung kann auch (zusätzlich oder alternativ) der Auslass als Wetterfahne genutzt werden, es ist jedoch auch eine separate Wetterfahne möglich.However, since this arrangement is quite complex, another arrangement ( 4 , right figure) with a rotating housing 6 proposed, the inlet opening 2 through suitable measures such as a weather vane wing 12 always aligned so that it flows in the correct position. This means that the case 6 per shaft period performs a complete revolution about its own longitudinal axis. According to the invention also (additionally or alternatively) the outlet can be used as weather vane, but it is also possible a separate weather vane.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungen für den off shore Bereich sind durch entsprechende Maßnahmen unterhalb der Wasseroberfläche gehaltert. Die ersten beiden Varianten sehen vor, dass das Gehäuse 6 weitgehend ortsfest ist und auch nicht rotiert. Die dritte Variante ist explizit mit einer Rotation des Gehäuses 6 vorgesehen. Geeignete Mittel zur Halterung sind eine direkte Verbindung zum Meeresgrund über geeignete Pfeiler, Verankerungen am Meeresgrund mittels geeigneter Mooringmitteln unter Umständen in Kombination mit Auftriebskörpern. Alternativ ist auch eine Anordnung mehrerer Turbinen in einem gemeinsamen Rahmen oder Tauchplattform möglich, der durch Mooring- und Auftriebsmittel unter der Wasseroberfläche gehaltert wird.The above-described embodiments for the offshore area are supported by appropriate measures below the water surface. The first two variants provide that the housing 6 is largely stationary and not rotated. The third variant is explicitly with a rotation of the housing 6 intended. Suitable means of support are a direct connection to the seabed via suitable pillars, anchors on the seabed by means of suitable Mooringmitteln possibly in combination with buoyancy bodies. Alternatively, an arrangement of several turbines in a common frame or dive platform is possible, which is supported by mooring and buoyancy means under the water surface.

Die weiteren, im vorigen Abschnitt für near shore Betrieb-Turbinen genannten Punkte, können sinngemäß auch auf Turbinen im off shore Bereich übertragen werden. Dies gilt insbesondere für die Möglichkeit, das Fluid beidseitig (an den Endabschnitten der Rotationsachse 1) axial ausströmen zu lassen.The other points mentioned in the previous section for near-shore turbines can also be applied analogously to off-shore turbines. This applies in particular to the possibility of the fluid on both sides (at the end portions of the axis of rotation 1 ) to flow out axially.

Die dargestellten Gehäuse 6 sind nur schematisch gezeichnet. Alternativ sind auch Gehäuse 6 mit geändertem Einlauf entsprechend dem Stand der Technik möglich.The illustrated housing 6 are drawn only schematically. Alternatively, also housing 6 With a modified inlet according to the prior art possible.

Bei diesen verengt sich das Gehäuse dann aber spiralförmig oder alternativ wird das Fluid über entsprechende optional verstellbare Klappen auf den Rotor 8 gelenkt. Weitgehend geschlossene Gehäuse haben dabei den Vorteil, dass sich im Gehäuse ein erhöhter Druck aufbaut, der zu einer verbesserten Effizienz aufgrund eines größeren Fluideintrags in den eigentlichen Rotor 8 führt.In these cases, however, the housing narrows in a spiral shape or, alternatively, the fluid is applied to the rotor via corresponding optionally adjustable flaps 8th directed. Largely closed housing have the advantage that an increased pressure builds up in the housing, resulting in an improved efficiency due to a larger fluid input into the actual rotor 8th leads.

Nachstehend werden erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele für Energieumwandlungsanlagen mit Leitblechen (und ohne (geschlossenes) Gehäuse) für den near shore Bereich gemäß der 5 beschreiben.Below are embodiments of the invention for energy conversion systems with baffles (and without (closed) housing) for the near shore area according to the 5 describe.

Wie in der Beschreibungseinleitung bereits ausgeführt wurde, sind im Stand der Technik Anordnungen ohne geschlossenes Gehäuse bekannt, die mit Leitblechen arbeiten, um eine weitgehend tangentiale Anströmung des Rotors zu erreichen. Im Idealfall wird dies auch unabhängig von der Anströmrichtung erreicht. Ändert sich die Anströmrichtung nicht oder nur wenig, so reichen wenige Leitbleche, die die Strömung auf der angeströmten Seite auf eine Seite des Rotors konzentriert. Wechselt die Strömungsrichtung und wird die Turbine von allen Seiten radial angeströmt, so sind Leitbleche auf allen Gehäuseseiten vorteilhaft, die zu einer gleichförmigen Anströmung des Rotors unabhängig von der Anströmungsrichtung führen.As has already been explained in the introduction to the description, arrangements without a closed housing are known in the prior art, which work with baffles in order to achieve a largely tangential flow to the rotor. Ideally, this is also achieved independently of the direction of flow. If the direction of flow does not change, or only slightly, a few baffles, which concentrate the flow on the upstream side onto one side of the rotor, are sufficient. If the direction of flow changes and the turbine flows radially from all sides, baffles are advantageous on all sides of the housing, which lead to a uniform flow of the rotor independently of the flow direction.

Derartige Anordnungen können erfindungsgemäß im Bereich der Wellenenergie in Küstennähe eingesetzt werden und entweder auf dem Meeresgrund montiert sein oder zwischen Meeresgrund und Wasseroberfläche, wie dies vorstehend bereits ausgeführt wurde.Such arrangements can be used according to the invention in the field of wave energy near the coast and be mounted either on the seabed or between seabed and water surface, as already stated above.

In der 5 ist eine Anordnung mit Leitblechen 14 dargestellt, die für eine bevorzugte Anströmungsrichtung ausreicht, wie sie beispielsweise in Flussläufen besteht. Das gestrichelt dargestellte Leitblech 14' ist nicht zwingend erforderlich, erhöht jedoch die Anströmung und damit die Effizienz. Werden Anströmungen aus im Wesentlichen zwei Richtungen erwartet, wie dies in Küstennähe im Bereich der Wellenenergie der Fall ist, so können entsprechend mehr Leitbleche 14 angebracht werden. Zudem kann der obere und der untere Bereich zwischen den linken und rechten Leitblechen 14 durch entsprechende Maßnahmen verschlossen werden, um hier eine ungerichtete Anströmung zu verhindern.In the 5 is an arrangement with baffles 14 shown, which is sufficient for a preferred direction of flow, such as exists in rivers. Dashed line shown baffle 14 ' is not absolutely necessary, but increases the flow and thus the efficiency. If flows from essentially two directions are expected, as is the case near the coast in the area of wave energy, then so can correspondingly more baffles 14 be attached. In addition, the upper and the lower area between the left and right baffles 14 be closed by appropriate measures to prevent a non-directional flow here.

Durch eine zusätzliche Kanalisierung 17 gemäß 6 mit evtl. sogar gekrümmten (nicht dargestellt) „Kanal”-wänden lässt sich die Effizienz noch werter steigern. Derartige Systeme können insbesondere auch im Bereich von Strömungen sowohl mit vertikaler als auch mit horizontaler Achsausrichtung zum Einsatz kommen.Through an additional channeling 17 according to 6 with possibly even curved (not shown) "channel" walls, the efficiency can be increased even more. Such systems can also be used in particular in the region of flows with both vertical and horizontal axis alignment.

Nachfolgend werden anhand 7 erfindungsgemäße Anordnungen mit Leitblechen für den off shore Bereich beschrieben.The following are based on 7 inventive arrangements described with baffles for offshore area.

Bei wechselnder Anströmungsrichtung sind in diesem Ausführungsbeispiel gemäß der 7 Leitbleche 16 entlang des Umfangs vorgesehen, wie dies in auch aus dem Stand der Technik beim Einsatz von Tesla Turbinen per se bekannt ist. Durch diese UmfangsLeitbleche 16 wird eine gleichförmige tangentiale Anströmung des Rotors 8 unabhängig von der Anströmrichtung erreicht. Derartige Anordnungen sind insbesondere für den off shore Bereich interessant, bei dem sich die Anströmungsrichtung kontinuierlich ändert. Zur Anordnung der Turbine und zur Halterung gelten die gleichen Punkte, die auch im vorstehenden Abschnitt über weitgehend geschlossene Gehäuse beschrieben wurden. Durch eine derartige Anordnung kann weitgehend kontinuierlich Energie aus der Orbitalbewegung einer Meereswelle gezogen werden. Grundsätzlich ist auch eine Kombination von Gehäuse mit Leitblechen zur verbesserten Strömungsführung möglich.In changing flow direction are in this embodiment according to the 7 baffles 16 provided along the circumference, as is known in the prior art in the use of Tesla turbines per se. Through this UmfangsLeitbleche 16 becomes a uniform tangential flow of the rotor 8th achieved regardless of the direction of flow. Such arrangements are particularly interesting for the offshore area, in which the direction of flow changes continuously. For the arrangement of the turbine and for holding the same points apply, which were also described in the above section on largely closed housing. By such an arrangement can be drawn from the orbital motion of a sea wave largely continuously energy. In principle, a combination of housing with baffles for improved flow guidance is possible.

Im Weiteren werden erfindungsgemäße Anordnungen ohne separates Gehäuse oder separate Leitbleche beschrieben.In the following, arrangements according to the invention without a separate housing or separate baffles will be described.

Erfindungsgemäß werden auch Tesla Turbinen ohne ein separates Gehäuse und/oder Leitbleche in der Energieumwandlungsanlage angeordnet, wie dies in 8 schematisch dargestellt ist. Nach dem Stand der Technik ist es bisher immer vorgesehen, dass sich der eigentliche Rotor 8 relativ zu einem Gehäuse 6 und/oder relativ zu den Leitblechen 14 bewegt. Erfindungsgemäß kann jedoch auf Gehäuse 8 und/oder Leitbleche 14 ganz verzichtet werden, bzw. in spez. erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind Gehäuseteile und/oder Leitbleche 18 weitgehend starr mit dem Rotor 8 verbunden und rotieren mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit um die Rotorachse 1.According to the invention Tesla turbines are also arranged without a separate housing and / or baffles in the energy conversion plant, as in 8th is shown schematically. According to the prior art, it has always been envisaged that the actual rotor 8th relative to a housing 6 and / or relative to the baffles 14 emotional. According to the invention, however, can on housing 8th and / or baffles 14 completely omitted, or in spec. Embodiments of the invention are housing parts and / or baffles 18 largely rigid with the rotor 8th connected and rotate at the same angular velocity around the rotor axis 1 ,

In bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen gemäß nachfolgender Beschreibung werden Tesla Rotoren vorgesehen, die an einem Hebelarm um eine horizontale Drehachse, die unter der Wasseroberfläche angeordnet ist, orbitieren. Aufgrund der Überlagerung aus Anströmung und Rotation ergibt dabei sich ein Strömungsfeld, das in etwa aussieht wie in der 9 dargestellt ist:
Hierbei sind eine momentane Durchströmung der Fläche von links nach rechts und eine Aufhängung des Hebelarms in der Bildmitte zugrunde gelegt. Resultierend ergibt sich ein Bereich mit einer ruhenden Strömung, um den herum die Strömungsvektoren weitgehend kreisförmig verlaufen. Der Abstand dieses „Auges” (Mittelpunkt der resultierenden Strömung) vom (Rotations-)Mittelpunkt hängt von dem Verhältnis aus Rotations- und Strömungsgeschwindigkeit ab. Bei sehr kleinen Strömungsgeschwindigkeiten wandert das Auge bei gleichbleibender Rotationsgeschwindigkeit in Richtung Zentrum, mit zunehmenden Strömungsgeschwindigkeiten gemäß der 9 nach oben. Der Mittelpunkt des Auges liegt auf dem Radius des Strömungsorbitals mit Mittelpunkt in der Bildmitte und ist damit abhängig von der aktuellen Wellenhöhe und der Tauchtiefe. Dargestellt ist hier nur eine Momentaufnahme. Aufgrund der Orbitalbewegung wandert das Auge bei konstanter Strömungs- und Rotationsgeschwindigkeit auf einer Kreisbahn um die Bildmitte.
In preferred embodiments of the invention as described below, Tesla rotors are provided which orbit on a lever arm about a horizontal axis of rotation located below the water surface. Due to the superimposition of flow and rotation results in a flow field that looks approximately like in the 9 is shown:
This is based on a momentary flow through the surface from left to right and a suspension of the lever arm in the middle of the image. The result is an area with a static flow, around which the flow vectors are largely circular. The distance of this "eye" (center of the resulting flow) from the (rotation) center depends on the ratio of rotational and flow velocity. At very low flow velocities, the eye moves at constant rotational speed in the direction of the center, with increasing flow velocities according to the 9 up. The center of the eye is located on the radius of the flow orbital with center in the center of the image and is thus dependent on the current wave height and the depth. Shown here is just a snapshot. Due to the orbital motion, the eye moves at a constant flow and rotation speed on a circular orbit around the center of the image.

Im Folgenden werden zunächst Rotoren diskutiert, die ohne ein Gehäuse/Leitbleche auskommen. Ein beispielhafter Aufbau eines derartigen Rotors 8 ist in 7 oder 8 dargestellt, wobei insbesondere in der 8 schematisch nur die Rotorscheiben – in diesem Fall rotationssymmetrisch – dargestellt sind. Auf die Darstellung der Rotorwelle und weiterer Details wurde der Einfachheit halber verzichtet.In the following, first rotors are discussed, which manage without a housing / baffles. An exemplary construction of such a rotor 8th is in 7 or 8th shown, in particular in the 8th schematically only the rotor disks - in this case rotationally symmetrical - are shown. On the representation of the rotor shaft and other details has been omitted for the sake of simplicity.

In der 10 sind verschiedene Anordnungen einer an einem Hebelarm angeordneten erfindungsgemäßen Tesla Turbine schematisch dargestellt, wobei hier auf die Darstellung des Hebelarms der Halterung, etc. verzichtet wurde. Dargestellt ist stattdessen jeweils der Umriss des Rotors in der aktuellen Strömungsposition.In the 10 various arrangements of a arranged on a lever arm according to the invention Tesla turbine are shown schematically, in which case the representation of the lever arm of the holder, etc. has been omitted. Instead, the outline of the rotor in the current flow position is shown instead.

Wird zunächst davon ausgegangen, dass ein Rotor einer Tesla Turbine mit einer Mehrzahl an parallel angeordneten Scheiben 8 die Strömung nicht beeinflusst, so ergibt sich für einen runden Rotor, dessen Rotationsachse mit dem Zentrum des Auges zusammenfällt eine reine Umströmung. In allen Punkten würde ein derartiger Tesla Rotor umströmt, die Strömungsrichtung entspricht an allen Rotorrandpunkten der Richtung des Rotationsvektors des Rotors. Damit ist dies ein sehr spezieller Strömungsfall, der ansonsten so nicht häufig vorkommt. Wird der Rotor nun frei drehbar gelagert, so stellt sich aufgrund von viskosen Reibungseffekten am Rotorumfang die Rotationsgeschwindigkeit so ein, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors weitgehend mit der Strömungsgeschwindigkeit der Partikel übereinstimmt. Damit sollte die Umströmung kaum beeinflusst werden.It is initially assumed that a rotor of a Tesla turbine with a plurality of parallel disks 8th does not affect the flow, so results for a round rotor whose axis of rotation coincides with the center of the eye, a pure flow around. In all points such a Tesla rotor would flow around, the flow direction corresponds at all rotor edge points of the direction of the rotation vector of the rotor. This is a very special flow case, which otherwise does not occur frequently. If the rotor is now freely rotatably mounted, then due to viscous friction effects on the rotor circumference, the rotational speed is set such that the peripheral speed of the rotor largely coincides the flow velocity of the particles coincides. Thus the flow around should hardly be influenced.

Wird nun an dem Rotor jedoch ein Drehmoment abgegriffen, dessen Rotationsgeschwindigkeit also reduziert, so werden die direkt benachbarten Wasserpartikel abgebremst und auf die von Tesla beschriebene spiralförmige Bahn in den Rotor gezwungen. Dadurch wird Energie von dem Fluid auf den Rotor übertragen.If, however, a torque is tapped at the rotor, that is, its rotational speed is reduced, then the directly adjacent water particles are decelerated and forced into the rotor by the helical path described by Tesla. This transfers energy from the fluid to the rotor.

Das normalerweise vorhandene Gehäuse wird hier im Prinzip durch die Ausprägung der Fluidströmung ersetzt. Erfindungsgemäß kann durch geeignete – vorzugsweise einstellbare – Mittel wie zum Beispiel einen Widerstandskörper und/oder einen Auftriebsläufer, der/die an dem Hebelarm angreifen, sichergestellt werden, dass die Umlaufgeschwindigkeit der Turbine in etwa mit der des Auges übereinstimmt. Da sich aufgrund von Änderungen in der Anströmung in unregelmäßigen Wellenzuständen der radiale Abstand des Auges vom Drehpunkt des Hebelarms ändern kann, kann die Länge des Hebelarms erfindungsgemäß veränderbar sein. Über entsprechende Sensorik wird die notwendige Regelung ermöglicht.The normally existing housing is replaced here in principle by the expression of the fluid flow. According to the invention can be ensured by suitable - preferably adjustable - means such as a resistance body and / or a buoyancy rotor which act on the lever arm, that the rotational speed of the turbine approximately coincides with that of the eye. Since, due to changes in the flow in irregular wave conditions, the radial distance of the eye from the pivot point of the lever arm can change, the length of the lever arm can be changed according to the invention. About appropriate sensors, the necessary control is possible.

Neben der Einsparung des Gehäuses bzw. von Leitblechen ergibt sich mit dieser Konfiguration eine Anordnung, auf die keine resultierenden Kräfte wirken, da sich die am Umfang angreifenden Kräfte im Wesentlichen gegenseitig aufheben. Dadurch wird die Halterung eines derartigen Rotors besonders einfach.In addition to the saving of the housing or baffles results with this configuration, an arrangement on which no resulting forces act, since the forces acting on the circumference cancel each other substantially. As a result, the holder of such a rotor is particularly simple.

Im Betrieb wird es trotz entsprechender Überwachung und Regelung voraussichtlich nicht möglich sein, den Drehpunkt des Rotors immer genau im Auge zu positionieren – hier wird sich häufig ein gewisses Offset einstellen. Dies muss jedoch nicht schlimm sein, da sich damit auf der Seite des Rotors, die am weitesten vom Auge entfernt ist eine Anströmung ergibt, die tendenziell zu einer direkten Anströmung dieses Randbereichs führt, wodurch hier eine verbesserte Effizienz erreicht wird. Auf der gegenüberliegenden Seite ergibt sich eine entsprechende Verringerung der Effizienz, so dass die Gesamteffizienz weitgehend konstant bleiben sollte. Nachteil sind resultierende Kräfte auf die Struktur, die abgestützt werden müssen.In operation, it will probably not be possible, despite appropriate monitoring and control, always to position the fulcrum of the rotor exactly in the eye - here, a certain offset is often set. However, this does not have to be a problem, as it results in an incident flow on the side of the rotor furthest away from the eye, which tends to lead to a direct flow of this edge region, thereby achieving improved efficiency. On the opposite side, there is a corresponding reduction in efficiency, so that the overall efficiency should remain largely constant. Disadvantage are resulting forces on the structure that need to be supported.

Um auf eine aufwändige Regelung der Hebelarmlänge im Betrieb verzichten zu können, ist es aufgrund der geringen Änderungen in der Wandlungseffizienz wahrscheinlich gut möglich, den Hebelarm des Rotors auf eine mittlere Wellenhöhe einzustellen, so dass die Augenposition quasi durch die Rotorachse hindurchoszilliert. Erfindungsgemäß kann in dieser Ausgestaltungsform jedoch auch vorgesehen sein, dass der Rotor immer in einer leicht aus dem Auge ausgelenkten Position betrieben wird, wenn sich dies im Betrieb Effizienz steigernd auswirken sollte.In order to be able to dispense with an elaborate control of the lever arm length during operation, it is probably well possible due to the small changes in the conversion efficiency to adjust the lever arm of the rotor to an average wave height, so that the eye position oscillates quasi through the rotor axis. According to the invention, however, it may also be provided in this embodiment that the rotor is always operated in a position deflected slightly out of the eye, if this should increase the efficiency during operation.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß der 10 ist der Rotor ohne Gehäuse oder ähnliches so an einem Hebelarm aufgehängt, dass der Mittelpunkt des Auges und die Rotorachse deutlich voneinander entfernt sind (siehe Kreis am rechten unteren Bildrand von 10). In diesem Fall ist aus dem dargestellten Strömungsfeld offensichtlich, dass die Durchströmung der Rotorfläche ungleichförmig ist, der Rotor also auf seiner dem Mittelpunkt entfernten Seite stärker angeströmt wird, als an der gegenüberliegenden Seite. Dies führt zu einer Rotation des Rotors entgegen dem Uhrzeigersinn. Sicherlich wird die Strömung durch den Rotor beeinflusst, hier könnte auch der Magnuseffekt eine Rolle spielen, es wird jedoch davon ausgegangen, dass an einem derartig gelagerten Rotor ein nutzbares Drehmoment abgegriffen werden kann.In a further embodiment of the invention according to the 10 the rotor without housing or the like is suspended on a lever arm so that the center of the eye and the rotor axis are clearly separated from each other (see circle on the right lower edge of fig 10 ). In this case, it is evident from the illustrated flow field that the flow through the rotor surface is non-uniform, that is to say that the rotor is flown more strongly on its side remote from the center than on the opposite side. This leads to a rotation of the rotor counterclockwise. Certainly, the flow is influenced by the rotor, here could also play the Magnus effect, but it is assumed that on such a rotor mounted a usable torque can be tapped.

In einer weiteren Ausführungsform ohne Gehäuse mit Halterung der Rotorachse an einem Hebelarm derart, dass der Rotordrehpunkt in etwa mit dem Augenmittelpunkt zusammenfällt, wird ein nichtrunder Rotor vorgeschlagen. Dieser kann beispielsweise elliptisch ausgeformt sein und weitgehend in seinem Mittelpunkt gelagert sein (siehe zentrale Ellipse gemäß 10). Er kann über n-Ausbuchtungen verfügen, die von einem kreisrunden Rotor abweichen, wobei n auch explizit gleich 1 sein kann. Bei n gleich 0 ergibt sich die die zuerst beschriebene Ausführungsform die ebenfalls in 10 dargestellt ist.In a further embodiment without a housing with a mounting of the rotor axis on a lever arm such that the rotor fulcrum coincides approximately with the eye center, a non-circular rotor is proposed. This can for example be elliptical and be largely stored in its center (see central ellipse according to 10 ). It may have n-lobes that deviate from a circular rotor, where n may also explicitly be equal to 1. At n equal to 0, the embodiment described first results also in 10 is shown.

Durch die nichtkreisförmige Ausgestaltung ragen nun die über den Kreisradius hinausragenden Rotorbereiche in eine Anströmung hinein, die nun nicht mehr in Umfangsrichtung gerichtet ist, sondern diesen Bereich direkt anströmt. Dadurch wird eine verbesserte Effizienz des Rotors mit einem höheren Rotordrehmoment erreicht.Due to the non-circular configuration, the rotor areas projecting beyond the circle radius now project into a flow which is no longer directed in the circumferential direction, but flows directly to this area. Thereby, an improved efficiency of the rotor is achieved with a higher rotor torque.

Zusätzlich kann ein runder oder ein nichtrunder Rotor auch außermittig gelagert sein (siehe dezentrale Ellipse gemäß 10). Bei derartiger Anordnung ergeben sich jedoch wieder resultierende Kräfte, die entsprechend abzustützen sind. Alternativ ist es jedoch auch möglich, mehrere derartige nichtrunde Rotoren mit nichtmittiger Lagerung an einer gemeinsamen Welle zu kombinieren. Wenn diese Winkel versetzt angeordnet sind, so lassen sich die resultierenden Kräfte, die an der Welle angreifen, gegenseitig ausgleichen, so dass wieder ein im Wesentlichen kraftfreies System entsteht.In addition, a round or a non-circular rotor can also be mounted off-center (see decentralized ellipse according to 10 ). In such an arrangement, however, resulting forces again, which are to be supported accordingly. Alternatively, however, it is also possible to combine a plurality of such non-round rotors with non-central bearings on a common shaft. If these angles are arranged offset, the resulting forces acting on the shaft can be compensated for each other, so that again a substantially force-free system is formed.

Bei den zuletzt beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsformen wurde ein Rotor vorgeschlagen, der aus einer Mehrzahl an parallel auf einer Welle angeordneten Scheiben besteht, der jedoch keine Gehäuseteile und/oder Leitbleche enthält. Um bei derartigen Rotoren eine ausreichende Festigkeit der Rotorblätter vor allem in Bezug auf eine Queranströmung zu erreichen, können diese entsprechend stark ausgeführt sein und/oder sich beispielsweise mit entsprechenden Zwischenstücken gegeneinander abstützen.In the embodiments of the invention described last, a rotor has been proposed which consists of a plurality of disks arranged in parallel on a shaft, but which contains no housing parts and / or baffles. In order to achieve a sufficient strength of the rotor blades, especially in relation to a cross-flow in such rotors, they can be made correspondingly strong and / or be supported against each other, for example with corresponding spacers.

Alternativ sind auch radiale Leitbleche 18 denkbar, die um den Rotor 8 herum angeordnet sind (mitrotierend oder stationär), die entsprechend steif ausgeprägt sein können und das anströmende Fluid so umlenken, dass es weitgehend senkrecht zur Rotorachse auf den äußeren Rotorumfang trifft (siehe 11). Derartige Leitbleche 18 können auch in den nachfolgenden Konfigurationen mit Gehäuse und/oder Leitblechen zum Einsatz kommen. Derartige Leitbleche 18 zur Verhinderung einer Quer- oder Schräganströmung können insbesondere auch im Seitenbereich der Rotoren zum Einsatz kommen. Derartige Leitbleche 18 haben aufgrund ihres sehr unsymmetrischen Strömungswiderstands zusätzlich noch die Eigenschaft, die Anlage so zur Strömung auszurichten, dass diese weitgehend senkrecht zur Rotationsachse 1 angeströmt wird. Damit wird eine Queranströmung der Rotorscheiben 8 relativ sicher vermieden (Öffnungen zur Abführung von Fluid sind hier der Einfachheit halber nicht dargestellt).Alternatively, radial baffles 18 conceivable that around the rotor 8th are arranged around (co-rotating or stationary), which may be correspondingly stiff and deflect the inflowing fluid so that it meets largely perpendicular to the rotor axis on the outer rotor circumference (see 11 ). Such baffles 18 can also be used in the following configurations with housing and / or baffles. Such baffles 18 to prevent a transverse or oblique flow can also be used in particular in the side region of the rotors. Such baffles 18 Due to their very unsymmetrical flow resistance, they also have the property of aligning the system with the flow so that it is largely perpendicular to the axis of rotation 1 is flown. This is a cross-flow of the rotor disks 8th relatively reliably avoided (openings for the discharge of fluid are not shown here for the sake of simplicity).

In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen dieses Abschnitts wird der Rotor 8 nun um mantelförmige Leitelemente und/oder Gehäuseteile 20 erweitert, die jedoch Bestandteil des Rotors 8 sind, wie dies in den 1215 gezeigt ist.In further embodiments of this section according to the invention, the rotor 8th now around jacket-shaped guide elements and / or housing parts 20 extended, but which is part of the rotor 8th are, as in the 12 - 15 is shown.

Die Effizienz des erfindungsgemäßen Rotors kann noch weiter gesteigert werden, wenn die Hinterseite der Bereiche des Rotors, die über eine Kreisgeometrie hinausragen und damit direkter durchströmt werden, mit einem Mantel 22 versehen (siehe Prinzipskizze gemäß 12), so dass das Fluid hier nicht wieder austreten kann, sondern spätestens an der Innenseite des Mantels umgelenkt wird, so dass auch hier noch Kräfte durch das Fluid auf den Rotor übertragen werden. Dabei sei erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Mantel 22 entweder direkt auf die Enden der Rotorscheiben 8 aufgebracht sein kann bzw. stoff- und/oder formschlüssig mit diesen verbunden ist und/oder von diesen gebildet wird. Alternativ ist auch ein mitrotierendes Gehäuse möglich, das fest mit beispielsweise der Rotorwelle 1 verbunden ist, das am Umfang aber durchaus einen Spalt zwischen Gehäuse und Umfang der Rotorscheiben aufweisen kann.The efficiency of the rotor according to the invention can be further increased if the rear side of the regions of the rotor, which protrude beyond a circular geometry and are thus flowed through more directly, with a jacket 22 provided (see schematic diagram according to 12 ), so that the fluid can not escape here again, but at the latest is deflected at the inside of the shell, so that even here forces are still transferred by the fluid to the rotor. It is inventively provided that the jacket 22 either directly on the ends of the rotor disks 8th may be applied or materially and / or positively connected with these and / or is formed by these. Alternatively, a mitrotierendes housing is possible, the fixed with, for example, the rotor shaft 1 is connected, but at the periphery but may well have a gap between the housing and the circumference of the rotor disks.

Im gezeigten Fall ergeben sich zwei Öffnungen 2, 4 entlang des Rotorumfangs, durch die ein Fluid einströmen kann. In den anderen Bereichen kann kein Fluid eintreten. Erfindungsgemäß ist jedoch vorgesehen, dass n Mantelöffnungen 2, 4 entlang des Umfangs verteilt sein können, vorteilhafter Weise gleichmäßig verteilt. In Kombination mit einem derartigen mantelartigen Gehäuse 22 können die Rotorscheiben 8 beispielsweise eine runde Geometrie haben, bei der das Gehäuse dann erfindungsgemäß eine von den Rotorscheiben abweichende Geometrie aufweist. Alternativ sind jedoch auch nicht runde Rotorscheiben möglich, die in etwa der Gehäusegeometrie entsprechen.In the case shown, there are two openings 2 . 4 along the rotor circumference, through which a fluid can flow. In the other areas, no fluid can enter. According to the invention, however, it is provided that n shell openings 2 . 4 distributed along the circumference, advantageously evenly distributed. In combination with such a jacket-like housing 22 can the rotor discs 8th For example, have a round geometry, wherein the housing then according to the invention has a deviating from the rotor discs geometry. Alternatively, however, not round rotor discs are possible, which correspond approximately to the housing geometry.

Die in 13 dargestellten Versionen sind nur beispielhaft und sind insbesondere in Bezug auf Abmessungen nicht realitätsgetreu. Auch die Öffnungsgestaltung der Einlässe ist nur beispielhaft. Insbesondere bei Rotorscheiben, die nicht bis an die Vorderkante der Einlässe ragen, sind Leitbleche oder ähnliches denkbar, um eine schräge Anströmung zu vermeiden. Zudem ist auch bei einer Kombination eines Rotors mit einem Gehäuse durchaus möglich, dass Rotorteile aus dem Gehäuse herausragen.In the 13 The versions shown are only examples and are not realistic in particular in terms of dimensions. The opening design of the inlets is just an example. Especially with rotor discs that do not protrude to the front edge of the inlets, baffles or the like are conceivable to avoid an oblique flow. In addition, even with a combination of a rotor with a housing is quite possible that rotor parts protrude from the housing.

Die in 13 dargestellten Gehäuse/Leitelemente 24 übernehmen mindestens eine Doppelfunktion:

  • • Die Innenfläche des Mantels 22 führt zu einer verbesserten Umlenkung des Fluids, das dadurch in besserem Kontakt zu den Rotorscheiben 8 steht.
  • • Die Außenfläche des Mantels 22 stellt zusammen mit den Einlässen sicher, dass die Rotorscheiben 8 unabhängig von der Anströmungsrichtung an ihrem Umfang im Wesentlichen tangential angeströmt werden.
In the 13 shown housing / guide elements 24 assume at least one double function:
  • • The inner surface of the jacket 22 leads to an improved deflection of the fluid, which thereby in better contact with the rotor discs 8th stands.
  • • The outer surface of the jacket 22 Together with the inlets, make sure the rotor discs 8th be impinged on its periphery substantially tangentially regardless of the direction of flow.

Damit ist ein derartiger Rotor 8 besonders vorteilhaft in der oben beschriebenen Strömungskonfiguration einsetzbar. Jedoch wird mit einer derartigen Konfiguration auch ein Einsatz unter Queranströmung bzw. nicht rotierender Strömung ermöglicht.This is such a rotor 8th can be used particularly advantageously in the flow configuration described above. However, such a configuration also allows for cross-flow or non-rotary flow deployment.

Bei einer Queranströmung wird durch die verteilten Öffnungen nur eine lagerichtige Anströmung der Rotorscheiben 8 ermöglicht. In den Bereichen, in denen die Strömung entgegen der Drehrichtung des Rotors 8 gerichtet ist, wird sie vom Mantel 22 umgelenkt. Der Mantel 22 kann hierbei so gestaltet sein, dass er der Strömung einen möglichst geringen Strömungswiderstand bietet, wie dies beispielhaft in dargestellt ist. Damit ergibt sich mit dem beschriebenen Rotor 8 ein ähnlicher Effekt wie bei bekannten Widerstandsläufern wie zum Beispiel dem Savonius-Rotor, der unabhängig von der Anströmungsrichtung immer in die gleiche Richtung rotiert.In a cross-flow through the distributed openings only a correct direction of flow of the rotor disks 8th allows. In the areas where the flow is opposite to the direction of rotation of the rotor 8th she is turned off the mantle 22 diverted. The coat 22 can be designed so that it provides the flow as low as possible flow resistance, as exemplified in is shown. This results with the described rotor 8th a similar effect as in known resistance rotors such as the Savonius rotor, which always rotates in the same direction regardless of the direction of flow.

Hinter den dargestellten Einlässen 2 können Leitbleche 26 vorgesehen sein, die das anströmende Fluid zumindest für eine Weile auf einer tangentialen Bahn halten. Diese sind schematisch in 15 dargestellt.Behind the illustrated inlets 2 can baffles 26 be provided, which hold the inflowing fluid at least for a while on a tangential path. These are schematic in 15 shown.

Derartige innere Leitbleche 26 sind insbesondere dann interessant, wenn die Anzahl der Öffnungen 2 im Mantel 22 groß wird. Durch diese Leitbleche kann 26 zuverlässig verhindert werden, dass Fluid aus einer nachgelagerten Öffnung 2 wieder austritt. Such inner baffles 26 are especially interesting when the number of openings 2 in the coat 22 gets big. Through these baffles can 26 Reliably prevents fluid from a downstream opening 2 exits again.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform mit Mantel 22 sind die Einlauftaschen, d. h. die plattenartigen Strömungsleitelemente 24 gemäß der 14, rechte Abb. klappbar angeordnet (mit oder ohne innere Leitbleche).In another embodiment of the invention with jacket 22 are the inlet pockets, ie the plate-like flow guide 24 according to the 14 , right fig. hinged (with or without inner baffles).

In ist beispielhaft eine Variante ohne innere Leitbleche dargestellt, wobei auch hier die geometrische Ausgestaltung nur beispielhaft gegeben ist. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass sich bei einer lagerichtigen Anströmung die jeweilige Klappe 24 öffnet, während bei einer lagefalschen Anströmung die Klappe 24 geschlossen wird. Dies kann passiv allein durch die Anströmung verursacht werden. Dadurch ergibt sich insbesondere im Bereich von Queranströmungen eine besonders hohe Effizienz einer erfindungsgemäßen Turbine.In For example, a variant without inner baffles is shown, wherein also here the geometric configuration is given by way of example only. According to the invention, it can be provided that, in the case of a directionally incident flow, the respective flap 24 opens, while in a wrong position flow the flap 24 is closed. This can be caused passively only by the flow. This results in a particularly high efficiency of a turbine according to the invention, in particular in the range of Queranströmungen.

In den 1215 sind weitgehend geschlossene Gehäusevarianten dargestellt. Zwischen erfindungsgemäßen Rotoren mit derartigen Gehäusen und erfindungsgemäßen Rotoren ganz ohne Gehäuse werden gemäß der vorliegenden Erfindung auch noch Rotoren mit schaufelartigen Leitblechen 28 vorgeschlagen, wie sie in 16 dargestellt sind. Diese können insbesondere im Fall rotierender Strömungen vorteilhaft eingesetzt werden, um die Anströmung des Rotors zu verbessern. Bei entsprechender Ausgestaltung der Leitbleche 28 mit ausreichender Abschirmung der lagefalsch angeströmten Rotorbereiche ist jedoch auch ein Einsatz in stationären Strömungen möglich. Hier können die Leitbleche 28 stärker gekrümmt sein und/oder klappbar ausgeführt sein.In the 12 - 15 are largely closed housing variants shown. Between rotors according to the invention with such casings and rotors according to the invention without housing, according to the present invention, rotors with blade-like guide vanes are also used 28 Suggested as they are in 16 are shown. These can be advantageously used, in particular in the case of rotating flows, to improve the flow of the rotor. With appropriate design of the baffles 28 However, with adequate shielding of the wrongly flowed rotor areas, use in stationary flows is also possible. Here are the baffles 28 be more curved and / or be designed hinged.

In den gezeigten Gehäuse-/Leitblechdarstellungen ist jeweils nur ein Ausschnitt der Gesamtbaugruppe dargestellt. Die Welle und Aufhängung wurde jeweils gar nicht dargestellt. Es sei angenommen, dass die Baugruppe axial entsprechend weiter fortgesetzt werden kann.In the housing / Leitblechdarstellungen shown in each case only a section of the overall assembly is shown. The shaft and suspension was not shown in each case. It is assumed that the assembly can be continued axially accordingly.

Die dargestellten Gehäuseteile können stoff- und/oder formschlüssig mit den Rotorscheiben verbunden sein und/oder nur an der Rotorwelle gehaltert sein. Zudem ist auch möglich, die Rotorscheiben so auszugestalten, dass sich durch eine geschickte Ausprägung Teile des Gehäuses und/oder der Leitbleche aus Fortsätzen der Rotorscheiben ergeben, diese also einstückig sind. Alternativ können die Gehäuse- und/oder Leitelemente auch nur an den Rotorscheiben befestigt sein, ohne zusätzlich an der Rotorwelle befestigt zu sein.The illustrated housing parts may be materially and / or positively connected to the rotor disks and / or be supported only on the rotor shaft. In addition, it is also possible to design the rotor disks in such a way that, by a clever expression, parts of the housing and / or the baffles result from extensions of the rotor disks, ie these are in one piece. Alternatively, the housing and / or guide elements can also be attached only to the rotor disks, without being additionally fastened to the rotor shaft.

Die in den 1315 dargestellten Ausführungsformen können an einem Hebelarm rotierend gelagert sein. Aufgrund der durch Gehäuse und/oder Leitbleche erfindungsgemäßen Charakteristik einer richtungsunabhängigen Funktionsweise können derartige erfindungsgemäße Turbinenausgestaltungen jedoch insbesondere auch ohne Hebelarm in laminarer Strömung eingesetzt werden und/oder einem ständig wechselnden Strömungsfeld wie im Fall der Orbitalströmung von Meereswellen ausgesetzt werden. Dadurch vereinfacht sich die Aufhängung entsprechend, wobei die aus dem Strömungswiderstand des Rotors resultierenden Kräfte durch eine entsprechende Halterung abzustützen sind.The in the 13 - 15 illustrated embodiments may be rotatably mounted on a lever arm. However, due to the characteristic of a direction-independent functioning according to the invention by means of housings and / or baffles, such turbine configurations according to the invention can be used in particular without a lever arm in laminar flow and / or exposed to a constantly changing flow field as in the case of orbital flow of sea waves. As a result, the suspension is simplified accordingly, wherein the forces resulting from the flow resistance of the rotor are to be supported by a corresponding holder.

in vorteilhaften Weiterbildungen haben die beschriebenen Rotoren idealer Weise einen weitgehend neutralen Auftrieb.In advantageous developments, the rotors described ideally have a largely neutral buoyancy.

Bei allen dargestellten Varianten mit mitrotierendem Gehäuse und/oder Leitelementen sind diese in den gezeigten Darstellungen derart ausgeführt, dass die Öffnungen im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufen. Um ungleichförmige Anströmungen entlang des Rotors auszugleichen ist in weiteren Ausgestaltungen vorgesehen, dass die Elemente schraubenförmig um den Rotor herum verlaufen, so dass ungleichförmige Anströmungen des Rotors ausgeglichen werden. Insbesondere klappbare Öffnungen können zu diesem Zweck entlang der Rotorachse segmentiert ausgestaltet sein.In all illustrated variants with co-rotating housing and / or guide elements, these are designed in the illustrations shown in such a way that the openings extend substantially in the axial direction. In order to compensate for non-uniform flow along the rotor is provided in further embodiments, that the elements extend helically around the rotor, so that non-uniform flow of the rotor can be compensated. In particular hinged openings may be designed segmented for this purpose along the rotor axis.

Im Stand der Technik werden viele Varianten vorgeschlagen, die die Befestigung der Rotorscheiben an der zentralen Welle betreffen. Hier wird versucht, die in der ursprünglichen Anmeldung von Tesla beschriebenen Speichen zu verändern und/oder geschickt zu verlagern, um eine möglichst geringe Strömungsbeeinflussung zu erreichen. Derartige Ansätze können auch bei den in dieser Schrift beschriebenen Rotorvarianten zum Einsatz kommen.In the prior art many variants are proposed, which relate to the attachment of the rotor disks to the central shaft. Here, an attempt is made to modify the spokes described in the original application of Tesla and / or cleverly relocate in order to achieve the lowest possible flow influencing. Such approaches can also be used in the rotor variants described in this document.

Erfindungsgemäß sei jedoch vorgeschlagen, auf eine zentrale Welle komplett zu verzichten. Zur Drehmomentübertragungen könnten Leitelemente verwendet werden, die zwischen den Rotorscheiben angeordnet sind und diese fest miteinander verbinden. In einer alternativen und besonders bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, die am Umfang des Rotors angeordneten Gehäuse- und/oder Leitblechanteile für die Drehmomentübertragung zu nutzen. Hierzu ist es notwendig, die Scheiben entsprechend kraftschlüssig mit dem Gehäuse und/oder den Leitblechen zu verbinden. An den Stirnseiten des Rotors kann das Drehmoment dann abgegriffen werden, beispielsweise über Stirnplatten und daran befestigte Wellenzapfen. Alternativ ist es auch möglich, das Drehmoment über Ringgeneratoren zu wandeln, die die Rotation direkt am Umfang abgreifen.According to the invention, however, it is proposed to completely dispense with a central shaft. For torque transmissions guide elements could be used, which are arranged between the rotor disks and connect them firmly together. In an alternative and particularly preferred embodiment, it is proposed to use the housing and / or baffle parts arranged on the circumference of the rotor for torque transmission. For this purpose, it is necessary to connect the discs correspondingly frictionally with the housing and / or the baffles. At the end faces of the rotor, the torque can then be tapped, for example via face plates and shaft journals attached thereto. Alternatively, it is also possible to convert the torque via ring generators, which tap the rotation directly on the circumference.

Entgegen dem Stand der Technik, in dem eher kompakte Rotoranordnungen beschrieben werden, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, Rotoren mit großer Längserstreckung zu bauen, um möglichst große Drehmomente zu erreichen. Eine Längenbeschränkung besteht nicht, wenn das erzeugte Drehmoment abgegriffen werden kann und der Rotor über seine Länge auch eine ausreichende Biegesteifigkeit besitzt. Contrary to the state of the art, in which rather compact rotor arrangements are described, it is provided according to the invention to build rotors with great longitudinal extent in order to achieve the highest possible torques. A length restriction does not exist if the generated torque can be tapped and the rotor also has sufficient bending stiffness over its length.

Um das in den Rotor eingeleitete Wasser abführen zu können, kann der Rotor entlang seiner axialen Erstreckung in Segmente unterteilt werden. Aus diesen kürzeren Bereichen könnte das Wasser relativ problemlos abgeführt werden. Zudem bieten derartige Segmente die Möglichkeit einer Modulfertigung, bei der der Gesamtrotor aus axial zusammengesetzten Einzelmodulen gefertigt wird.In order to dissipate the water introduced into the rotor, the rotor can be divided into segments along its axial extent. From these shorter areas, the water could be removed relatively easily. In addition, such segments offer the possibility of module production, in which the entire rotor is made of axially assembled individual modules.

Im Nachfolgenden werden spezielle Rotorausgestaltungen anhand der 17 beschrieben.In the following, special rotor configurations will be described on the basis of 17 described.

Im Stand der Technik sind die Rotorscheiben typischerweise flach ausgeführt. Verschiedentlich werden Leitelemente auf den Scheibenflächen und oder an den Außenflächen vorgeschlagen. Alternativ wird auch ein Anätzen vorgeschlagen, um Kanäle zu erzeugen. Zudem werden Beschichtungen vorgeschlagen, insbesondere katalytischer Art.In the prior art, the rotor disks are typically made flat. Various guide elements are proposed on the disc surfaces and or on the outer surfaces. Alternatively, annealing is suggested to create channels. In addition, coatings are proposed, in particular of a catalytic nature.

Prinzipiell werden möglichst glatte Oberflächen und abgerundete Stirnflächen als vorteilhaft benannt. Des Weiteren befassen sich mehrere Anmeldungen mit der Ausgestaltung der zentralen Öffnung zur Abführung des Fluids. Auch hier wird eine ganze Reihe an vorteilhaften Ausgestaltungen vorgeschlagen.In principle, surfaces that are as smooth as possible and rounded faces are named as advantageous. Furthermore, several applications are concerned with the design of the central opening for the discharge of the fluid. Again, a whole series of advantageous embodiments is proposed.

Aufgrund der im Stand der Technik insbesondere im Pumpenbereich vorliegenden hohen Drehzahlen von häufig mehreren 1000 U/min sind die Rotorscheiben im Betrieb hohen Belastungen ausgesetzt. Deswegen ist hier eine flache Ausgestaltung ohne Unwuchten von Vorteil.Due to the high speeds in the prior art, especially in the pump range of often several 1000 rpm, the rotor disks are exposed during operation to high loads. Therefore, here is a flat design without imbalance advantage.

Insbesondere bei einem Turbineneinsatz in strömenden Fluiden sind jedoch deutlich geringere Strömungsgeschwindigkeiten zu erwarten, die zu deutlich geringeren Rotorbelastungen führen. Deswegen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Reihe von nichtflachen (tellerförmigen) Rotorscheiben 8 vorgeschlagen. Bereits die im vorigen Abschnitt vorgestellten nichtrunden Rotorkonfigurationen führen im Betrieb zu Unwuchten, die bei hohen Drehzahlen problematisch wären, aufgrund der anvisierten Einsatzfälle aber als unkritisch eingestuft werden.However, in particular with a turbine insert in flowing fluids, significantly lower flow velocities are to be expected, which lead to significantly lower rotor loads. Therefore, in the context of the present invention, a number of non-flat (plate-shaped) rotor disks 8th proposed. Already in the previous section presented non-circular rotor configurations lead to imbalances in operation, which would be problematic at high speeds, but are classified as uncritical due to the targeted applications.

Als Scheibenmaterialien sollen im Rahmen dieser Erfindung alle im Stand der Technik benannten Materialien beansprucht werden. Hierzu gehören insbesondere Metalle, Sintermetalle, Keramik, Kunststoffe, Faserverbundwerkstoffe, Gläser, Gummis, Materialien aus dem Bereich des Rapid Prototypings etc. Die Rotorscheiben können insbesondere zum Schutz gegen Korrosion entsprechend beschichtet werden.In the context of this invention, all materials named in the state of the art are to be claimed as disc materials. These include in particular metals, sintered metals, ceramics, plastics, fiber composites, glasses, rubbers, materials from the field of rapid prototyping, etc. The rotor disks can be coated in particular to protect against corrosion.

Einige dieser Materialien wie beispielsweise Metalle und Kunststoffe lassen sich durch Tiefziehprozesse in komplexe dreidimensionale Geometrien überführen. Alternativ können derartige Geometrien auch besonders leicht durch Gussprozesse wie zum Beispiel Spritzguss erstellt werden.Some of these materials, such as metals and plastics, can be transformed into complex three-dimensional geometries by deep-drawing processes. Alternatively, such geometries can also be created particularly easily by casting processes such as injection molding.

Um besonders hohe Oberflächengüten zu erreichen können bekannte Schleif- und Polierprozesse eingesetzt werden zu den beispielsweise das Gleitschleifen und das Elektropolieren gehören. Beide Verfahren haben den Vorteil, dass mit ihnen auch komplexe Geometrien bearbeitet werden können.In order to achieve particularly high surface finishes, known grinding and polishing processes can be used, which include, for example, vibratory finishing and electropolishing. Both methods have the advantage that even complex geometries can be processed with them.

Beispielhaft sollen im Folgenden einige nichtebene Fälle diskutiert werden. In 17 ist eine Rotorscheibe und ein daraus abgeleiteter Rotor dargestellt, die im Bereich der inneren Öffnung in axialer Richtung ausgewölbt ist. Dadurch wird eine kontinuierliche Umlenkung des Fluids in axiale Richtung erreicht, was gegenüber dem Stand der Technik, bei dem das Fluid schlagartig umgelenkt wird eine deutliche Verbesserung bedeutet. Eine schlagartige Umlenkung führt eher zu einer turbulenten Strömungsausbildung, die zu einer reduzierten Gesamteffizienz führt.By way of example, some non-level cases will be discussed below. In 17 is a rotor disk and a rotor derived therefrom, which is bulged in the region of the inner opening in the axial direction. As a result, a continuous deflection of the fluid in the axial direction is achieved, which means a significant improvement over the prior art, in which the fluid is suddenly deflected. A sudden deflection leads rather to a turbulent flow training, which leads to a reduced overall efficiency.

Der Umlenkungsbereich sollte in radialer Richtung klein sein, um einen großen Bereich der Scheibe zu erhalten, in denen die Strömung rein radial ist, wodurch ein besonders hoher Anteil der Fluidströmung in ein Drehmoment gewandelt wird.The deflection region should be small in the radial direction in order to obtain a large area of the disk in which the flow is purely radial, whereby a particularly high proportion of the fluid flow is converted into a torque.

In 17 ist zudem dargestellt, dass insbesondere bei grollen axialen Erstreckungen des Rotors eine beidseitige Ausströmung des Fluids vorteilhaft ist, um den Volumenstrom nicht zu sehr anwachsen zu lassen. Dazu kann die Orientierung der Umlenkung an der Scheibe etwa in der Rotormitte geändert werden. Zusätzlich kann die zentrale Öffnung in ihrem Durchmesser an die axiale Position angepasst werden.In 17 In addition, it is shown that, in particular in the case of axial axial extensions of the rotor, a bilateral outflow of the fluid is advantageous in order not to allow the volume flow to increase too much. For this purpose, the orientation of the deflection of the disc can be changed approximately in the rotor center. In addition, the central opening can be adapted in its diameter to the axial position.

Alternativ zu einer derartigen trichterförmigen Ausgestaltung der Rotorscheiben, die im Übrigen auch mit nichtrotationssymmetrischen Scheibengeometrien kombiniert werden kann, sind auch andere nichtflache Scheibenformen erfindungsgemäß möglich. Hierzu kann eine Ausformung in radialer Richtung oder eine Ausformung in Umfangsrichtung realisiert werden.As an alternative to such a funnel-shaped design of the rotor disks, which, moreover, can also be combined with non-rotationally symmetrical disk geometries, other non-flat disk forms are also possible according to the invention. For this purpose, a formation in the radial direction or a formation in the circumferential direction can be realized.

Neben einer prinzipiellen Nichtebenheit der Rotorscheiben sollte erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass Leitelemente an oder auf den Scheiben vorgesehen werden, die das Strömungsverhalten und damit die Drehmomentübertragung positiv beeinflussen können. Hierbei kann es sich um Erhöhungen handeln, die entweder als Widerstandskörper und/oder als Auftriebsläufer fungieren. In addition to a fundamental non-flatness of the rotor disks should be provided according to the invention in particular that guide elements are provided on or on the discs, which can positively influence the flow behavior and thus the torque transmission. These may be elevations, which act either as a resistance body and / or as a lift rotor.

Interessant ist jedoch, dass entweder entsprechende Leitelemente vorgesehen sind, die entweder nur am Umfang des Rotors vorgesehen sind, oder die vom Umfang bis zur Mitte verlaufen. Deswegen werden im Rahmen dieser Erfindung insbesondere Leitelemente vorgesehen, die nicht nur im äußeren Rotorbereich angeordnet sind, die aber zudem nicht vom äußersten Rand bis in die Mitte reichen.It is interesting, however, that either corresponding guide elements are provided, which are either provided only on the circumference of the rotor, or extending from the circumference to the middle. Therefore, in the context of this invention, in particular guide elements are provided which are arranged not only in the outer rotor region, but also do not extend from the outermost edge to the middle.

Ebenfalls ist der Stand der Technik dahingehend zu verstehen, dass die bekannten Leitelemente auf die Scheiben aufgebracht werden, oder durch ein Ätzverfahren erzeugt werden. Erfindungsgemäß ist es jedoch bevorzugt vorgesehen, dass die Leitelemente und Scheiben durch entsprechende Umform- (z. B. Tiefziehen) und/oder Urformverfahren (z. B. Spritzgießen) einstückig hergestellt werden.Likewise, the prior art is to be understood in that the known guide elements are applied to the panes, or are produced by an etching process. According to the invention, however, it is preferably provided that the guide elements and discs are produced in one piece by appropriate shaping (eg deep drawing) and / or primary shaping methods (eg injection molding).

Zusätzlich sei erfindungsgemäß beansprucht, dass die Leitelemente 30 durch eine unterschiedliche Beschaffenheit der Rotoroberfläche erreicht werden können. So führen Bereiche mit einer erhöhten Rauhigkeit zu einem anderen Strömungsverhalten, als Bereiche mit geringer Rauhigkeit. Die Rauhigkeit kann beispielsweise über Prägeprozesse ortsspezifisch eingestellt werden.In addition, it is claimed according to the invention that the guide elements 30 can be achieved by a different nature of the rotor surface. For example, regions with increased roughness lead to a different flow behavior than regions with low roughness. The roughness can be set site-specifically for example via embossing processes.

In 18 ist beispielhaft eine derartige Scheibe dargestellt. Auf dieser verlaufen Leitelemente vom Scheibenrand bis zur Scheibenmitte. Die Leitelemente 30 können jedoch auch einen anderen Verlauf haben und müssen insbesondere nicht von ganz außen bis ganz nach innen verlaufen.In 18 is exemplified such a disc. On this run guiding elements from the disk edge to the center of the disk. The guiding elements 30 However, they can also have a different course and, in particular, do not have to run from the very outside to the very inside.

Rotorscheiben mit den erfindungsgemäßen Leitelementen 30 lassen sich auf verschiedene Weise kombinieren. In den 1920 sind verschiedene Kombinationen von entsprechenden Rotorscheiben dargestellt, wobei die Leitelemente nicht auf die dargestellten Varianten beschränkt sind.Rotor disks with the guide elements according to the invention 30 can be combined in different ways. In the 19 - 20 different combinations of corresponding rotor disks are shown, wherein the guide elements are not limited to the variants shown.

in 19 wird angenommen, dass die Leitelemente 30 nur in einer Richtung auf den Rotorscheiben 8 ausgeformt sind. In der linken Darstellung sind die Leitelemente 30 deckungsgleich angeordnet, die Leitelemente 30 der unteren Scheibe ragen jedoch nicht in die Leitelemente 30 der oberen Scheibe hinein, d. h. der Abstand der Scheiben ist größer als die Erhebung der Leitelemente.in 19 it is assumed that the guiding elements 30 only in one direction on the rotor discs 8th are formed. In the left illustration are the guiding elements 30 arranged congruently, the guide elements 30 However, the lower disc do not protrude into the vanes 30 the upper disc, ie the distance of the discs is greater than the survey of the guide elements.

In der mittleren Darstellung ragen die Leitelemente 30 in die Aussparungen der nächsten Scheibe hinein, die Scheiben sind hier unter einem leichten Winkel relativ zueinander angestellt. Eine derartige Verschränkung der Scheiben ist nur mit einer dargestellten „tiefgezogenen” Version der Leitelemente 30 möglich.In the middle illustration, the guide elements protrude 30 into the recesses of the next disc, the discs are here at a slight angle relative to each other employed. Such entanglement of the disks is only possible with an illustrated "deep-drawn" version of the guide elements 30 possible.

In der rechten Darstellungen sind die Rotorscheiben gegeneinander verdreht angeordnet, so dass die Leitelemente 30 versetzt erscheinen.In the right illustrations, the rotor disks are arranged rotated against each other, so that the guide elements 30 appear offset.

Prinzipiell können die Leitelemente 30 auch so groß sein, dass sie den gesamten Abstand zwischen den Rotorscheiben ausfüllen. Des Weiteren können natürlich auch weitere Leitelemente aufgebracht werden bzw. um eine höhere Stabilität des Gesamtrotors zu erreichen, können zwischen den Rotorblättern Stützscheiben eingesetzt werden, die auch als Leitelemente ausgeformt sein können. Dies ist im Stand der Technik hinreichend bekannt.In principle, the guide elements 30 be so large that they fill the entire distance between the rotor discs. Furthermore, of course, further guide elements can be applied or to achieve a higher stability of the overall rotor, support disks can be used between the rotor blades, which can also be formed as guide elements. This is well known in the art.

In der 19 wurden Scheiben miteinander kombiniert, deren Leitelemente alle einseitig ausgeprägt sind. In 20 werden im Gegensatz hierzu Scheiben 8 miteinander kombiniert, die beidseitig mit Leitelementen 30 versehen sind. Weitere mögliche Kombinationen sind für den geübten Fachmann basierend auf dieser Schrift leicht herleitbar.In the 19 discs were combined with each other, whose guiding elements are all unilaterally pronounced. In 20 in contrast, slices 8th combined with each other, the two-sided with guide elements 30 are provided. Other possible combinations are readily derivable for the skilled practitioner based on this document.

Prinzipiell eignen sich die beschriebenen und Leitblechkonfigurationen auch für den Einsatz in Kombination mit reinen Widerstandsläufern und/oder Auftriebsläufern. Soweit dies aufgrund des Standes der Technik möglich ist, sollen derartige Anordnungen insbesondere im Bereich der Wellenenergie ebenfalls beansprucht werden oder mit einer eigenen Anmeldung abgedeckt werden. Die Erfindung ist nicht auf Wasser als Fluid beschränkt, sondern kann auch im Windbereich vorteilhaft eingesetzt werden. Im Weiteren wird die Halterung von Rotoren im off shore Bereich anhand der 21 beschrieben.In principle, the described and baffle configurations are also suitable for use in combination with pure resistance rotors and / or lift rotors. As far as this is possible on the basis of the prior art, such arrangements should also be claimed in particular in the field of wave energy or covered with a separate application. The invention is not limited to water as fluid, but can also be used advantageously in the wind range. In addition, the holder of rotors in the offshore area on the basis of 21 described.

Wie bereits erwähnt, können die erfindungsgemäßen Rotorkonfigurationen mit integriertem Gehäuse und/oder Leitblechen auch in Küstennähe genutzt werden, da durch die erfindungsgemäßen Umleitfunktionen eine eindeutige Rotationsrichtung unabhängig von der Anströmungsrichtung vorgegeben wird. In Küstennähe können derartige Rotoren relativ einfach auf dem Meeresgrund befestigt werden, so dass die Rotorachse weitgehend parallel zur Küste ausgerichtet ist.As already mentioned, the rotor configurations according to the invention with integrated housing and / or baffles can also be used near the coast, since a clear direction of rotation is predetermined independently of the direction of flow through the bypass functions according to the invention. Near the coast, such rotors can be relatively easily fixed to the seabed, so that the rotor axis is aligned substantially parallel to the coast.

Im off shore Bereich sind die Anforderungen an eine Verankerung jedoch wesentlich größer. Für den aus dem Stand der Technik bekannten „Wave Harrow” wurde bereits eine Reihe an Verankerungsmöglichkeiten vorgeschlagen. Hierzu gehören die Anordnung mehrerer Kopplungskörper (Auftriebs- und/oder Widerstandsläufer) in einem gemeinsamen Rahmen mit großer Längserstreckung (siehe 21), eine Anordnung eines Kopplungskörpers in einem weitgehend senkrecht orientierten Rahmen (siehe 22) oder die Kombination eines großen horizontalen Rahmen mit mehreren senkrecht orientierten Rahmen (siehe 23). Derartige Gehäusesysteme sind für die vorliegende Erfindung ebenfalls realisierbar, wobei als Kopplungskörper jeweils ein oder mehrere der beschriebenen Rotoren zum Einsatz kommen können. Gerade in Kombination mit einer weitgehend kraftfreien Lösung eines an einem Hebelarm im „Auge” angeordneten Rotors sind die Anforderungen an die Halterung gering.In the offshore area, however, the requirements for anchoring are much greater. For the "Wave Harrow" known from the prior art, a number of anchoring options has already been proposed. These include the arrangement of several coupling bodies ( Buoyancy and / or resistance rotor) in a common frame with a large longitudinal extent (see 21 ), an arrangement of a coupling body in a largely vertically oriented frame (see 22 ) or the combination of a large horizontal frame with several vertically oriented frames (see 23 ). Such housing systems are also feasible for the present invention, wherein one or more of the rotors described can be used as the coupling body in each case. Especially in combination with a largely force-free solution of a arranged on a lever arm in the "eye" rotor, the requirements for the holder are low.

Im Gegensatz zu Auftriebs- und Widerstandsläuferen, bei denen prinzipbedingt nur eine Drehrichtung realisierbar ist, lässt sich bei einigen der in dieser Schrift beschriebenen Ausführungsformen die Rotationsrichtung von der Orbitalbewegung entkoppeln. Prinzipiell funktionieren diese Rotoren wie übrigens auch ein Savonius-Rotor bei einer Längsüberströmung.In contrast to buoyancy and resistance rotors, in which only one direction of rotation can be realized as a matter of principle, in some embodiments described in this document, the direction of rotation can be decoupled from the orbital motion. In principle, these rotors also work like a Savonius rotor with a longitudinal overflow.

Bei diesen Lösungen erscheint es möglich, eine Mehrzahl von jeweils gegenläufig rotierenden Rotoren miteinander zu kombinieren, so dass das Drehmoment zwischen diesen Rotoren abgegriffen werden kann. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, dass Drehmoment am Rahmen abzugreifen und diesen abzustützen. Dies ist eine Vereinfachung gegenüber anderen Maschinenkonzepten.In these solutions, it seems possible to combine a plurality of each counter-rotating rotors with each other, so that the torque between these rotors can be tapped. This eliminates the need to tap the torque on the frame and support it. This is a simplification compared to other machine concepts.

In 24 sind die Rotorenden von zwei gegenläufig rotierenden Rotoren dargestellt. Wird das Mittel zur Drehmomentwandlung zwischen diesen beiden Rotoren angeordnet, so wird keine externe Drehmomentabstützung am Rahmen benötigt. Die Darstellung ist stark schematisch, aber für den geübten Fachmann sind die Möglichkeiten für einen Generatoreinbau sofort offensichtlich. Wie bereits beschrieben, sind auch mehr als zwei gegenläufig rotierende Rotoren axial miteinander kombinierbar.In 24 the rotor ends of two counter-rotating rotors are shown. If the means for torque conversion between these two rotors arranged so no external torque support on the frame is needed. The presentation is very schematic, but for the skilled person the possibilities for a generator installation are immediately obvious. As already described, more than two counter-rotating rotors can be combined with each other axially.

Mit einer derartigen Kombination mehrerer gegenläufiger Rotoren, die unabhängig von der Anströmungsrichtung funktionieren und keine externe Drehmomentabstützung benötigen, lässt sich neben den oben beschriebenen Rahmenanordnungen eine besonders einfache Verankerung am Meeresgrund erreichen wie dies in 25 dargestellt ist. Hier ist vorgesehen, den Rotor mit entsprechendem Mooring 32 und Auftriebskörpern 34 gegen den Meeresgrund zu verspannen, so dass die Achse weitgehend ruhend angeordnet ist (die Rotorabmessungen zu Wellenabmessung sind nicht notwendiger Weise korrekt skaliert). Andere Mooringprinzipien als das dargestellte Taunt-Mooring und insbesondere auch der Einsatz von sogenannten Heave-Plates zur Stabilisierung der Anlage sind möglich.With such a combination of several counter-rotating rotors, which function independently of the direction of flow and need no external torque support, can be achieved in addition to the frame arrangements described above, a particularly simple anchoring to the seabed as in 25 is shown. Here is provided, the rotor with appropriate Mooring 32 and buoyancy bodies 34 to brace against the seabed, so that the axis is largely stationary (the rotor dimensions to wave dimension are not necessarily correctly scaled). Other mooring principles than the illustrated Taunt Mooring and in particular the use of so-called Heave Plates to stabilize the system are possible.

Wird keine Kombination von gegenläufig rotierenden Rotoren verwendet, deren Drehmomente sich gegenseitig ausgleichen, so kann sich der Generator beispielsweise an den Mooring-Ketten abstützen, um das Drehmoment zu wandeln.If no combination of counter-rotating rotors is used whose torques cancel each other out, the generator can, for example, be supported on the mooring chains in order to convert the torque.

Alle vorstehend beschriebenen Rotorvarianten können erfindungsgemäß an einem rotierenden Hebelarm 36 angeordnet werden. In 26 ist dies nicht maßstabsgetreu schematisch dargestellt.All rotor variants described above can according to the invention on a rotating lever arm 36 to be ordered. In 26 this is not shown to scale schematically.

Ebenfalls in 26 dargestellt ist ein Auftriebsläufer 38, der dafür gedacht ist, den Mittelpunkt des Rotors mit dem Mittelpunkt des Auges mitzuführen. Dieser ist nur beispielhaft dargestellt. Unter Umständen kann auf einen derartigen Körper verzichtet werden, und/oder es kann sich hierbei um einen Auftriebsläufer/Widerstandsläufer handeln. Der Hebelarm 36 des Rotors 8 kann zudem einstellbar sein, was ebenfalls nicht dargestellt ist. Auch das Mooringsystem 32 ist nur als Beispiel zu verstehen. Andere Mooringsysteme, insbesondere Mooringsysteme, die eine Ausrichtung des Systems dergestalt zulassen, dass die Wellenausbreitungsrichtung im Wesentlichen senkrecht zur Rotorachse verläuft, sind besonders bevorzugt einsetzbar. Auch eine Kombination mit einer Heave-Plate oder anderen stabilisierenden Mitteln sei erwähnt.Also in 26 shown is a buoyancy rotor 38 which is meant to carry the center of the rotor with the center of the eye. This is shown only as an example. Under certain circumstances, can be dispensed with such a body, and / or this may be a buoyancy runner / resistance rotor. The lever arm 36 of the rotor 8th can also be adjustable, which is also not shown. Also the mooring system 32 is to be understood only as an example. Other mooring systems, in particular mooring systems, which allow the system to be aligned in such a way that the wave propagation direction runs essentially perpendicular to the rotor axis are particularly preferably usable. Also, a combination with a heave plate or other stabilizing agents should be mentioned.

Da in diesem Fall (mit Hebelarm) keine Rotorkombination aus gegenläufigen Rotoren möglich ist, muss das Rotordrehmoment anderweitig abgestützt werden. Erfindungsgemäß wird eine Lösung entsprechend 27 vorgeschlagen, bei der das Gegendrehmoment durch an einem drehbar am Rotor/auf der Rotorwelle gelagerten Hebelarm (Ausgleichshebel) 40 angreifende Auftriebs- und/oder Gewichtskräfte erzeugt wird.Since in this case (with lever arm) no rotor combination of opposing rotors is possible, the rotor torque must be supported elsewhere. According to the invention, a solution is accordingly 27 proposed in which the counter torque by at a rotatably mounted on the rotor / on the rotor shaft lever arm (balance lever) 40 attacking buoyancy and / or weight forces is generated.

Die Erfindung betrifft eine regenerative Energieanlage mit einer Turbine der Tesla-Turbinenbauart, bestehend aus einem Rotorscheibenpaket, das um eine gemeinsame Achse drehbar vorzugsweise in einem Gehäuse gelagert ist, wobei die Turbine zumindest einen Fluideinlass tangential zum Scheibenpaket und zumindest einen Fluidauslass hat, Der zumindest eine Fluideinlass ist trichterförmig ausgestaltet oder hat einen trichterförmigen Aufsatz hat. Alternativ oder zusätzlich hierzu ist eine Mehrzahl von Fluideinlässen vorgesehen, die im gleichen Umfangsabstand bezüglich des Rotorscheibenpakets im Gehäuse ausgenommen sind. Weiter alternativ oder zusätzlich ist das Rotorscheibenpaket umfangsseitig von einem daran gehaltenen Mantel mit einer Anzahl von Einlassöffnungen umgeben.The invention relates to a regenerative energy system with a turbine of the Tesla turbine type, consisting of a rotor disk package which is rotatably mounted about a common axis preferably in a housing, wherein the turbine has at least one fluid inlet tangent to the disk package and at least one fluid outlet, the at least one Fluid inlet is designed funnel-shaped or has a funnel-shaped attachment. Alternatively or additionally, a plurality of fluid inlets is provided, which are excluded in the same circumferential distance with respect to the rotor disk package in the housing. As an alternative or in addition, the rotor disk package is surrounded on the circumference by a jacket held thereon with a number of inlet openings.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Rotationsachseaxis of rotation
2, 42, 4
Fluideinlässefluid inlets
66
Gehäusecasing
88th
Scheibenpaket/RotorDisk package / rotor
99
Stützpfeilerbuttress
1010
Einlauftrichterfeed hopper
1212
WetterfahnenflügelWeathervanes wings
1414
Leitblechebaffles
1616
UmfangsleitblecheUmfangsleitbleche
1717
Kanalisierungcanalization
1818
Radiale Leitbleche in Achsrichtung beabstandetRadial baffles spaced in the axial direction
2020
Mantelförmige mitdrehende LeitelementeSheath-shaped co-rotating guide elements
2222
Mantelcoat
2424
Mantelseitige Leitelemente/PlattenSheath-side guide elements / plates
2626
Innere radiale Leitbleche an mantelseitigen Platten gehaltenInner radial baffles held on shell side plates
2828
Schaufelförmige Leitelemente am RotorShovel-shaped guide elements on the rotor
3030
Rotorscheiben-Leitelemente (integriert)Rotor disc guide elements (integrated)
3232
Mooring-KetteMooring chain
3434
Auftriebskörperbuoyancy
3636
Hebelarm mit zentraler AbtriebswelleLever arm with central output shaft
3838
Auftriebsläuferbuoyancy runner
4040
Ausgleichshebelcompensating lever
4242
GewichtWeight

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (12)

Regenerative Energieumwandlungsanlage mit einer Turbine der Tesla-Turbinenbauart, bestehend aus einem Rotorscheibenpaket (8), das um eine gemeinsame Achse (1) drehbar vorzugsweise in einem Gehäuse (6) gelagert ist, wobei die Turbine zumindest einen Fluideinlass (2, 4) tangential zum Scheibenpaket (8) und zumindest einen Fluidauslass hat, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Fluideinlass (2, 4) trichterförmig ausgestaltet ist oder einen trichterförmigen Aufsatz (10) hat.Regenerative energy conversion plant with a turbine of the Tesla turbine type, consisting of a rotor disk package ( 8th ) around a common axis ( 1 ) rotatably preferably in a housing ( 6 ), wherein the turbine has at least one fluid inlet ( 2 . 4 ) tangential to the disc package ( 8th ) and at least one fluid outlet, characterized in that the at least one fluid inlet ( 2 . 4 ) funnel-shaped or a funnel-shaped attachment ( 10 ) Has. Regenerative Energieumwandlungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Anordnung eines Gehäuses (6) eine Mehrzahl von Fluideinlässen (2, 4) vorgesehen ist, die vorzugsweise im gleichen Umfangsabstand bezüglich des Rotorscheibenpakets (8) im Gehäuse (6) ausgenommen sind.Regenerative energy conversion plant according to the preamble of claim 1 and in particular according to claim 1, characterized in that when a housing ( 6 ) a plurality of fluid inlets ( 2 . 4 ) is provided which preferably at the same circumferential distance with respect to the rotor disk package ( 8th ) in the housing ( 6 ) with exception of. Regenerative Energieumwandlungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und insbesondere nach einern der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorscheibenpaket (8) umfangsseitig von einem daran gehaltenen und somit mitdrehenden Mantel mit einer Anzahl von Einlassöffnungen umgeben Ist.Regenerative energy conversion plant according to the preamble of claim 1 and in particular according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor disk package ( 8th ) Is circumferentially surrounded by a thus held and thus co-rotating jacket with a number of inlet openings is. Regenerative Energieumwandlungsanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel aus einer Anzahl von plattenförmigen Strömungsleitelementen besteht, die sich tangential oder in einem radial nach außen sich öffnenden Winkel zur Tangente ausgerichtet in Umfangsrichtung aneinander reihen, sodass sich zwischen zwei jeweils benachbarten Elementen eine der Einlassöffnungen ausbildet.Regenerative energy conversion plant according to claim 3, characterized in that the jacket consists of a number of plate-shaped flow guide elements which are arranged tangentially or in a radially outwardly opening angle to the tangent aligned in the circumferential direction to each other, so that between two respectively adjacent elements one of the inlet openings formed. Regenerative Energieumwandlungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenförmigen Strömungsleitelemente radial über den Außenumfang des Rotorscheibenpakets (8) vorragen.Regenerative energy conversion plant according to claim 4, characterized in that the plate-shaped flow guide elements radially over the outer circumference of the rotor disk package ( 8th ) protrude. Regenerative Energieumwandlungsanlage nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine gehäuselos ist.Regenerative energy conversion plant according to one of claims 3-5, characterized in that the turbine is without housing. Regenerative Energieumwandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Fluideinlass (2, 4) oder das gesamte Gehäuse (8) drehbar gehalten und vorzugsweise mit einem Fahnenflügel (12) oder dergleichen Anströmrichtungs-Adaptionseinrichtung versehen ist.Regenerative energy conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one fluid inlet ( 2 . 4 ) or the entire housing ( 8th ) and preferably with a flag wing ( 12 ) or the like flow direction adaptation device is provided. Regenerative Energieumwandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem zumindest einen Fluideinlass (2, 4) ein Strömungsleitelement vorgeschaltet oder im zumindest einen Fluideinlass (2, 4) integriert ist.Regenerative energy conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one fluid inlet ( 2 . 4 ) upstream of a flow guide or in at least one fluid inlet ( 2 . 4 ) is integrated. Regenerative Energieumwandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Fluidauslässe vorgesehen sind, die sich an den beiden sich gegenüberliegenden Endabschnitten der Rotorscheibenpaket-Achse (1) nach Außen öffnen.Regenerative energy conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that two fluid outlets are provided, which are located at the two opposite end sections of the rotor disc pack axis ( 1 ) open to the outside. Regenerative Energieumwandlungsanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine einen Kopplungskörper einer Wellenergieanlage im Off-Shore- oder Near-Shore-Einsatz bildet, der im Fall eines Off-Shore-Einsatzes am Gestellrahmen einer in einer vorbestimmten Wassertiefe tauchenden Anlagen-Plattform montiert ist.Regenerative energy conversion plant according to one of the preceding claims, characterized in that the turbine forms a coupling body of a wave energy plant in off-shore or near-shore use, which in the case of an off-shore use on the frame frame of a submerged in a predetermined water depth plant Platform is mounted. Regenerative Energieumwandlungsanlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine am freien Endabschnitt eines Hebelamis gelagert ist, der an einer Abtriebswelle der Energieanlage montiert ist.Regenerative energy conversion plant according to claim 10, characterized in that the turbine is mounted on the free end portion of a Hebelamis, which is mounted on an output shaft of the power plant. Regenerative Energieumwandlungsanlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine mit weiteren Kopplungskörpern insbesondere einem Widerstands- und/oder einem Auftriebsläufer der Tragflügelbauart kombiniert ist, die sämtlich über Hebelarme an einer gemeinsamen Abtriebswelle der Anlage montiert sind.Regenerative energy conversion plant according to claim 11, characterized in that the turbine is combined with further coupling bodies, in particular a drag and / or a lift rotor of the hydrofoil type, all of which are mounted via lever arms on a common output shaft of the system.
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