DE102012017707A1

DE102012017707A1 - Energieröhrenkraftwerk

Info

Publication number: DE102012017707A1
Application number: DE201210017707
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2014-03-13

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein kombiniertes technisches System, um im Rahmen effizienter Energiewandlung sowohl Strömungsenergie aus einer Medienströmung (S), als auch die aus der Sonnenstrahlung gewinnbare Energie, gewerblich nutzbar zu machen. Diese als Kraftwerk (1) bzw. Energiewandler (1) oder auch vorzugsweise als „Energieröhrenkraftwerk” (1) (engl.: „e-tube”) bezeichnete Vorrichtung in näherungsweiser Ausprägung einer zylindrischen, pyramiden- oder kegelförmigen Röhre oder eines derartigen Kamins (2; 2''), Hohlkörpers oder Turms (2''), steht vorzugsweise senkrecht, alternativ unter Neigung von bis zu +/–45° gegenüber der senkrechten Mittenachse (6), auf einem darunter befindlichen Fundament (3) oder Anlagenteil (3''), gegebenenfalls auf einer Plattform (3; 3''), gegebenenfalls auf einer mobilen Anlage oder gar einem Fahrzeug, oder oberhalb einer Wasseroberfläche, und weist mehrere Öffnungen (7; 8) zum Umgebungsmedium (A), insbesondere zur Außenluft, auf: – zweckmäßigerweise – mindestens eine Öffnung, etwa in seiner Mantel- oder Außenseite bzw. in der Turmhaut (Mr; Mk; 5), je im unteren Drittel (U) und oberen Drittel (O) der Röhre (2) bzw. des Turms (2''), durch welche die Medienströmung (S), vorzugsweise in Ausprägung einer Gas- oder Luftströmung, fließt bzw. strömt, welche eine, z. B. kreis- oder schneckenförmige, Bewegung oder Rotation (M) wenigstens eines Rotors (4) oder einer Turbine (4), ggfs. mindestens einer Nabe (19), erwirkt, wobei der wenigstens eine Rotor (4) bzw. die Nabe (19) bzw. die Turbine (4) mindestens an einer Stelle drehbeweglich mittels Lager- oder Drehverbindungsvorrichtung(en) (10) gelagert ist, – wobei das Energieröhrenkraftwerk (1) ferner aufweist – eines oder mehrere Mittel (20; 25; 30) zur Wandlung der aus Sonnenstrahlung gewinnbaren Energie in elektrische Energie. Ein entsprechendes Verfahren zur Energiewandlung bzw. Energieerzeugung wird ebenso beschrieben.

Description

Problem/Ausgangssituation/Stand der Technik:
Die vorliegende Erfindung beschreibt gemäß den Patentansprüchen ein kombiniertes technisches System und ein Verfahren zur Energiewandlung, welches sowohl die aus der Strömungsenergie eines Mediums, als auch die aus der Sonnenstrahlung gewinnbare Energie gewerblich nutzbar machen lässt. Diese als „Kraftwerk”, „Röhre”, „Turm”, „Kamin”, „Energiewandler” oder auch als „Energieröhrenkraftwerk” bezeichnete Erfindung dient der Energieversorgung beispielsweise von Haushalten, alternativ auch der Energieversorgung beispielsweise netzunabhängig arbeitender Energieverbraucher in Gewerbe und/oder Landwirtschaft sowie Forstwirtschaft. Die Erfindung dient vorzugsweise als energiewandelnde bzw. energiegewinnende autarke „Insellösung” für Gewerbetreibende und/oder Wirtschaftsbetriebe, die eine bestimmte elektrische Grundlast, beispielsweise in Form von Wärme oder Maschinenenergie, abzudecken haben. Die vorliegende Erfindung kann die eigens erzeugte bzw. umgewandelte Energie ebenso, ggfs. zusätzlich, in ein bestehendes Energieversorgungsnetz einspeisen. In einer weiter entfernten Ausgestaltungsform der Erfindung kann die von ihr erzeugte bzw. umgewandelte Energie auch als Antriebsenergie für mobile Systeme verwendet werden.
In einer alternativen Ausgestaltungsform kann die Erfindung nicht nur auf dem Lande, sondern auch in Gewässern installiert werden, beispielsweise in Binnenseen, in strömenden Gewässern (Kanälen/Flüssen), vorzugsweise jedoch im Meer oder in seichten Gewässern und/oder in Küstennähe.
Effiziente und gewerblich anwendbare Konzepte für die in der Politik als sogenannte „Energiewende” bezeichnete Zukunft der Energietechnik basieren nicht selten auf bekannten physikalischen Prinzipien, welche in moderne Anwendungsfälle gebracht werden. Beispielsweise ist die Anwendung der in der modernen Haustechnik aktuell populären Luft-Wärme-Pumpe oder Wärmepumpeninstallation zur Gebäudebeheizung ein moderner Aspekt der Umkehrung des bis dato bereits lange bekannten Wärmetauscherprinzips, basierend auf seit langem bekannten physikalischen Wärme-Kraft-Prozessen: Bei Wärme-Kraft-Prozessen wird i. A. Wärmeenergie mit höherer Temperatur aufgenommen und teilweise in mechanische Nutzarbeit umgewandelt, wobei die Restenergie bei niedrigerer Temperatur als Abwärme abgeführt wird, meist an die Umgebung. Bei einer Wärmepumpenheizung wird der Umwelt (Luft, Grundwasser, Erdreich) Wärmeenergie entnommen, um damit Gebäude oder andere Einrichtungen beheizen zu können.
Die Erfindung beschrieben in der DE 10 2010 040 917 A1 beschreibt ein anderes zukünftiges Konzept der Energietechnik: Ein technisches System zur Energiewandlung von Strömungsenergie, welches auf dem bekannten Prinzip des Magnus-Effektes basiert und in modernere Applikation gebracht werden soll. Offenbart wird mindestens ein vorzugsweise auf einem Schiff installierter Magnus-Rotor mit einem Träger, welcher im Inneren des Magnus-Rotors angeordnet ist, und einem Rotor, welcher im Betrieb des Magnus-Rotors um den Träger rotiert, sowie eine Lagerung, welche diesen Rotor auf dem Träger trägt, und eine Heizvorrichtung, die im Inneren des Trägers zur Erzeugung von erhitzter Luft vorgesehen ist, wobei der Träger wenigstens eine Öffnung an seiner Außenseite aufweist, die den Innenraum des Trägers mit dem Zwischenraum zwischen Träger und Rotor derart verbindet, dass Luft zwischen diesen beiden Räumen hindurch treten kann.
Magnus-Rotoren werden im Allgemeinen auch als Flettner-Rotoren oder Segel-Rotoren bezeichnet. In der Tat ist die Anwendung von Magnus- oder Flettner-Rotoren zum Antrieb von Schiffen bereits seit vielen Dekaden bekannt.
Nachteilig, bezogen auf die grundsätzliche Anwendung des o. g. Magnus- oder Flettner-Rotors als Energiewandler oder Energiequelle, beispielsweise auf mobilen Systemen wie etwa auf Fluss- oder Seeschiffen, ist die Tatsache, dass stets ausreichende Winde zur Verfügung stehen müssen, damit der Magnus- oder Flettner-Rotor Energie erzeugen bzw. umwandeln kann, um diese Energie als Antriebsenergie bereit stellen zu können. Die DE 10 2010 040 917 A1 sieht zwar einen Magnus-Rotor vor, der mittels einer internen Heizvorrichtung möglichst unabhängig von klimatischen Bedingungen eingesetzt werden kann.
Auch diese Heizvorrichtung, respektive der Antrieb welcher die Flettner-Rotoren in Rotation versetzt, muss jedoch energetisch betrieben werden. Es ist also eine weitere Energiequelle nötig, um die Antriebsenergie zu erzeugen, welche den Betrieb des Magnus- oder Flettner-Rotors als Energiewandler oder Energiequelle, beispielsweise im Einsatz auf Fluss- oder Seeschiffen aufrecht erhält. Dies verursacht energetischen Aufwand, ist in der Regel verbunden mit Kosten, und ist somit in der Praxis stets nachteilig.
Ferner bieten die seit langem bekannten „Aufwindkraftwerke” interessanten Stand der Technik, welcher ebenfalls Einfluss auf die vorliegende Erfindung hat.
In einem Aufwindkraftwerk, welches vereinzelt auch „Thermikkraftwerk” (oder engl.: SCPP für „Solar Chimney Power Plant”) genannt wird, wird Luft von der Sonne erwärmt und steigt in einem Kamin auf. Eine oder mehrere Turbinen erzeugen aus dieser Luftströmung elektrischen Strom. Die Funktionsweise ist verhältnismäßig trivial: Die Sonne scheint durch ein großes Dach aus Glas oder lichtdurchlässigem Kunststoff (Kollektor) und heizt den Boden und die Luft darunter auf. Durch die Abdeckung des Bodens mittels des Dachs wird die warme Luft in Bodennähe gehalten, ohne dass jene nach oben aufsteigen kann. Die warme Luft strömt jedoch zu einem Kamin in der Mitte der Anlage, welcher die Einzige großflächige „Verbindungsstelle” zwischen dem Boden und den darüber liegenden Luftschichten darstellt. Es entsteht ein Aufwind (Thermik), der mit Hilfe von Turbinen in elektrischen Strom umgewandelt wird.
Um ein solches Aufwind- oder Thermikkraftwerk zu realisieren, werden jedoch sehr große Kollektorflächen am Grund und Boden rund um den Kraftwerksturm benötigt. Ein Aufwind- oder Thermikkraftwerk ist also sehr flächenintensiv- und somit auch kostenintensiv in Ankauf, Wartung und Pflege dieser Kollektorflächen. Darüber hinaus ist ein solches Aufwind- oder Thermikkraftwerk überwiegend in solchen Gegenden realisierbar, in denen überdurchschnittlich hohe Sonneneinstrahlung gegeben ist. Aufgrund des hohen Platzbedarfs eines Aufwind- oder Thermikkraftwerk ist dies insbesondere in trockenen Gegenden und/oder Wüstengebieten oder wüstenähnlichen Gebieten gegeben. Aufwind- oder Thermikkraftwerke sind also grundsätzlich nicht universell in allen Breitengraden der Erde mit hohem Wirkungsgrad einsetzbar. Dies stellt einen großen Nachteil dar.
Aufgabe/Lösung/Beschreibung der Lösung:
Die Lösungsidee hinter der vorliegenden Erfindung des Energieröhrenkraftwerks ist das Entwicklungspotenzial, das sich aus den oben genannten Nachteilen des Magnus- oder Flettner-Rotors als Energiewandler oder Energiequelle, als auch aus den Nachteilen der Aufwind- oder Thermikkraftwerke im gegenwärtigen Stand der Technik ergibt. Aufgabe des Energieröhrenkraftwerks ist es, ein sinnvoll kombiniertes technisches System sowie ein Verfahren zur Energieerzeugung oder Energiewandlung bereitzustellen, und zwar unter Nutzbarmachung von Strömungsenergie aus einem Medium, und zum Anderen unter Nutzbarmachung der aus der Sonnenstrahlung gewinnbaren Energie. Dies erfolgt unter Aufhebung des oben genannten Nachteiles, dass weitere Energieressourcen benötigt werden, welche den Betrieb des Energieröhrenkraftwerks als Energiewandler oder Energiequelle aufrecht erhalten.
Die vorliegende Erfindung grenzt sich dabei von altbekannten Aufwindkraftwerkskonzepten, sowie von modernen Windkraftanlagen, als auch von gängigen Solarkraftwerken, klar und eindeutig ab.
Das Energieröhrenkraftwerk dient dabei vorzugsweise als energiewandelnde oder energiegewinnende autarke Insellösung für Gewerbetreibende oder auch für Landwirtschaftsbetriebe oder Forstwirtschaftsbetriebe. Implizit kann auch die Fischereiwirtschaft durch die vorliegende Erfindung mit Energie versorgt werden.
Das Energieröhrenkraftwerk dient alternativ dazu, die erzeugte bzw. umgewandelte Energie in ein bestehendes Energieversorgungsnetz einspeisen.
Das Energieröhrenkraftwerk dient in einer weiter entfernten Ausgestaltungsform als Antriebsenergiequelle, beispielsweise für mobile Systeme, insbesondere für den Einsatz auf Land-, Fluss- oder Seefahrzeugen. In einer noch weiter entwickelten und zukünftig nutzbaren Weiterentwicklung kann diese Antriebsenergiequelle auch in oder auf Fluggeräten bzw. Flugzeugen Einsatz finden, da dort herrschende Luftströmungen und Partialdruckunterschiede stark ausgeprägt sind. Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung auch zur Versorgung von Privatpersonen und Privathaushalten fernab bestehender Versorgungsnetze gut geeignet.
In der Außenansicht, beispielsweise aus der Ferne betrachtet, bietet das erfindungsgemäße Energieröhrenkraftwerk, weiter unten einfach nur als „Röhre” oder als „Anlage”, „Turm”, „Kamin”, bzw. „Hohlkörper” bezeichnet, beispielsweise eine Silhouette oder Kontur mit etwa näherungsweise zylindrischer oder pyramidischer Form, jedenfalls in Ausgestaltung einer langgestreckten Röhre, wobei diese Röhre (bzw. dieser Hohlkörper) vorzugsweise senkrecht auf einem Fundament, Boden oder Anlagenteil errichtet werden kann, oder vorzugsweise senkrecht auf einem darunter befindliche Anlagenteil errichtet/montiert/verbunden werden kann.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Kraftwerk im Wasser schwimmend oder in einem Gewässer auf einem Fundament oder auf einer Plattform stehend errichtet werden. Wichtig für diesen Anwendungsfall ist jedoch, dass die unteren Öffnungen der Erfindung stets ausreichend hoch über der Wasseroberfläche liegen, um Überflutungen an den Öffnungen des erfindungsgemäße Kraftwerks möglichst zu vermeiden. Hintergrund: Bei Überflutung oder Unterwasserung der Öffnungen kann keine Luftströmung in die unteren Öffnungen eintreten. Die Funktionsweise der Erfindung würde dabei solange ausgesetzt, solange die unteren Öffnungen geflutet sind.
(Lediglich in einer weiterentwickelten Ausgestaltung der Erfindung kann das erfindungsgemäße Kraftwerk als Unterwasserkraftwerk eingesetzt werden. Dies setzt die jedoch druckwasserdichte Ausführung fast aller Erfindungs-Komponenten, insbesondere der Lager- und Drehverbindungen, voraus. Im Falle einer Ausgestaltung als Unterwasserkraftwerk können die weiter unten beschriebenen Heizelemente und/oder die Mittel zur Wandlung der aus Sonnenstrahlung gewinnbaren Energie in elektrische Energie gegebenenfalls entfallen. Die Ausführung als Unterwasserkraftwerk sei hierbei nur erwähnt und wird nicht im Sinne des Patentschutzes beansprucht).
Anstatt des Begriffes „Röhre” wird im Sinne der vorliegenden Erfindung jeweils gleichbedeutend der Begriff „Kamin” bzw. „Turm” oder „Hohlkörper” verwendet.
Durch diese Erfindung wird mindestens eine im Inneren der Röhre befindlicher Rotor- oder eine im Inneren der Röhre befindliche Turbine oder Turbinenanordnung zur Nutzbarmachung von Strömungsenergie bereit gestellt, welche beispielsweise ausgestaltet ist als ein Savonius-, Darrieus-, Flettner- bzw. Magnus-Rotor, alternativ ausgestaltet ist als eine Kombination aus mehreren, gegebenenfalls unterschiedlichen, Rotoren, beinhaltend mindestens einen Savonius-, und/oder Darrieus-, und/oder Flettner- bzw. Magnus-Rotor.
Diese Rotor- oder Turbine bzw. Turbinenanordnung ist jedoch vorzugsweise in Form eines ein- oder oder mehrblättrigen Standard-Rotors ausgeprägt: Ein solcher dreiblättriger Standard-Rotor ist beispielsweise aus modernen Großwindkraftanlagen oder Windkraftanlagen mittlerer Leistungsklassem her bekannt: Er verfügt über eine jeweils zentrale Nabe, an welche eines oder mehrere Blätter oder Rotorblätter schaftseitig befestigt sind oder befestigt werden können. Gegebenenfalls erfolgt diese Befestigung unter zusätzlicher Einbringung je eines Blattverstellmechanismus pro Rotorblatt. Dieser Verstellmechanismus wird in der Regel zwischen Nabe und Blattschaft angebracht und vorzugsweise mittels ringartig umlaufenden oder kranzförmig angebrachten Bohrungen angeschraubt. Die Begriffe „Blatt bzw. „Rotorblatt” sind dabei gleichbedeutend im Sinne dieser Erfindung.
Ein solcher mehrblättriger Standard-Rotor, beispielsweise ein dreiblättriger Standard-Rotor, kann vorzugsweise so innerhalb der Röhre oder des Hohlkörpers angebracht sein, dass er infolge von Auftriebskräften in drehende Bewegung versetzt werden kann.
Bei Verwendung von Flettner- bzw. Magnusrotoren hingegen versetzt der sogenannte „Magnus-Effekt”, den jeweiligen Rotor in drehende bzw. rotatorische Bewegung.
Jedenfalls hat ein Standard-Rotor im Regelfalle etwa jene Formgestaltung, Dimension und Ausprägung, wie beispielsweise aus modernen Windenergieanlagen bzw. Windkraftwerken oder auch aus Kleinwindenergieanlagen bekannt ist: Beispielsweise offenbart die 1c der DE 202011105711 U1 in schematischer Sichtweise den prinzipiellen Aufbau einer Nabe eines solchen Standard-Rotors in Frontalansicht, welcher über je einen Blattverstellmechanismus pro Rotorblatt verfügt.
Bezogen auf die vorliegende Erfindung ist beispielsweise die Nabe eines jeden solchen Standard-Rotors mit ihrer eigenen Rotationsachse entlang der Senkrechten zum Fundament der Erfindung oder entlang der Senkrechten zur sogenannten „HN”-Linie („HN” markiert die horizontale Überwasser Höhenmarke, welche parallel zum Wasserspiegel in geeigneter Höhe über dem Wasserspiegel angebracht ist, und zwar so hoch, dass mit hinreichender Sicherheit eine Überflutung dieser Höhenmarke durch starken Wellengang auch bei Sturmflut oder selbst bei Hochwasser ausgeschlossen werden kann) oder gar entlang der Senkrechten zum unterhalb der Erfindung befindlichen Anlagenteil ausgerichtet. Vorteilhafterweise ist diese Nabe jedenfalls so ausgerichtet, dass die Spitzen von sich drehenden Rotorblättern in der Draufsicht Erfindung eine Kreisform beschreiben.
In der Seitenansicht auf die sich drehenden Rotorblätter eines Standard-Rotors der Erfindung ergibt sich in der Strömung hingegen eine schraubenartige Bewegung der Spitzen.
Gemäß der Erfindung prägt sich entlang der Röhre des erfindungsgemäßen Kraftwerks, welche im Prinzip immer ein Hohlkörper ist, im Inneren dieser Röhre eine Sogwirkung aus, durch welche mindestens ein Rotor oder eine Rotor- bzw. Turbinenanordnung angetrieben wird.
Diese Sogwirkung basiert auf dem physikalischen Kamineffekt, wonach ein wärmeres Medium (Gas oder Luft) infolge der geringeren Dichte stets „nach oben” steigt. Diese Sogwirkung übt näherungsweise gemäß dem einfachen Grundsatz dF = dp·dA eine „nach oben” gerichtete Summenkraft aus, welche ferner auf den Rotor bzw. auf die Rotoren bzw. auf die Turbinenanordnung einwirkt, wobei A den jeweils durchströmten Querschnitt oder Strömungsquerschnitt der Röhre darstellt.
Besonders empfehlenswert ist es im Sinne der Erfindung, wenn die Rotationsachse eines Standard-Rotors räumlich nahezu oder exakt so gerichtet ist, wie die Strömungs- oder Kraftrichtung der soeben genannten Sogwirkung gerichtet ist: Strömungsrichtung und Richtung der Rotationsachse des Rotors oder der Rotoren liegen dann vorzugsweise parallel zur Mittenachse der Röhre bzw. des Hohlkörpers bzw. des Turms oder Kamins. In der beispielsweise häufigsten oder geläufigsten Ausprägungsform der Erfindung fallen Rotationsachse und senkrechte Mittenachse zusammen, d. h. sie bilden eine gemeinsame Achse.
Es ist auch denkbar und im Sinne der Erfindung, wenn mehrere der soeben beschriebenen Standard-Rotoren innerhalb der Röhre angebracht sind, wobei jeder Rotor eine eigene Rotationsachse besitzt und jede dieser Rotationsachsen vorzugsweise nahezu parallel oder sogar exakt parallel zur senkrechten Mittenachse gerichtet ist.
Werden im Rahmen der Erfindung keine der oben beschriebenen Standard-Rotoren verwendet, sondern beispielsweise Savonius-,/Darrieus-,/ oder Flettner-, bzw. Magnus-Rotoren, so ist die Rotationsachse, um welche sich diese Rotoren in einer Strömung drehen, um bis zu 90° verdreht orientiert als wie bei den Standard-Rotoren: Bei der Verwendung von Savonius-,/Darrieus-,/ oder Flettner-, bzw. Magnus-Rotoren im Sinne der Erfindung wird deren Rotationsachse gegenüber der senkrechten Mittenachse folglich nicht parallel angebracht, sondern um bis zu 90° gedreht zu dieser senkrechten Mittenachse angebracht. Deren Rotationsachse steht vorteilhafterweise etwa senkrecht zur oben genannten Sogwirkung, um eine möglichst starke Drehbewegung der jeweiligen Savonius-,/Darrieus-,/ oder Flettner,- bzw. Magnusrotoren innerhalb der Röhre bzw. innerhalb des Turms oder des Hohlkörpers ermöglichen zu können.
In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltungsform werden Savonius-,/Darrieus-,/ oder Flettner-, bzw. Magnusrotoren so im Inneren der Röhre angeordnet, dass deren Rotationsachse(n) in etwa parallel zur Horizontalen gerichtet ist, also folglich etwa lotrecht zur o. g. senkrechten Mittenachse.
Grundsätzlich können in einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung die Rotationsachse(n) eines Rotors oder mehrerer Rotoren durch entsprechende Stellvorrichtungen, welche vorzugsweise ebenso im Inneren der Röhre befindlich sind, in Ihrer Richtung bzw. entlang ihrer eigenen Rotationsachse gedreht oder geschwenkt werden. Diese Drehung oder Schwenkung kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, dass vorzugsweise die jeweils zugehörige Rotornabe räumlich gedreht oder geschwenkt wird. Um einen Rotor bzw. die zugehörige Nabe räumlich zu drehen oder zu schwenken, können beispielsweise zwei Aktoren angesteuert werden: Angenommen, die eigene Rotationsachse einer innerhalb der Röhre bzw. innerhalb des Turms befindlichen Nabe oder Rotoranordnung, beispielsweise eines dreiblättrigen Standard-Rotors, entspricht der räumlichen Z-Achse derselben Rotoranordnung, so ist einer der beiden Aktoren dafür zuständig, die Nabe oder Rotoreinheit um die X-Richtung zu verstellen bzw. zu verdrehen, wohingegen der zweite der beiden Aktoren dafür zuständig ist, die Nabe oder Rotoreinheit um die Y-Richtung zu verstellen bzw. zu verdrehen.
Wird hingegen abgenommen, dass die eigene Rotationsachse einer innerhalb der Röhre bzw. innerhalb des Turms befindlichen Nabe oder Rotoreinheit, beispielsweise eines Savonius-Rotors mit vier Rotorblättern/Turbinenschaufeln, der räumlichen Y-Achse derselben Rotoranordnung entspricht, so ist einer der beiden Aktoren dafür zuständig, die Nabe oder Rotoranordnung um die X-Richtung zu verstellen bzw. zu verdrehen, wohingegen der zweite der beiden Aktoren dafür zuständig ist, die Nabe oder Rotoranordnung um die Z-Richtung zu verstellen bzw. zu verdrehen.
Verglichen mit modernen Windkraftanlagen oder Kleinwindenergieanlagen bietet die vorliegende Erfindung den großen Vorteil, dass Sie zur Energieerzeugung bzw. Energiewandlung betrieben werden kann, wenn zumindest eine der beiden regenerativen Energiequellen vorhanden ist:
Herrschender Wind und/oder Sonneneinstrahlung.
Somit ist, verglichen mit modernen Windkraftanlagen oder Kleinwindenergieanlagen, der Betrieb der vorliegenden Erfindung auch bei nahezu Windstille möglich, solange zumindest Sonneneinstrahlung vorhanden ist. Beispielsweise ist in gemäßigten Breiten der Erde der klimatische Zustand der sogenannten „Hochwetterlage” häufig anzutreffen. Jener ist oft charakterisiert durch geringe Windgeschwindigkeiten bei gleichzeitig erhöhter Intensität der Sonneneinstrahlung.
Ferner ist, verglichen mit modernen Solarkraftwerken, beispielsweise mit modernen Solarturmkraftwerken oder mit Anwendungen der Solarkonzentratortechnik, der Betrieb der Erfindung auch bei geringer Sonneneinstrahlung möglich, solange zumindest eine Windströmung vorhanden ist, welche messbare Windgeschwindigkeiten aufweist. Beispielsweise ist in gemäßigten Breiten der Erde dieser klimatische Zustand bei sogenannter „Schlechtwetterlage” häufig anzutreffen: Diese „Schlechtwetterlage” ist beispielsweise charakterisiert durch mäßige bis starke Windgeschwindigkeiten bei gleichzeitig bewölktem Himmel und geringerer Intensität der Sonneneinstrahlung.
In der Praxis steht zumindest stets meist eine dieser beiden regenerativen Energiequellen (Windströmung und/oder Sonneneinstrahlung) zur Verfügung bzw. ist vorhanden und kann durch die vorliegende Erfindung genutzt werden. Aufgrund der in der Röhre angebrachten oder anbringbaren Heizelementen oder Heizeinrichtungen kann die Erfindung auch bei Regen, Schneefall, Sturm und/oder Frost betrieben werden, um Energie zu wandeln bzw. Energie für die gewerbliche (oder auch private) Nutzung zu gewinnen.
Ein sehr großer Vorteil ist dabei offenkundig: Die vorliegende Erfindung nutzt regenerative Energiequellen und ist somit besonders umweltfreundlich bzw. ressourcenschonend.
In der vorgesehenen Ausgestaltungsform ist die vorliegende Erfindung, also unter Anderem die ”Röhre” bzw. der „Kamin”, „Hohlkörper” oder der „Turm” idealerweise in Regionen errichtet bzw. im Einsatz, wo herrschende Windgeschwindigkeiten zumindest durchschnittlich hoch bzw. ausgeprägt sind. Alternativ ist die vorliegende Erfindung in solchen Regionen errichtet bzw. einsetzbar, in denen zumindest durchschnittlich hohe Intensität der Sonneneinstrahlung gegeben ist.
In der zweckmäßigsten Ausgestaltungsform ist die vorliegende Erfindung jedoch dort errichtet bzw. im Einsatz, wo vorherrschende Windströmungen als auch starke Sonneneinstrahlung gleichzeitig gegeben sind. Dies ist in nahezu allen klimatischen Regionen der Erde denkbar, beispielsweise im Flachland von küstennahen Gebieten und/oder in Hügellandschaften oder gar bergigen bis alpinen Gebieten.
Da darüber hinaus keine nennenswerten Netzanbindungen oder externe Energieressourcen zum eigentlichen Betrieb der Erfindung benötigt werden, kann die vorliegende Erfindung praktisch überall auf der Erde nutzbringend errichtet werden, um etwa als Insellösung Energie zu wandeln bzw. zu gewinnen, und um ferner diese elektrische Energie für Gewerbetreibende und/oder Wirtschaftsbetriebe zur Verfügung zu stellen. Die Erfindung kann ebenso in netz-autark arbeitenden Forschungseinrichtungen eingesetzt werden, um elektrischen Strom für dortige Verbraucher und elektrischen Gerätschaften zu liefern.
Aufgrund der vielseitigen Einsetzbarkeit der Erfindung können ferner auch Menschen und Privathaushalte, welche fernab der etablierten Versorgungsnetze residieren, durch die Erfindung mit elektrischer Energie versorgt werden.
Ein weiterer großer Vorteil der Erfindung wird dabei offenkundig: Die aktuelle Energiepolitik und entsprechende Bemühungen der Industrie zielen darauf ab, den Ausbau von Energieversorgungs-Netzen (umgangssprachlich bezeichnet als „Stromnetze”) zu forcieren. Die vorliegende Erfindung benötigt zum eigentlichen Betrieb keine vorhandenen Energieversorgungs-Netze und kann daher adhoc zur elektrischen Energiegewinnung eingesetzt werden, ohne auf vorher aufwendig installierte „Stromnetze” angewiesen zu sein.
In einer weiterentwickelten Variante ist die Erfindung beweglich, d. h. mobil, und kann an einem Stellort aufgebaut werden, dort eine gewisse Zeit betrieben werden, und bei Bedarf wieder abgebaut werden, um an einen anderen Stellort befördert bzw. transportiert werden, um und dort erneut wiederaufgebaut zu werden. Diese nahezu universelle Einsetzbarkeit ist insbesondere bei kleineren Varianten der vorliegenden Erfindung gegeben, da diese geringere Längenausdehnungen und auch weniger Masse aufweisen, folglich also leichter und einfacher transportiert werden können. Dieser Vorteil kommt insbesondere zugute, wenn die vorliegende Erfindung beispielsweise als mobiler elektrischer Energiewandler zeitweise in Krisenregionen eingesetzt werden soll, in welchen die bestehende Energieversorgungs-Infrastruktur infolge von Naturkatastrophen (Erdbeben, Überflutungen, Lawinenabgängen, Vulkanausbrüchen, et cetera) oder infolge von Kampfhandlungen zerstört wurde.
In einer alternativen Ausgestaltungsform kann die Erfindung nicht nur auf dem Lande oder auf Fahrzeugen oder in oder auf mobilen Plattformen errichtet werden, sondern auch in Gewässern installiert werden, beispielsweise in Binnenseen, in strömenden Gewässern (Kanälen/Flüssen), vorzugsweise jedoch im Meer oder in seichten Gewässern in Küstennähe. Bei einem solchen alternativen Anwendungsfall ist allenfalls jedoch dafür zu sorgen, dass während des Anlagenbetriebs keine der Öffnungen der erfindungsgemäßen Anlage überflutet wird.
Es empfiehlt sich daher bei einer gewässerbasierten Errichtung oder Installation der erfindungsgemäßen Anlage, die unteren Öffnungen der erfindungsgemäßen Röhre bzw. des Kamin bzw. des Turms in einer solchen Höhe (HN) über dem horizontalen Wasserspiegel anzubringen, welche weder bei Flut, noch bei extrem starkem Wellengang oder bei Überschwemmungen, vom Wasser erreicht werden kann.
In einer möglichen Ausgestaltungsform ist die Röhre oder der Kamin bzw. Turm, welcher in erster Näherung stets einem Hohlkörper gleichkommt, etwa oder näherungsweise zylinderförmig ausgestaltet und beinhaltet daher etwa das Volumen: V_r = r_r ²·π·l_r = (d²/4)·π·l_r, und weist etwa diese etwa Mantelfläche auf: M_r = 2·r_r·π·l_r = d·π·l_r, wobei in dieser trivialen Gleichung l_r die mittlere Länge und r_r den mittleren Radius der Röhre bzw. des Kamins darstellt. Der mittlere Durchmesser dieser Röhre oder dieses Kamin am unteren Ende beträgt dann beispielsweise: d = d_i = d_o = d_u = 2·r_r Eine beispielsweise 20 Meter durchmessende gerade Röhre der Höhe 100 Meter weist in dieser Ausgestaltungsform folglich ein Volumen von etwa 31,4 Tausend Kubikmeter und eine Mantelfläche von etwa 6.280 Quadratmetern auf.
In einer alternativen Ausgestaltungsform ist die Röhre oder der Kamin etwa pyramiden-, pyramidenstumpf-, oder gar kegel-, oder sogar kegelstumpf-förmig ausgestaltet, d. h. mit stets größerer Querschnittsfläche am unteren Röhrenende als am oberen Röhrenende. Jene alternative Ausgestaltungsform umfasst nahezu das Volumen: V_k = 1/3·(r_k ²·π·l_k), und weist nahezu diese Mantelfläche auf: M_k = r_K·π·s_k, wobei s_k hier die mittlere Seitenlänge und r_k den Radius der Röhre bzw. des Kamins am unteren Röhrenende darstellt. Der mittlere Durchmesser dieser Röhre oder dieses Kamin am unteren Ende betrage somit: d_u = 2·r_k = 2·r_u.
Ein solcher kegelförmiger Kamin oder Turm, der am unteren Ende beispielsweise 20 Meter durchmisst und eine Höhe von etwa 100 Meter aufweist, weist folglich ein Volumen von etwa 10,5 Tausend Kubikmeter und eine Mantelfläche von etwa 3.150 Quadratmetern auf.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform weist die röhren-, kamin-, oder turmartige Silhouette vereinzelte Querschnittsaufweitungen und/oder Querschnittsverbreiterungen auf, beispielsweise an seinem oberen und/oder unteren Ende. Diese Querschnittsaufweitungen können der Röhre bzw. dem Turm beispielsweise die Form einer stilisierten Sanduhr geben. Die Silhouette oder Kontur dieser Röhre kann aber auch eine oder mehrere, beispielsweise vereinzelte, Querschnittsverengungen aufweisen, etwa in ihrer Mitte oder in ihrem oberen Drittel.
Die Vorteile von Stellen mit Querschnittsaufweitungen der Röhre liegen in dem dadurch bedingten erhöhten Platzangebot zur Installation von Gerätschaften oder Komponenten, insbesondere von Rotoren, in der Röhre, eben an jenen querschnittsverbreiterten Stellen.
Die Vorteile von Stellen mit Querschnittsverengungen hingegen liegen in der Strömungslehre, insbesondere in der Kontinuitätsgleichung, begründet: In solchen Bereichen einer durchströmten Röhre, an welchen der Strömungsquerschnitt A_i verengt wird, nimmt gemäß der Gleichung A_i·v_i = const. die Strömungsgeschwindigkeit v_i des durchströmenden Mediums zu. Durch entsprechende Dimensionierung des jeweiligen Strömungsquerschnitts der Röhre bereits in der Anlagenplanung bzw. bei der Planung der Röhrendimensionen lässt sich also die jeweilig gewünschte „Soll-Strömungsgeschwindigkeit” vordefinieren bzw. (ungefähr) voreinstellen.
Vorzugsweise weisen alle im Inneren der Röhre befindlichen Rotoren geringes spezifisches Gewicht auf, sodass diese als Leichtbau Rotoren zu verstehen sind, welche auch bei geringen Luftströmungen im Inneren dieser Röhre in Drehung versetzt werden können. Beispielsweise genügt somit bereits eine vergleichsweise geringe Sogwirkung bzw. „Kamineffekt-Strömung”, um die in der Regel eigenantriebslosen Rotoren in Drehung zu versetzen.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist es möglich und denkbar, den in der Röhre befindlichen Rotor oder die in der Röhre befindlichen Rotoren mit mindestens einem Hilfsantriebes auszustatten, sodass mittels dieses Hilfsantriebes, welcher beispielsweise ein Elektromotor oder Druckluftmotor oder sogar eine Pumpe sein kann, gegebenenfalls auch ein Hydraulikmotor sein kann, das Stillstands-Haltemoment überwunden werden kann, sodass der Rotor oder die Rotoren aus dem Stillstand anlaufen können.
Alternativ dazu kann mindestens einer der im Inneren der Röhre bzw. der Anlage befindlichen Lagerringe des wenigstens einen Lagers oder der wenigstens einen Drehverbindung mit einem solchen Hilfsantrieb ausgestattet werden. Ausgehend von der Ausprägungsform, in welcher mindestens einer der Lagerringe direkt oder indirekt mit Rotor- und/oder Turbinenanordnung(en) gekoppelt ist, beispielsweise direkt mittels Schraubverbindungen an einem gemeinsamen Flansch zwischen Rotor und Lagerring gekoppelt ist, oder alternativ mittels kranzförmig angeordneten Passverbindungen an einem gemeinsamen Passring zwischen Rotor und Lagerring gekoppelt ist, wird ein solcher Hilfsantrieb direkt an mindestens einen der Lagerringe angebracht.
Der Antrieb des wenigstens einen Lagerringes durch den Hilfsantrieb kann vorzugsweise dadurch erfolgen, dass dieser Lagerring über verzahnte Elemente verfügt, beispielsweise in Ausprägung einer ringförmig- oder zumindest segmentförmig eingearbeiteten Umlaufverzahnung, oder beispielsweise auch in Ausprägung eines eingearbeiteten Zahnringes, während diese verzahnten Elemente mit einem Ritzel kämmen, welches vom Hilfsantrieb angetrieben werden kann. Sobald der Hilfsantrieb also angetrieben wird, dreht sich beispielsweise jenes Ritzel an dessen Stirnseite. Durch den Eingriff des Ritzels in die Verzahnung des Lagerringes, wird somit auch der Lagerring in Bewegung/Drehung versetzt. Sind nun ferner Rotor und Lagerring direkt gekoppelt, beispielsweise am gemeinsamen Flansch oder Passring miteinander verschraubt, so wird auch der Rotor in Bewegung/Drehung versetzt.
Einer weiter entfernte und in der Regel kostengünstigere Ausgestaltungsform dieses Hilfsantriebs verwendet eine Welle-Zugmittel-Paarung anstatt einer Verzahnungs-Ritzel-Paarung, um die Rotoren aus dem Stillstand anlaufen zu lassen.
In einer hingegen näherliegenden Ausgestaltungsform dieses Hilfsantriebs ist dieser als Schwenktrieb oder Schwenkantrieb ausgeführt, welcher zwischen Rotor(anordnung) und Lagerring geschraubt wird.
Im Übrigen kann der oben genannte Mechanismus zur Blattverstellung oder zur Rotor- oder Nabenverstellung um eine der Raumachsen (X-/Y-/Z-Achse) auf vorzugsweise exakt die gleiche soeben dargestellte Weise erfolgen: Das Blatt oder der Rotor oder die Nabe verfügt dann über verzahnte Elemente, gegebenenfalls in Form eines eingearbeiteten Zahnringes, welche jeweils mit mindestens einem Ritzel kämmen. Jenes Ritzel ist – analog zur obigen Ausführung – mit einem Antrieb an dessen Stirnseite ausgeführt. Durch diesen Antrieb wird das Ritzel in Drehung/Bewegung versetzt, und infolgedessen wird die Verstellung eines Blattes bzw. des Rotors bzw. der Nabe realisiert.
Einer weiter entfernte und gegebenenfalls kostengünstigere Ausgestaltungsform dieses Antriebs verwendet eine Welle-Zugmittel-Paarung anstatt einer Verzahnungs-Ritzel-Paarung, um die Verstellung eines Blattes bzw. eines Rotors bzw. einer Nabe zu realisieren.
Auch hierbei kann der Antrieb als Schwenktrieb oder Schwenkantrieb ausgeführt sein, welcher zwischen Blatt und Rotor(anordnung) bzw. zwischen Blatt und Nabe geschraubt wird.
Aus ähnlichem Grund wie die oben genannten Leichtbau Eigenschaften des wenigstens einen Rotors sind diese vorzugsweise im Inneren der Röhre befindlichen Rotoren jeweils reibungsarm gelagert. In einer weit fortgeschrittenen Ausgestaltungsform der Erfindung sind weitestgehend reibungsfreie Lager im Einsatz. Es sind dann vorzugsweise berührungslose Lager oder sogar Magnetlager zur Lagerung des mindestens einen Rotors im Einsatz.
In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung werden mehrere Rotoren in der Röhre angebracht und zwar so, dass diese sequentiell und entlang der Sogwirkung durch den Kamineffekt angebracht sind, sozusagen „von unten nach oben” in Reihe der Strömung geschaltet sind.
Idealerweise handelt es sich bei der durch den Kamineffekt initiierten Strömung im Inneren der Röhre um eine weitestgehend laminare Strömung. Diese ist während des Betriebes der Anlage gegebenenfalls durchsetzt mit einzelnen turbulenten Bereichen, insbesondere mit turbulenten Zonen oder Zonen mit Verwirbelungen oder auch mit sogenannten „Wirbelschleppen” jeweils hinter den sich drehenden Rotoren. Um unerwünschte turbulente Bereiche oder turbulenten Zonen oder Zonen mit Verwirbelungen zu glätten und möglichst wieder in die laminare Strömung zu überführen, werden gegebenenfalls entlang der Innenseite oder entlang der senkrechten Mittenachse des Turmes oder der Röhre eines oder mehrere Elemente zur Strömungsberuhigung installiert. Die vorliegende Erfindung zielt also auf möglichst nicht-turbulente Strömung im Inneren der Röhre bzw. im Inneren des Turms ab. (Laminare Strömungen grenzen sich in der Praxis durch starke Vorzugsrichtung und höhere Linearität von den turbulenten Strömungen ab).
Eine weitgehende Strömungsberuhigung wird beispielsweise durch querschnittsveränderte Einlaufstrecken und/oder durch die Verwendung von Lochplattengleichrichtern oder anderen aus der Strömungslehre bekannten Mitteln zur Strömungsgleichrichtung von Medienströmungen erreicht. Vorzugsweise sind die Querschnittsverläufe im Inneren der Röhre jeweils so bemessen, dass eine maximale Strömungsgeschwindigkeit v_krit. nicht überschritten wird. Diese maximale Strömungsgeschwindigkeit v_krit. entspricht vorzugsweise der Grenzströmungsgeschwindigkeit zwischen laminarer und turbulenter Strömung.
Als weitere Maßnahme zur Strömungsberuhigung im Inneren der Röhre können auch Heizelemente entlang der Innenseite der Röhre bzw. des Turmes oder entlang der senkrechten Mittenachse des Turmes installiert werden. Durch diese Heizelemente wird die Vorzugsrichtung der Strömung wieder hergestellt oder zumindest forciert.
Um eine möglichst energieeffiziente Nutzung der Energie aus der Medienströmung zu gewährleisten, können in einer speziellen Ausprägungsform der Erfindung die Naben mehrerer in Reihe geschalteter Rotoren zueinander axial und/oder radial versetzt installiert sein.
Bei der Verwendung von Standard-Rotoren im Inneren der Röhre, beispielsweise bei Verwendung von Standard-Rotoren mit je drei Rotorblättern, bedeutet diese Maßnahme zur möglichst energieeffiziente Nutzung der Strömungsenergie einen Versatz der parallel zur Strömungsrichtung stehenden Rotationsachsen der in Reihe geschalteten Standard-Rotoren.
Werden hingegen Savonius-, und/oder Darrieus-, und/oder Flettner-, bzw. Magnus-Rotoren im Inneren der Röhre verwendet, so bedeutet diese Maßnahme zur möglichst energieeffiziente Nutzung der Strömungsenergie einen Versatz der orthogonal/senkrecht zur Strömungsrichtung stehenden Rotationsachsen dieser in Reihe geschalteten Rotoren.
Grundsätzlich kann im Inneren der Röhre eine Rotor- oder Turbinenanordnung vorhanden sein, bestehend aus mehreren Turbinen-Stufen bzw. Rotor-Stufen, gegebenenfalls beinhaltend unterschiedliche Rotor-Typen, welche jeweils über eines oder mehrere Lager oder Drehverbindungen, sowie gegebenenfalls über Getriebevorrichtungen, mit der Röhren- bzw. Turmstruktur verbunden ist oder gekoppelt werden kann.
Diese Verbindung oder Koppelung erfolgt gegebenenfalls unter Einsatz eines die jeweilige Rotor- oder Turbinenanordnung aufnehmenden, tragenden oder haltenden Maschinenträgers.
Es können auch mehrere Maschinenträger eingesetzt werden, um die Last der mehreren Rotor- oder Turbinenanordnungen, nebst Getriebe- und Generatorvorrichtungen, geeignet aufzunehmen und in das Fundament oder in die Mantelstruktur der Anlage abzutragen.
Vorzugsweise ist der dieser im Inneren der Röhre bzw. des Kamins befindlichen Rotoren separat gelagert, beispielsweise durch eine Drehverbindung, ein Wälzlager, Großwälzlager oder mittels Momentenlager. Als Lager oder Drehverbindung der Erfindung können dabei grundsätzlich alle in der Historie und gemäß aktuellem Stand der Technik gängigen Formen und Bauarten von Drehverbindungen oder Wälzlager oder Großwälzlagern sowie Momentenlagern eingesetzt werden, beispielsweise: Ein- oder mehrreihige Vierpunktlager, Zylinderrollenlager, Kombilager, Kreuzrollenlager, Kegelrollenlager, Drahtlager, aber auch beispielsweise ein- oder mehrreihige Sonderdrehverbindungen, Kugeldrehverbindungen, Rollendrehverbindungen. Kreuzrollendrehverbindungen, Kombidrehverbindungen Rolle/Kugel. Im sinne der Erfindung sind die Begriffe „Lager”, „Lagerbaugruppe”, „Wälzlager”, „Drehverbindung” sowie „Momentenlager” als gleichbedeutend anzusehen.
Dieses jeweilige Lager oder diese jeweilige Drehverbindung dient entweder der axialen- und/oder der radialen Aufnahme von Kräften und Momenten. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht den Einsatz von Rillenkugellagern, Pendelkugellagern, einfachen oder doppelten Schrägkugellagern, Axialrillenkugellagern, Nadellager und Pendelrollenlager, Tonnenlager vor.
Jedenfalls weist die Erfindung stets mindestens eine Lagerkomponente, beispielsweise einen Lagerring, auf, welcher mit dem einem oder mit den mehreren Rotoren verbunden ist. Diese Verbindung besteht beispielsweise als Schweiß-, Löt-, Niet-, oder als Schraubverbindung. Diese Verbindung kann folglich kraft-, und/oder material-, und/oder formschlüssig hergestellt worden sein.
Die Erfindung weist ebenso stets mindestens eine Lagerkomponente desselben Lagers, beispielsweise den gegenüberliegenden Lagerring, auf, welcher mit der Röhre oder dem Kamin verbunden ist. Diese Verbindung besteht beispielsweise ebenfalls aus Schweiß-,/Löt,-/Niet-, und/oder als Schraubverbindung. Auch diese Verbindung kann folglich kraft-, material-, und/oder formschlüssig hergestellt worden sein und kann unter Zwischenschaltung eines oder mehreren Maschinenträger-Teilen erfolgen.
Jedenfalls ist die Röhre in ihrem Inneren hohl ausgeführt und weist geeignete Mittel zur Aufnahme des mindestens eines oben genannten Lagerrings auf. Diese Aufnahme kann direkt geschehen, etwa durch direkte Verschraubung des Lagerrings mit der Röhrenkonstruktion bzw. mit dem Kamin- oder der Turmstruktur.
Diese Aufnahme kann aber auch indirekt geschehen, etwa durch Verwendung eines oder mehrerer der/des oben genannten Maschinenträger/s, welche den Rotor oder die Rotoren inklusive den rotorseitigen Lagerringen beherberg(t)/en, und welcher bei der Errichtung oder Installation der erfindungsgemäßen Anlage als Ganzes in die Röhre bzw. in den Kamin oder Turm eingebunden werden können/kann.
Die Röhre ist aus strömungstechnischen Gesichtspunkten dabei stets als künstlich geschaffener Kanal, beispielsweise als Strömungskanal, zu verstehen, der eine von „unten” nach „oben” wirkende, beispielsweise exakt senkrecht wirkende, Strömung ermöglicht. Die Intensität der im Inneren der Röhre wirkenden Strömung ist dabei abhängig von den herrschenden Druckunterschieden zwischen unterem Röhrenende und oberem Röhrenende.
Gemäß der Erfindung ist die im Inneren der Röhre wirkende Strömung vorzugsweise vorwiegend laminar ausgeprägt, wobei sich auch turbulente Bereiche und Verwirbelungen ergeben können. Diese im Inneren der Röhre wirkende Strömung basiert auf dem physikalischen Prinzip des „Kamineffektes”, d. h. die Röhre oder der Kamin weist am oberen Röhrenende, beispielsweise am oberen Ende eines in den Himmel ragenden Kamins, als auch am unteren Röhrenende, beispielsweise am verbreiterten Fußbereich eines in den Himmel ragenden Kamins, mindestens eine großflächige Öffnung oder mehrere kleinere Öffnungen auf. In der Nähe der Öffnungen besteht jedenfalls stets Offenheit gegenüber der Außenluft. Die Außenluft kann über derartige Öffnungen in die Röhre eintreten und an anderen dieser derartigen Öffnungen wieder austreten.
Am oberen Röhrenende strömt die dortige Außenluft mit einer, verglichen mit der Luftströmung im Inneren der Röhre, anderen Richtung und Geschwindigkeit an dem Turm oder an der Röhre vorbei. Der dadurch erzeugte Unterdruck saugt dort die Luft aus dem Röhreninneren in Richtung Außenluft bzw. in Richtung Umgebung ab.
Nach den bekannten Gesetzen der Kontinuitätsgleichung ist die Geschwindigkeit eines strömenden Mediums an Engstellen des vom Medium durchströmten Hohlkörpers stets am Größten, so auch an Öffnungen sowie an den Bereichen der Querschnittsverengungen der erfindungsgemäßen Röhre bzw. des Turmes oder Kamins.
Die Intensität des soeben beschriebenen „Kamineffektes” bzw. der damit verbundenen Sogwirkung wird im Sinne der Erfindung verstärkt durch die (künstliche) Erzeugung einer weiteren Strömungskraft, welche sich zu der Strömungskraft aus dem „Kamineffekt'” hinzufügt und diesen Kamineffekt bzw. dessen Sogwirkung somit erhöht. Die Verstärkung dieser Sogwirkung erfolgt durch oder mittels einer bestromten Heizquelle oder mittels mehrerer bestromter Heizquellen im vorzugsweise unteren Teil des Kamins bzw. der Röhre:
Eine Heizquelle gibt bekanntermaßen Wärme an die jeweils unmittelbare Umgebungsluft ab. Da warme Luft aufgrund der geringeren Dichte stets schneller nach oben steigt als kühlere Luft, ergibt sich ein Luftstrom mit Vektor und Richtung „nach oben”. Erfindungsgemäß können die mehreren Heizquellen je nach Bedarf zugeschaltet, d. h. bestromt, und wieder abgeschaltet, d. h. der elektrische Kontakt wird unterbrochen, werden. Durch diese wahlweise Ausführung der zu- oder Abschaltung ist es darüber hinaus möglich, die Verstärkung der Sogwirkung gezielt vorzunehmen. Die Verstärkung der Sogwirkung aus dem „Kamineffekt” ist jedoch in erster Näherung proportional zur Stärke der Bestromung der Heizquelle(n).
In einer weiter ausgeprägten Ausgestaltungsform der Erfindung erfolgt die Bestromung des Heizelementes oder der mehreren Heizelementen in geregelter Weise, d. h. es wird hinsichtlich der zu erreichenden Sogwirkung der Medienströmung ein Sollwert vorgegeben bzw. eingestellt. Diese „Sollströmung” ist charakterisiert durch eine „Soll-Strömungsgeschwindigkeit” des strömenden Mediums. Diese „Sollströmung” soll vorzugsweise, um den möglichst verlustfreien Betrieb der Erfindung zu gewährleisten, eine möglichst laminare Strömung sein. Die „Soll-Strömungsgeschwindigkeit” soll während des Betriebes der Anlage möglichst konstant gehalten werden. Um diese „Soll-Strömungsgeschwindigkeit” unabhängig von den Umgebungsverhältnissen (Wind/Wetter/Klima/Temperatur) innerhalb bzw. außerhalb der Röhre möglichst konstant zu halten, ist eine stetige Überwachung der „Soll-Strömungsgeschwindigkeit” notwendig. Die Regelung der „Sollströmung” bzw. der „Soll-Strömungsgeschwindigkeit” erfolgt wie nachfolgend beschrieben:
Ist die jeweils aktuelle Strömungsgeschwindigkeit geringer als die „Soll-Strömungsgeschwindigkeit”, so werden vorzugsweise Heizelemente in geeigneter Anzahl und Weise zugeschaltet/bestromt.
Ist die jeweils aktuelle Strömungsgeschwindigkeit höher als die „Soll-Strömungsgeschwindigkeit”, so werden vorzugsweise bestromte Heizelemente in geeigneter Anzahl und Weise wieder abgeschaltet.
Entspricht hingegen die jeweils aktuelle Strömungsgeschwindigkeit der „Soll-Strömungsgeschwindigkeit”, so wird vorzugsweise an der aktuellen Bestromung von Heizelementen hinsichtlich Anzahl und Weise nichts geändert.
Die Erfindung sieht eindeutig vor, dass auch mehrere dieser Heizelemente, zweckmäßigerweise im unteren Teil des Kamins bzw. der Röhre, an- oder eingebracht sein können, um bei Bedarf zugeschaltet werden zu können, damit jeweils eine größtmögliche, jedoch bedarfsorientierte, Bestromung der Heizelementen vorgenommen werden kann.
Die Begriffe „Heizquelle” bzw. „Heizelement” sind im Sinne der vorliegenden Erfindung gleichbedeutend. Heizelemente/Heizquellen können im Sinne der Erfindung nicht nur im unteren Drittel innerhalb der erfindungsgemäßen Anlage, sondern auch in mittleren oder höheren Ebenen über dem Grund oder Fundament installiert oder angebracht werden. Insbesondere zur Gleichrichtung turbulenter Strömungsabschnitte empfiehlt sich die Einbringung von Heizelemente/Heizquellen in höheren Ebenen über dem Grund oder Fundament.
Als solche Heizelemente können in der Praxis elektrische Heizquellen eingesetzt werden. Insbesondere können elektrische Stab-,/Ring-, und/oder Flächenheizungen verwendet werden.
Alternativ sind auch Abwärme- oder Fernwärme-Heizquellen einsetzbar, sofern die Anbindung der erfindungsgemäßen Anlage an ein Ab- oder Fernwärmenetz besteht.
Je länger die Röhre bzw. der Turm/Kamin sich dabei erstreckt, desto wahrscheinlicher ergeben sich naturgegebene Druckunterschiede zwischen der Außenluft am unteren Röhrenende und Außenluft am oberen Röhrenende. Folglich desto größer ist die oben beschriebene Sogwirkung nach dem physikalischen Kamineffekt. Die strömungstechnischen wirkenden Sog-Kräfte bzw. die strömungstechnische Ausprägung des Kamineffektes ist folglich unter Anderem stark abhängig von Form/Gestalt/Länge und Durchmesser der erfindungsgemäßen Röhren- bzw. Turm-/Kamin-Anlage.
Bei der Dimensionierung von Anzahl und räumlichen Verteilung der Heizquellen ist bei der Planung der erfindungsgemäßen Röhren- bzw. Turm-/Kamin-Anlage zu berücksichtigen.
Gemäß der Erfindung empfiehlt sich ein hohes (Höhen- bzw.) Längen-zu-Breiten-Verhältnis der Röhre bzw. des Kamins von mindestens 2 zu 1. Beispielsweise bei einer Röhre oder einem Kamin von 3 Metern des Durchmessers d_i beträgt die mittlere Länge l_k bzw. l_r dieser Röhre oder dieses Kamins mindestens das Doppelte, also 6 Meter. Demnach beträgt die Länge einer fünf Meter im Durchmessers d_i messenden Röhre mindestens 10 Meter, vorzugsweise jedoch über 20 Meter. Im Idealfall beträgt das (Höhen- bzw.) Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis der Röhre bzw. des Kamins also gleich oder sogar mehr als 4 zu 1.
Es sind auch sehr schlanke Röhren-, bzw. Turm- bzw. Kamin- Silhouetten denkbar und im Sinne der Erfindung.
Wird eine mobile Variante der vorliegenden Erfindung betrachtet, so kann diese mobile Variante gegebenenfalls auf einer beweglichen Plattform, beispielsweise auf einem mit Rädern, Rollen, Ketten oder Kufen angetriebenen Fahrzeug oder Anlagenteil installiert oder befestigt werden, wobei diese bewegliche Plattform mit der Röhre bzw. mit dem Turm mittels Schrauben oder mittels ringförmig umlaufenden kranzförmigen Verschraubungen an einem gemeinsamen Flansch, befestigt werden kann. Diese Plattform kann unter Umständen luftdicht, etwa an seiner Verbindungsstelle hermetisch, mit der Röhre bzw. mit dem Turm versiegelt werden.
Wird letztgenanntes realisiert, so sollte diese bewegliche Plattform dennoch eine oder mehrere definierte Öffnungen aufweisen, durch welche das Medium im Inneren Röhre bzw. im Inneren des Turmes mit der Außenluft oder mit dem Umgebungsmedium korrespondieren kann.
Beispielsweise kann eine mobile Variante der Erfindung eine röhrenförmige-, oder auch eine pyramidenartige Turm- bzw. Kaminsilhouette aufweisen, welche einen unteren Durchmesser von d_u = 6 Metern aufweist, einen Durchmessers d_i von 3 Metern an einer querschnittsverengten Stelle, welche beispielsweise mittig oder im oberen Drittel des Turmes vorhanden ist, aufweist, und eine Länge von l_k bzw. l_r größer oder gleich 20 Metern aufweisen.

Beispielhafte Dimensionierungen des Turmes bzw. der Röhre oder des Kamins, beispielsweise etwa bei der mobilen Variante oder feststehenden Variante in kleiner Dimensionierung, weisen folgende Werte auf:

d_u ≥ 2 Meter;	d_i ≥ 0.5 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 5 Meter.
d_u ≥ 2.5 Meter;	d_i ≥ 1.5 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 8 Meter.
d_u ≥ 4 Meter;	d_i ≥ 2.0 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 10 Meter.
d_u ≥ 5 Meter;	d_i ≥ 2.5 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 15 Meter.
d_u ≥ 6 Meter;	d_i ≥ 3 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 20 Meter.
d_u ≥ 8 Meter;	d_i ≥ 3.5 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 25 Meter.
d_u ≥ 10 Meter;	d_i ≥ 5 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 30 Meter.
d_u ≥ 12 Meter;	d_i ≥ 6 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 45 Meter.
d_u ≥ 13 Meter;	d_i ≥ 6 Meter;	l_k bzw. l_r größer als 50 Meter.

Dabei ist im Sinne der Erfindung zu beachten, dass die Höhendifferenz zwischen oberem und unterem Röhrenende gleichbedeutend ist mit der mittleren Röhren- bzw. Turm- Länge l_k bzw. l_r.
Der Durchmessers d_i bezeichnet dabei jenen Durchmesser des Hohlkörpers bzw. des Turm oder der Röhre an seiner engsten Stelle, derer es entlang der Röhre bzw. entlang des Turmes auch mehrere geben kann, also an jenen Stellen an welchen die zu erwartende Strömungsgeschwindigkeit v_i am höchsten ist bzw. an denen die Querschnittsverkleinerung(en) der Röhre am Ausgeprägtesten ist/sind.
Je größer herrschende Durchmesserunterschiede entlang der längsten Ausprägung der Röhre sind, desto stärker ist grundsätzlich die Struktur der Turmes bzw. der Röhre oder des Kamins auszuführen, beispielsweise im Falle einer Stahlbetonröhre durch Zugabe erhöhter zugaufnehmender Elemente (Stahl).
Bei einer geraden Röhre, d. h. bei einer Röhre welche über keinerlei Querschnittsverengungen oder Querschnittsaufweitungen entlang der Röhre verfügt, entspricht der Durchmessers d_i gleich dem unteren Durchmesser d_u und auch dem Durchmesser d_o am oberen Ende der Röhre bzw. des Turmes Kamins.
In einer groß dimensionierten Ausgestaltung der Erfindung, etwa vergleichbar mit Dimensionierung oder Längenerstreckung heutiger Kraftwerke, beispielsweise moderner Windenergieanlagen, kann l_k bzw. l_r auch leicht mehr als 100 Meter betragen – beispielsweise auch mehr als 150 oder 250 Meter. Je höher beispielsweise das obere Röhrenende in den Himmel ragt, desto höhere Energiegewinnungen sind durch das erfindungsgemäße Energieröhrenkraftwerk zu erwarten.
Maßgeblich ist jedenfalls die Höhe des Unterschieds zwischen den Strömungsverhältnissen am unteren Ende der Röhre verglichen mit den Strömungsverhältnissen am oberen Ende der Röhre.
In einer extrem dimensionierten Ausführungsform der Erfindung kann die Länge der erfindungsgemäßen Röhre (weit) mehr als 800 bis 1.200 Metern betragen, während der Durchmesser gleichzeitig (weit) mehr als 100 bis 200 Metern betragen kann. Die Anzahl der in einer solchen extrem dimensionierten Ausführungsform im Inneren der Röhre installierter Rotoren(anordnungen) oder Turbinen(anordnungen) kann (weit) mehr als 10 betragen, gegebenenfalls sogar (weit) mehr als 20. Solch derartig extrem dimensionierten Ausführungsformen der Erfindung sind – selbst bei alleiniger Betrachtung der aus der Strömung gewinnbaren Energie ohne Betrachtung der aus der Sonnenstrahlung gewinnbaren Energie – in der Lage, eine derart hohe elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, welche mit der elektrischen Energie aktueller Kernkraftwerke vergleichbar ist. Es ist zu erwarten, dass die Gesamtenergiebilanz derartig extrem dimensionierter Ausführungsformen der Erfindung optimaler ist als Gesamtenergiebilanz aktueller Kernkraftwerke.
Selbstverständlich ist auch eine extrem dimensionierte Ausführungsform der Erfindung stark vorteilhaft gegenüber aktuellen Kernkraftwerken, da die vorliegende Erfindung keine Altlasten hinterlässt, weder radioaktive Altlasten, noch sonstigen Problem-Müll oder übliche Standard-Abfallprodukte.
Als vorteilhaft gegenüber modernen Windkraftanlagen oder Kleinwindenergieanlagen ist hingegen klar zu erwähnen, dass sich bei der vorliegenden Erfindung keine von Außen sichtbaren rotierenden Teile ausmachen lassen. Insofern fügt sich das erfindungsgemäße Energieröhrenkraftwerk gefälliger in die die Umwelt ein als sich bewegende Windräder der modernen Windkraftanlagen. Durch diese Absenz der von Außen sichtbaren rotierenden Teile ist auch die Einsetzbarkeit der vorliegenden Erfindung in Gegenden möglich, in welchen reger Personen-, Schiffs-, Fahrzeug-, oder Flugverkehr herrscht, da keineswegs die bei Windkraftanlagen stets vorherrschende Gefahr gegeben ist, dass rotierenden Naben und deren Blätter versehentlich mit vorbeifahrenden Fahrzeugen, Personen oder Fluggeräten kollidieren können.
Im Sinne der Erfindung sind sämtliche Rotor(anordnung)en bzw. Turbinen(anordnung)en im Inneren der Röhre bzw. des Turmes untergebracht, und werden somit durch den Mantel der Röhre bzw. durch die Außenseite oder Turmhaut gehäusegeschützt beherbergt. Durch diese Art der Beherbergung der Rotoren ist die Energieröhre oder das Energieröhrenkraftwerk auch ggfs. geräuschreduziert im Vergleich zu sich bewegenden Windrädern der modernen Windkraftanlagen.
Vorteilhaft gegenüber modernern Solarkraftwerken oder Solarturmkraftwerken oder mit Solarkonzentratortechnik Anwendungen ist festzustellen, dass bei der vorliegenden Erfindung keine hochpräzisen und zumeist kostenintensiven Spiegel- oder Reflektor- bzw. Konzentrator-Anordnungen zur Fokussierung der Sonneneinstrahlung auf gewisse Punkte (Brennpunkte) installiert zu werden brauchen. Reguläre Solarzellen, Solarmodule oder Photovoltaikmodule, welche die aus der Sonnenstrahlung gewinnbare Energie gewerblich nutzbar machen lässt, sind in der Regel nicht so kostenintensiv, jedoch dennoch für den Zweck der Erfindung vollkommen ausreichend, und somit vorteilhaft in Bezug auf die Kostenplanung.
Durch die resultierende Strömung infolge des „Kamineffektes” bzw. der Sogwirkung im Inneren der Röhre wird der gelagerte Rotor oder die gelagerten Rotoren in Drehung versetzt und ggfs. bis zur Erreichung einer gewissen Drehzahl beschleunigt. Diese Drehung bewirkt jeweils kontinuierliche Relativverstellung des einen Lagerrings, mit dem der Rotor verbunden oder gekoppelt ist, gegenüber dem anderen Lagerring, welcher mit der Röhre bzw. Turmstruktur oder mit einem Maschinenträger verbunden oder gekoppelt ist.
Die bei der vorliegenden Erfindung jeweils an oberem und unterem Röhrenende herrschenden Strömungsgeschwindigkeiten und Luftdrücke genügen in stark vereinfachter Näherung einschlägigen Berechnungen entsprechend der Bernoullischen Gesetze sowie der Kontinuitätsgleichung.
Das „in Drehung versetzen” eines gelagerten Standard-Rotors oder mehrerer gelagerter Standard-Rotoren erfolgt nach dem physikalischen Prinzip des Quer- oder Auftriebs: Das Flügelprofil eines, vorzugsweise eines jeden, Rotorblattes wird nicht symmetrisch von der in dem in der Röhre strömenden Medium umströmt. Ähnlich dem umströmten Tragflügel von Flugzeugen entsteht dabei ein Quertrieb, welcher in etwa senkrecht zur Rotationsachse des Rotors gerichtet ist. Der Anstellwinkel eines, vorzugsweise eines jeden, Rotorblattes ist vorzugsweise separat verstellbar oder einstellbar, beispielsweise mittels Verstellgestänge oder gar mittels Schwenkgetriebe oder Schwenkantrieb, welcher ferner häufig auch als Schwenktrieb bezeichnet wird, wie zum Beispiel in der DE 202011105711 U1 beschrieben ist.
An jedem den unteren Ende der Röhre erblickenden Teil eines solchen Rotorblattes wird das strömende Medium infolge der asymmetrischen Umströmung zum Teil lokal und zeitlich kurzfristig gestaut, sodass sich dort zeitlich und lokal begrenzt Überdruck in der Strömung ausbildet. Die Form des Rotorblattprofils, das nach unten stärker gewölbt ist als nach oben, macht eben den Strömungslinienverlauf asymmetrisch. Auf der anderen Seite des umströmten Rotorblattprofils, also auf der oberen Seite, entsteht ein Sog, da dort zeitlich und lokal begrenzt je andere Drücke herrschen als am unteren Teil des Rotorblattes.
Die Summe dieser Druckunterschiede aller an einer Nabe befindlichen Rotorblätter sorgen für den strömungstechnischen Sog in Richtung des Soges aus dem „Kamineffekt”, welcher den jeweiligen Standard-Rotor inkl. Nabe und Rotorblätter in Drehung versetzt.
Im vorgesehenen Regelfalle handelt es sich bei dem strömenden Medium um ein Gas oder um Luft, beispielsweise möglichst trockene Luft.
In einer weiteren Ausprägungsform der Erfindung ist hingegen auch ein Fluidmedium, welches beispielsweise im unteren Teil oder im unteren Drittel der Röhre aufbewahrt wird oder beispielsweise durch einen Kanal, Fluss oder Strom dorthin befördert wird, gut geeignet, mittels der oben genannten Heizelemente erwärmt zu werden, sodass dieses verdampft und nach der Verdampfung ein höheres Volumen bei gleichzeitig geringerer Dichte einnimmt.
Als ein derartiges Fluidmedium kann gegebenenfalls auch Wasser verwendet werden, beispielsweise jenes Wasser, in welchem die erfindungsgemäße Anlage in einer der besonderen Ausgestaltungsformen der Erfindung errichtet sein kann:
Flusswasser, Meereswasser, Wasser aus einem Binnensee, etc.
Selbstverständlich ist auch die Verwendung von technischen Gasen als Strömungsmedium im Sinne der Erfindung möglich und denkbar, wobei vorzugsweise lediglich umweltverträgliche Gase verwendet werden sollten, deren Eintritt in die Umgebungsluft als unproblematisch bzw. unbedenklich eingestuft wird.
Werden im Sinne der Erfindung keine Standard-Rotoren verwendet, sondern Savonius-, und/oder Darrieus-, und/oder Flettner- bzw. Magnus-Rotoren, so werden diese infolge des in der Röhre herrschenden Magnus-Effektes in Drehung versetzt. Die Strömungslehre der laminar durchströmten Röhre, wonach im Zentrum einer solchen Röhre die Strömungsgeschwindigkeit höher ist als an deren Röhreninnenwänden, erklärt diesen Effekt.
Im Folgenden wird der Abgriff der mittels der rotierenden Rotoren erzeugten bzw. gewandelten Energie beispielhaft beschrieben:
Mit den jeweiligen Lagerringen vorzugsweise kranzförmig verbunden oder in diese jeweiligen Lagerringe integriert ist beispielsweise mindestens ein Spulenring, beispielsweise aufweisend eine oder mehrere Kupferspulenpakete, gegebenenfalls in Ausprägung eines innen liegenden vierpoligen Wechselstromgenerator-Läufers, welcher um seine eigene Antriebsachse dreht. Dieser mindestens eine Spulenring wird während der Drehung des Rotors, normalerweise gleichsinnig, mitbewegt. Vorzugsweise fallen Antriebsachse des Läufers und Rotationsachse des Rotors zusammen und bilden so eine gemeinsame Achse, welche während der Rotationsbewegung mit gleichem Drehsinn und gleicher Rotationsgeschwindigkeit dreht.
Durch die vorteilhafte Verwendung zwischengeschalteter Getriebestufe(n) kann jedoch ermöglicht werden, dass der Spulenring und der mittels Getriebestufe(n) daran gekoppelter Rotor bzw. Turbine mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit drehen.
Mindestens ein zweiter Ring, welcher beispielsweise während der Drehung des Rotors feststeht da jener mit der Röhren- bzw. Turmkonstruktion oder mit dem Maschinenträger verbunden ist, weist magnetische Eigenschaften oder magnetische Elemente auf, sodass sich ein Magnetfeld ausbildet. Durch die drehende Bewegung des Spulenrings im genannten Magnetfeld, welches entweder durch die magnetischen Elemente erzeugt wird, oder alternativ durch Elektromagnetismus erzeugt werden kann, wird Spannung induziert, welche in geeigneter Form durch Einrichtungen im Inneren der Röhre, beispielsweise angebracht an jedem feststehenden Lagerring oder an dem Maschinenträger, abgegriffen werden kann.
Vorzugsweise eignen sich Schleifringe oder Kommutatoren, welche beispielsweise am Läufer kontaktieren, zum Abgriff der elektrischen Spannung.
In der vorteilhaftesten Ausgestaltungsform der Erfindung wird die aus der Medienströmung gewonnene elektrische Energie direkt in ein vor Ort vorhandenes Energienetz eingespeist, oder aber vorteilhafterweise in elektrische Speicherzellen, welche auch als sogenannte „Akkus” oder Akkumulatoren bzw. elektrische Speicherbatterien- bzw. Speicherzellen bezeichnet werden, eingespeist.
Die Begriffe „Akku”, (elektrisches) „Speicherelement” oder (elektrischen) Speicherzelle” sind im Sinne der Erfindung gleichwertig.
Die aus der Medienströmung gewonnene elektrische Energie kann beispielsweise deshalb in einem Akku oder in mehreren Akkus gespeichert werden, um beispielsweise elektrische Energie zur (bedarfsgerechten) Bestromung der Heizquelle(n) oder Heizelement(e) zu liefern. Alternativ kann die in dem/den Akku/s gespeicherte elektrische Energie dazu verwendet werden, um die Spulen im oben genannten Generator zu bestromen, welche ein elektromagnetisches Feld im Sinne des oben genannten Elektromagnetismus erzeugen sollen.
In der vorgesehenen Ausprägungsform jedenfalls weisen die Speicherzellen, die sogenannten „Akkus” oder Akkumulatoren bzw. elektrischen Speicherbatterien- bzw. Speicherzellen eine elektrische Verbindung mit mindestens einem elektrischen Wandler oder Umrichter auf, vorzugsweise mit dem elektrischen Wandler oder Umrichter, welcher direkt an die Generatorbaugruppe angeschlossen ist.
Grundsätzlich kann der elektrische Wandler in Ausprägung eines Wechselrichters eingesetzt werden.
Anstatt der magnetischen Elemente kann dieser mindestens zweite Ring, welcher auch als Stator bezeichnet wird, mehrere Induktionsspulenpakete aufweisen, etwa in Ausprägung eine vierpoligen Wechselstromgenerator-Komponente. Beispielsweise kann ein solcher Stator die innenliegende Läuferkomponente ringförmig umschließen.
Die Energie zur Erzeugung des vorgenannten Elektromagnetismus wird im Sinne der Erfindung vorzugsweise aus eigens dafür vorgesehenen Akkus oder elektrischen Speicherelementen oder elektrischen Speicherzellen bezogen, oder aber jedoch direkt von jenem Wandler elektrischen Wandler oder Umrichter bereitgestellt, welcher die aus der Sonnenenergie gewonnene elektrische Energie konditioniert.
Die vorgenannten Akkus oder Speicherelemente können vorzugsweise im unteren Teil der Röhre installiert oder untergebracht sein, beispielsweise in eigens dafür geschaffenen, ordnungsgemäß klimatisierten und gesicherten, Reservekammern im Fundament der erfindungsgemäßen Anlage, oder aber in Reservebereichen auf einem der eventuell vorhandenen Maschinenträger.
Der elektromechanische Statorteil der Generatorbaugruppe ist also vorzugsweise direkt oder indirekt elektrisch verbunden mit mindestens einem elektrischen Wandler oder Umrichter, oder aber direkt oder indirekt elektrisch verbunden mit mindestens einem Akku oder Speicherelement.
Diese vorgenannte Ausprägungsform der zur Erfindung zugehörigen elektrischen Generatorbaugruppe entspricht entweder der des direkt in die Lagerung oder Drehverbindung integrierten elektrischen Generators.
Die Begriffe „Generator” und „Generatorbaugruppe” sind im Sinne der Erfindung gleichwertig.
Alternativ entspricht die Ausprägungsform der zur Erfindung zugehörigen elektrischen Generatorbaugruppe eines an die direkt an die gelagerte Welle angeschlossenen oder angeflanschten elektrischen Generators, wobei zwischen der gelagerte Welle und dem elektrischen Generator eine Getriebebaugruppe eingebaut sein kann.
In einer standardgemäßen Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch der wenigstens eine Rotor im Inneren der Röhre mit dem Rotorteil eines elektrischen Generators gekoppelt oder koppelbar, beispielsweise über eine Welle-Nabe-Verbindung.
Grundsätzlich kann dieser elektrische Generator bzw. diese elektrische Generatorbaugruppe als Wechselstromgenerator ausgeführt sein, alternativ als Drehstrom-Synchrongenerator.
Für den eingangs genannten Inselbetrieb der vorliegenden Anlage/Erfindung kann der Generator als selbsterregte Asynchronmaschine ausgeführt sein.
Eine Netzkopplung kann gegebenenfalls über Umrichterkopplung oder über direkte Netzkopplung erfolgen.
Im Sinne der Erfindung kann der Statorteil des vorgenannten elektrischen Generators beispielsweise mit dem Fundament oder mit dem Maschinenträger der Anlage oder direkt an der Innenseite der Röhren- oder Turmwandung der vorliegenden Erfindung koppelbar ausgeführt sein, während sich der Rotorteil bzw. Läufer des elektrischen Generators durch die Energie der in Drehung versetzten Rotoren dreht. Die Koppelstelle zwischen jenem Rotorteil des Generators und dem Rotorteil der strömungstechnischen Rotor- bzw. Turbinenanordnung kann jeweils mittels schraub-, oder niet-, oder gar mittels (materialschlüssiger) schweiß-, oder Lötverbindung realisiert werden. Jedenfalls kann diese Koppelstelle mit gängigen Maschinenelementen realisiert werden.
Wird die Erfindung als mobile Variante betrachtet, so kann die Koppelstelle zwischen jenem Rotorteil des Generators und dem Rotorteil der strömungstechnischen Rotor- bzw. Turbinenanordnung auch über formschlüssige Verbindungstechnik, welche wiederlösbar ist, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von kraftschlüssig sichernden Maschinenelementen, realisiert werden, sodass ein zügiger oder schneller Auf-/und-wieder-Abbau der Anlage grundsätzlich möglich ist.
Der Rotor oder die Rotoren im Inneren der Röhre, der/die infolge der Medienströmung im Inneren der Röhre in drehende Bewegung versetzt werden, können entweder direkt oder indirekt, d. h. über ein Getriebe, mit dem Rotorteil bzw. Läufer des elektrischen Generators gekoppelt sein.
Die Röhre oder der Hohlkörper, bzw. der Turm oder Kamin an sich kann dabei grundsätzlich kreisförmigen Querschnitt aufweisen oder gar ovalen Querschnitt aufweisen, oder sogar vieleckigen Querschnitt haben.
Um den extern (Wind/Wetter/Sturm/Temperaturspannungen) herrschenden Einflüssen und Kräften standzuhalten, als auch um den intern (Sogwirkung, Kamineffekt, hohe Temperaturen) herrschenden Einflüssen und Kräften standzuhalten, ist vorzugsweise die Röhre bzw. der Turm oder Kamin aus massiven und/oder festen, beispielsweise mineralischen Werkstoffen, gefertigt.
Während kleiner dimensionierte und landgestützte Ausprägungsformen der Röhre bzw. des Turms oder Kamins vorzugsweise aus Mauerwerk und/oder verfestigtem Ton oder Zement, gegebenenfalls mit verstärkenden Zugelementen, bestehen können, sind größer dimensionierte Ausprägungsformen der Röhre bzw. der Turm oder Kamin vorzugsweise aus Stahl oder Beton bzw. auch Stahlbeton hergestellt.
Alternativ sind jedenfalls auch Röhren- bzw. Turmkonstruktion organischen Stoffe, wie etwa Holzständerkonstruktionen (ggfs. mehrlagig verkleidet) oder witterungsbeständigen Kunststoffständerkonstruktionen, welche von anderen Materialien ummantelt sind, denkbar und im Sinne der Erfindung. Die Röhre bzw. der Turm oder Kamin mag sogar aus mehreren Verbundwerkstoffen bestehen, gegebenenfalls sogar aus organischem Verbundkunststoffen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform besteht die Röhre bzw. der Turm oder Kamin jedoch aus ähnlichen Grundwerkstoffen wie heutige Türme von Kraftwerken fossiler Energieträger (z. B.: Kohlekraftwerke), oder aber aus witterungsbeständigen Metallwerkstoffen oder Metallblechen, aufgebracht auf ein Holzfachwerk oder Holz(ständer)gerüst bzw. Metallfachwerk oder Stahlgerüst. Auch Vollstahl- oder Vollmetallkonstruktionen der Röhre bzw. des Kamins sind denkbar und möglich.
Sofern vorzugsweise witterungsbeständige, etwa nicht rostende oder rostfreie Metalle, verwendet werden sollen, werden im Sinne der Erfindung Teile aus V2A- oder V4A-Werkstoffen für die genannte Ständerkonstruktion bzw. das Ständergerüst oder die Fachwerkkonstruktion bevorzugt eingesetzt.
Auch Modulbauweise der Röhre bzw. des Kamins oder des Turmes, ähnlich der Konstruktionsvorschrift moderner Windkraftanlagen, ist denkbar und im Sinne der Erfindung.
Die Röhre kann im freien Gelände auf einem Fundament stehen, gegebenenfalls auch auf einem Fundament im Wasser stehen, und möglichst senkrecht bzw. lotrecht in den Himmel ragen. Weitere Varianten der Erfindung sind als Teile (auf) einer Anlage montiert, deren Röhrenöffnung möglichst senkrecht zur Bodenbaugruppe steht. Letztlich sind mobile Varianten der Erfindung beispielsweise auf land- oder Seefahrzeugen montiert, wobei derartige mobile Varianten weitestgehend mehrfach auf-/und-wieder-abgebaut werden können.
In einer besonderen Ausgestaltungsform der Erfindung besteht das Grundgerüst der Röhre bzw. des Kamins aus einer fachwerkartigen oder modulbautechnischen Holz- oder Stahl- oder Nichteisenmetallkonstruktion, vorzugsweise aus einer turmartigen Fachwerkkonstruktion aus miteinander verschraubten nichtrostenden Metallelementen, dessen überwiegend geschlossener Röhrenmantel oder dessen vorwiegend flächig aufgespannte Turmhaut aus ringförmig angeordneten Solar-, oder Photovoltaikzellen- oder Solar-, bzw. Photovoltaikmodulen besteht.
Im Idealfall beträgt die Neigung der Mittenachse der Röhre gegenüber dem Boden oder dem darunter liegenden Fundament 90°, ist also senkrecht bzw. lotrecht darauf errichtet. In speziellen Anwendungsfällen kann die Neigung jedoch bis zu +/–45° von dieser Senkrechten abweichen, vorzugsweise jedoch nur bis zu +/–15, 20 oder 30°. Eine vorhandene Neigung gegenüber der Horizontalen, beispielsweise gegenüber dem Gelände, dem Fundament, einer Wasseroberfläche, oder dem Boden, ist jedenfalls solange im Sinne der Erfindung technisch akzeptabel, wie eine in Vorzugsrichtung gerichtete Strömung im Inneren der Röhre bzw. im Inneren des Hohlkörpers bzw. des Kamins von „unten” nach „oben” noch möglich ist.
Um den eingangs beschriebenen Nachteil aufzuheben, dass weitere Energieressourcen benötigt werden, welche den Betrieb des Energieröhrenkraftwerks als Energiewandler oder Energiequelle aufrecht erhalten, wird die Erfindung verstärkt durch energiewandelnde Elemente, die an der Außenseite der Röhre oder des Kamins bzw. von Außen auf den Turm oder Hohlkörper ein- oder aufgebracht sind oder an- oder eingebracht werden können. Es wurde eingangs beschrieben, dass diese energiewandelnden Elemente Solarzellen, Solarmodule oder Photovoltaikmodule sein können.
Die Ausbeute dieser energiewandelnden Elementen können im Sinne der Erfindung dazu hergenommen werden, die Sogwirkung im Inneren der Röhre oder des Kamins zu verstärken, etwa durch Weiterleitung des aus der Sonnenenergie gewandelten Stromes an die oben beschriebenen Heizelemente.
Im vorteilhaftesten Falle sind diese energiewandelnden Elementen Solar- oder Photovoltaikzellen (kurz PV-Zellen), bzw. Solar- oder Photovoltaikmodule, welche von Außen an den Außenumfang der Röhre oder des Turms bzw. des an- oder aufgebracht werden und vorzugsweise dabei die Röhre/den Kamin/den Turm in etwa ringförmig oder kreisförmig ummanteln.
Grundsätzlich können diese Zellen oder Module so an- oder aufgebracht werden, dass eine zügige oder schnelle Entfernung oder Demontage dieser Zellen oder Module möglich ist.
Im Folgenden werden die Mittel, welche die aus der Sonnenstrahlung gewinnbare Energie im Sinne der Erfindung nutzbar machen lassen, beispielhaft beschrieben:
Die Strahlung der Sonne trifft durchschnittlich mit einer Intensität von etwa 1340 W/m² auf die Atmosphäre der Erde. Wird davon ausgegangen, dass nach aktuellem Stand der Technik, welcher mono- oder polykristalline (PV-)Zellen oder Module vorsieht, und nach geographischer Lage sowie Ausrichtung dieser Zellen oder Module in Azimut mit Blickrichtung zur Sonne zwischen etwa 0,05 kWp und 0,15 kWp installierter Leistung pro Quadratmeter Modulfläche aus der Sonnenstrahlung gewinnbar sind, so ist bei der oben beispielhaft beschriebenen 100 Meter langen erfindungsgemäßen Röhre mit einer Mantelfläche von etwa 6.280 Quadratmetern eine gewinnbare elektrische Energie von etwa zwischen 300 Tausend kWh bis zu 700 Tausend kWh in gemäßigten klimatischen Verhältnissen (Beispiel: Lage der Stadt München), pro Jahr möglich.
Dies entspricht einer gewinnbaren elektrischen Energie von durchschnittlich zwischen etwa 800 kWh bis zu etwa 1.900 kWh pro Tag, wobei die mittlere Anzahl der Sonnenscheinstunden berücksichtigt ist.
Diese elektrische Energie kann entweder zur Bestromung der Heizquelle(n) im Inneren der Röhre verwendet werden, welche wiederum die Strömung infolge des Kamineffektes unterstützt oder verstärkt.
Diese elektrische Energie kann aber auch zur Erzeugung des weiter oben im Zusammenhang mit der Generatorbaugruppe genannten Elektromagnetismus verwendet werden, welcher dort notwendig sein kann, um die Bewegungsenergie eines sich jeweils drehenden Rotors mittels Leiterbewegung im Magnetfeld in elektrische Energie umzuwandeln.
Dem obigen Beispiel weiter folgend wird durchschnittlich eine elektrische Energie von zwischen etwa 30 kWh und 80 kWh pro Stunde gewonnen.
Die erfindungsgemäße Anlage ist prinzipiell darauf ausgelegt, 24 Stunden pro Tag und an 365 Tagen im Jahre, vorzugsweise für mindestens 15 bis 20 Jahre, idealerweise für weitaus mehr als 20 Jahre, beispielsweise 30 bis 50 Jahre, in Betrieb sein zu können.
Alleine aus der Energie, welche sich aus der Sonneneinstrahlung in gemäßigten klimatischen Verhältnissen (Beispiel: Lage der Stadt München) erzeugen oder umwandeln lässt, ließen sich in 20/30/50 Jahren 6–14 Mio. kWh/9–21 Mio. kWh/15–35 Mio. kWh an elektrischer Energie gewinnen – streng beachtend, dass die aus der Sonneneinstrahlung erzeugbare oder umwandelbare Energie nur einen (geringen) Anteil jener Hilfsenergie darstellt, den das erfindungsgemäße Energieröhrenkraftwerk insgesamt erzeugen bzw. umwandeln kann, wobei der maßgebliche Anteil infolge der nutzbar gemachten Strömungsenergie der Rotorendrehung(en) erzeugt bzw. umgewandelt wird.
In einer möglichen Ausgestaltungsform der Erfindung wird die aus der Sonnenstrahlung gewonnene oder gewinnbare elektrische Energie direkt in das vor Ort vorhandene Energienetz eingespeist, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Wandlers oder Netzkopplers, oder sogar – sofern kein Energienetz vor Ort vorhanden ist – in elektrische Speicherzellen, die sogenannten „Akkus” oder Akkumulatoren bzw. elektrischen Speicherbatterien- bzw. Speicherzellen eingespeist. Letzteres kann geschehen, um die während den Sonnenscheinstunden aus der Sonnenstrahlung gewonnene Energie speichern zu können, beispielsweise für die Bestromung der Heizquelle(n) oder der Heizelemente während sonnenscheinlosen Zeiträumen, etwa während der Nacht oder bei Schlechtwetterlage.
In der vorgesehenen Ausprägungsform weisen die Speicherzellen, diese „Akkus” oder Akkumulatoren bzw. elektrischen Speicherbatterien- bzw. Speicherzellen eine elektrische Verbindung mit mindestens einem der in der Erfindung installierten elektrischen Wandler oder Umrichter auf, vorzugsweise mit dem elektrischen Wandler oder Umrichter, welcher direkt mit den Solar- oder Photovoltaikmodulen der Erfindung elektrisch verbunden ist.
Diese elektrischen Wandler oder Umrichter können beispielsweise in oben genannten Reservekammern oder Reservebereichen angebracht sein, vorzugsweise für das Wartungs- und Servicepersonal gut zugänglich, aber dennoch gegen äußere Einflüsse und gegen etwaigen Wandalismus gut gesichert.
Demzufolge können einige dieser Reservekammern oder Reservebereiche verschließbar und gegen äußere Umwelteinflüsse, auch gegen Wasser und Feuchtigkeit, gegebenenfalls sogar hermetisch abriegelbar, ausgestaltet sein. In besonderes gut gegen äußere Umwelteinflüsse geschützten Reservekammern oder Reservebereichen können im Sinne der Erfindung sensible Sensoren und Gerätschaften, auch Großrechneranlagen, Kraftwerkssteuereinrichtungen, etc. untergebracht sein.
Andere Reservekammern oder Reservebereiche können als begehbare Bereiche ausgestaltet sein. In einer groß dimensionierten Ausgestaltungsform der Erfindung sind beispielsweise einige Reservekammern oder Reservebereiche als bewohnbare Quartiere, oder sogar als Notquartiere, für Mannschaft, Rang und Personal ausgestaltet.
In einer Spezialausführung der Erfindung können einige dieser Reservekammern oder Reservebereiche sogar als klinisch reine Räume ausgeführt sein, beispielsweise genügend den Reinraumklassen nach der aktuellen Norm ISO-14644 bzw. nach dem ehemaligen Standard US FED STD 209E, vorzugsweise aufweisend mindestens Reinraumklasse 9, idealerweise jedoch aufweisend mindestens Reinraumklasse 7 oder 8.
In der vorgesehenen Ausprägungsform sind mehrere elektrische Wandler oder Umrichter miteinander elektrisch verbunden, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einzelner oder mehrerer Akkus oder elektrischer Speicherzellen.
In der vorgesehenen Ausprägungsform ist auch mindestens eine, der Heizvorrichtungen mit einem oder mit mehreren elektrischen Wandler oder Umrichtern elektrisch verbunden. Gegebenenfalls erfolgt die elektrische Anbindung dieser Heizvorrichtung(en) direkt an einzelne oder mehrerer Akkus oder elektrische Speicherzellen, so, dass die Bestromung der Heizvorrichtung(en) nicht umrichtergesteuert erfolgt, sondern durch diejenige Gerätschaft erfolgt, welche die Gesamtfunktion des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks überwacht und regelt.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung können die oben genannten Akkus oder Speicherzellen und die elektrischen Wandler oder Umrichter in ein- und demselben Gehäuse untergebracht sein. Dies bringt den Vorteil, dass Leitungskapazitäten eingespart werden. Die Speicherung der gewonnenen elektrischen Energien, sei es aus der Medienströmung oder sei es aus der Sonnenenergie, erfolgt dann in einer Gerätschaft, welche die Aufgaben der elektrischen Energiewandlung als auch die Aufgabe der elektrischen Energiespeicherung gleichermaßen übernimmt.
Es hat sich als für die Erfindung sehr vorteilhaft herausgestellt, wenn ein möglichst separater angebrachter Wandler dort aufgestellt oder errichtet wird, wo die mittels der vorliegenden Erfindung gewonnene elektrische Energie an ein bestehendes Energienetz angekoppelt wird.
Bezogen auf die Erzeugung bzw. Wandlung der aus der Medienströmung im Inneren der Röhre gewinnbaren Energie ist für die Erfindung maßgeblich, dass beispielsweise die innerhalb der Röhre befindliche(n) Rotoren- oder Turbinenanordnung(en) zumindest ähnlich hohe Wirkungsgrade erzielen wie die Standard-Rotoren moderner Windkraftanlagen: Fachleute sprechen bei modernen Windkraftanlagen von einer möglichen Flächenleistung von etwa 4,5 m²/kW.
Diese Größenordnung bedeutet beispielsweise für die vorliegende Erfindung Folgendes: Ein Standard-Rotor mit Rotordurchmesser von 30 Metern (d. h. d = 30 m; r = 15 m), welcher im Inneren einer etwas mehr als 30 Meter im Durchmesser messenden Röhre eingesetzt wird und dabei eine durchströmte Rotorfläche von A = r²·π = ca. 700 m² überstreicht, vermag, sofern der Rotor dabei unterbrechungsfrei betrieben wird, etwa eine Leistung von etwa 150 kW umzusetzen. In 24/168/8.760 Stunden macht ein solch kontinuierlich betriebener Standard-Rotor elektrische Energien in den Größenordnungen von überschlägig geschätzten 3.700 kWh/26.000 kWh/1.360.000 kWh gewerblich nutzbar.
Die aus der Medienströmung gewinnbare elektrische Energie in einem Tag entspricht beispielsweise etwa dem zwei bis vierfachen, vorzugsweise sogar dem drei- bis sechsfachen der aus der Sonneneinstrahlung pro Tag gewinnbaren elektrischen Energie und ist sehr stark abhängig von den an jenem Tag tatsächlich vorherrschenden klimatischen Umgebungsbedingungen.
Ein einzelner, ganzjährig ununterbrochen laufender, Standard-Rotor der beschriebenen Größenordnung sollte demnach in der Lage sein, pro Jahr über eine Millionen Watt aus der Medienströmung im Inneren der Röhre in elektrische Energie zu wandeln.
Wird im Sinne der Erfindung nicht nur ein Standard-Rotor im Inneren der Röhre verwendet, sondern sogar mehrere (unterschiedliche) Standard-Rotoren, gegebenenfalls in Kombination mit – oder alternativ auch unter Verwendung von – andersartigen Rotor-Bauformen wie Savonius-,/Darrieus-,/Flettner- oder Magnus-Rotoren, so lässt sich aus der Medienströmung im Inneren der Röhre noch weitaus mehr Energie wandeln bzw. für die gewerbliche Nutzung gewinnen:
Werden beispielsweise in einer Röhre zwei, drei, vier, ..., „n” Standard-Rotoren „in Reihe” der Medienströmungsrichtung eingesetzt, so lässt sich die für die gewerbliche Nutzung gewinnbare elektrische Energie gegebenenfalls verdoppelt, verdreifachen, vervierfachen, ..., ver-„n”-fachen.
Zusammenfassend beschrieben ist die erfindungsgemäße Anlage in der Lage, bei einer Vervielfachung der im Inneren dieser Anlage „arbeitenden” Rotor(anordnung)en bzw. Turbinen(anordnung)en ein Vielfaches an elektrischer Energie aus der Medienströmung gewerblich nutzbar zu machen. Die erfindungsgemäße Anlage weist demnach ein Verfahren auf, welches eine zur Anzahl der eingesetzten Rotor(anordnung)en bzw. Turbinen(anordnung)en proportionale elektrische Energiegewinnung ermöglicht.
Im idealsten Falle besteht diese Proportionalität in linearer oder direkter Weise. Im anwendungsbezogenen Fall ist die Proportionalität zwischen Anzahl der eingesetzten Rotor(anordnung)en bzw. Turbinen(anordnung)en im Inneren der Röhre und der aus der Medienströmung möglichen elektrischen Energiegewinnung nicht linear, also indirekt.
Diese soeben umreißend beschriebene elektrische Energiegewinnung aus der Medienströmung ist dabei nur ein Teil der insgesamt mittels der vorliegenden Erfindung gewinnbaren elektrischen Energie.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können Solar- oder Photovoltaikzellen- bzw. Solar- oder Photovoltaikmodule im Sinne der Solarwärmetechnik vorwiegend zur Erwärmung eines Trägermediums verwendet werden, beispielsweise im Sinne des eingangs beschriebenen Wärme-Kraft-Prozesses:
Dabei wird die im Sinne von Solarwärmetechnik aufgenommene Wärmeenergie aus der Sonneneinstrahlung mittels speziellen Solar- oder Photovoltaikzellen- bzw. Solar- oder Photovoltaikmodulen aufgenommen bzw. absorbiert – und teilweise in mechanische Nutzarbeit, etwa zum Betrieb Antrieben oder Hilfsantrieben, oder sogar zum Betrieb von Pumpen oder gar von Wärmepumpen umgewandelt.
Diese Antriebe oder Hilfsantriebe können beispielsweise oben beschriebene Stellvorrichtungen oder Aktoren sein, beispielsweise zur Verstellung oder zur Verdrehung von Rotor(anordnung)en oder Turbinen(anordnung)en.
Beispielweise können diese Antriebe oder Hilfsantriebe auch oben beschriebene Geräte sein, um ein jeweiliges Stillstands-Haltemoment zu überwinden, damit einer oder mehrere Rotoren aus dem Stillstand anlaufen können.
Bei der Verwendung von Solar- oder Photovoltaikzellen im Sinne der Solarwärmetechnik zum Betrieb von Wärmepumpen wird vorzugsweise Energie aus der absorbierten Sonneneinstrahlung als „Restwärme” oder „Abwärme” ins Innere des Turmes oder der Röhre abgeführt, um damit eine oder mehrere Einrichtungen im Inneren des Energieröhrenkraftwerks zu beheizen. Diese Einrichtungen sind dabei vorteilhafterweise die oben genannten Heizelemente oder Heizquellen. – welche in dieser weiteren Ausgestaltung der Erfindung eben nicht bestromt werden, sondern über Medienbeheizung infolge Solarwärmetechnik betrieben werden.
Aber auch andere Heizungsgeräte im Inneren der Anlage können durch die absorbierte Energie der Sonneneinstrahlung im Sinne der Solarwärmetechnik betrieben werden. Beispielsweise Raumheizungen oder Klimaanlagen, welche vorzugsweise die Reservekammern oder Reservebereiche beheizen oder klimatisieren.
In einer sehr zukunftsweisenden Ausgestaltung der Erfindung wird die Verwendung von nichtmassiven Solar- oder Photovoltaikmodulen bzw. Solar- oder Photovoltaikzellen, wie etwa die Verwendung von Solar(modul)folien Elementen beschrieben. Derartige Solar(modul)folien werden vorteilhafterweise an die strukturelle Ständerkonstruktion oder an das den Turmes oder die Röhre definierende Fachwerk aus miteinander verschraubten Metallelementen an- oder aufgebracht.
Vorzugsweise wird mit diesen Solar(modul)folien Elementen die Mantelfläche der Röhre bzw. des Turms großflächig umspannt oder überspannt, beispielsweise so, dass wenigstens die Hälfte der gesamten Mantelfläche M_r bzw. M_k der Turmhaut der Röhre oder des Turms mit Solar(modul)folien Elementen umspannt oder überspannt ist, vorzugsweise jedoch mindestens zwei Drittel gesamten Mantelfläche M_r bzw. M_k.
Im Idealfalle ist die mittels Solar(modul)folien Elementen, oder gar mit Solarmodulen oder Solarzellen oder Photovoltaikelementen überspannte Fläche der Röhre oder des Turms nahezu ähnlich groß wie der Betrag der Mantelfläche M_r bzw. M_k.
In einer besonderen Ausprägung der Erfindung sind eine oder mehrere der unteren und/oder oberen Öffnungen automatisiert zu öffnen oder automatisiert zu schließen, so dass die Anzahl und Fläche der jeweils vorhandenen Öffnungen vergrößert oder verkleinert werden kann.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, um die Stärke oder Intensität Medienströmung im Inneren der Röhre bzw. des Turms bedarfsgerecht einstellen und/oder regeln zu können.
Die Erfindung wird vorteilhafterweise ergänzt mit einschlägiger Sensorik, welche die Strömungs- und klimatischen Umgebungsverhältnisse sowohl im Inneren des Turms bzw. der Röhre, als auch an dessen unteren Ende und/oder an dessen oberem Ende erfassen und auswerten, oder zumindest zur Auswertung weiterleiten, kann.
Diese Sensorik kann als einer oder mehrere Windmesser oder Anemometer ausgeführt sein. Im Idealfall sind so viele derartige Sensoriken in und an der erfindungsgemäßen Röhre installiert, dass die Strömungs- und Temperaturverhältnisse an nahezu jedem Punkt im Inneren der Röhre, als auch an den unteren und oberen Öffnungen der Röhre, sensiert und berechnet, oder sogar rechnergestützt simuliert und ggfs. extrapoliert werden können.
In einer beispielhaften Ausführungsform sind insgesamt zumindest zwei, vorzugsweise drei bis zehn, Wind- und/oder Strömungs- und Klimasensoren im Inneren der Röhre sowie an den Öffnungen angebracht. Es ist empfehlenswert, pro Öffnung zumindest einen Sensor anzubringen. Die in und an der Röhre Strömungsgeschwindigkeiten können gegebenenfalls auch mit rein mechanischen oder elektromechanischen Sensoren erfasst werden, beispielsweise mittels Prandtl’schen Staurohren und/oder Hitzdrahtanemometern bzw. Heißdrahtströmungsmesser und/oder Venturidüsen, welche in geeignete Weise in der jeweiligen Medienströmung positioniert werden, um Selbige zu erfassen und zu sensieren.
Letztlich wird die vorliegende Vorrichtungserfindung des Energieröhrenkraftwerks Vorteilhafterweise noch ergänzt durch ein vorhandenes Kraftwerkssteuerungs- und Regelungssystem, insbesondere welches, gegebenenfalls hermetisch abgeriegelt, beispielsweise zumindest jedoch wandalensicher, in einer oder mehreren Reservekammern oder Reservebereichen untergebracht ist, und welche die Steuerung und/oder Regelung jener Aktoren oder Stellvorrichtungen unterstützt oder übernimmt, welche die Medienströmung beeinflussen.
Ferner unterstützt oder übernimmt dieses Kraftwerkssteuerungs- und Regelungssystem die Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Module und Komponenten, welche die elektrische Energiegewinnung der Anlage beeinflussen.
Idealerweise unterstützt oder übernimmt dieses Kraftwerkssteuerungs- und Regelungssystem die Steuerung und/oder Regelung der zur Erfindung zugehörigen elektrischen Wandler oder Umrichter, sowie der elektrischen Speicherzellen, sowie der elektromechanischen Komponenten, sowie ferner der elektrisch ansteuerbaren Antriebe und Hilfsantriebe sowie zusätzlich der elektrisch betreibbaren Pumpen und Wärmepumpen.
Auch die Steuerung und/oder Regelung des Generators oder der Generatorbaugruppe wird in einer besonders vorteilhaften Ausprägung der Erfindung durch dieses Kraftwerkssteuerungs- und Regelungssystem unterstützt oder übernommen.
Im idealsten Falle der vorliegenden Erfindung übernimmt das vorgenannte Kraftwerkssteuerungs- und Regelungssystem die Steuerung und/oder Regelung der erfindungsgemäßen Anlage vollständig, sodass ein autarker und personenunabhängiger Betrieb des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerkes unter Gewinnung von elektrischer Energie zur gewerblichen (oder auch privaten) Nutzbarmachung, gegeben ist.
Aller in vorgenannter und nachfolgender Beschreibung aufgelisteter Merkmale und technischer Charakteristika beschreibt die Gesamtheit der vorliegenden Erfindung. Umgangssprachlich wird diese gegebenenfalls nach seinem Erfinder als „Dietz’sches Energieröhrenkraftwerk” oder als „Dietz’sche Röhre” bezeichnet. Weitere Merkmale, Eigenschaften, Vorteile und Wirkungen auf der Grundlage der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Beschreibungen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, sowie weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung, sowie anhand der Zeichnungen.
Die englische Bezeichnung der vorliegenden Erfindung lautet „Energy Tube Plant” oder „Energy Tube” (kurz: „e-tube”):
Es folgt eine stichpunktartige und beispielhafte Zusammenfassung der technischen Charakteristika der vorliegenden Erfindung:

1. Kraftwerk (1) oder Energiewandler (1) in näherungsweiser Ausprägung einer, vorzugsweise zylindrischen, alternativ einer pyramiden(stumpf)-ähnlichen oder kegel(stumpf)-ähnlichen, Röhre (2) oder eines Kamins (2) bzw. eines Hohlkörpers (2'') oder eines Turms (2'').
2. Dabei ist das Kraftwerk oder der Energiewandler (1) vorzugsweise senkrecht bezüglich des darunter befindlichen Fundaments (3) oder Grunds (3), einer Plattform (3, 3'') oder der Wasseroberfläche unterhalb eines Anlagenteiles (3'') errichtet, alternativ unter Neigung von bis zu +/–45° gegenüber der senkrechten Mittenachse (6).
3. Das Kraftwerk (1) oder Energiewandler (1) weist mehrere Öffnungen (7; 8) zum Umgebungsmedium (A), d. h. vorzugsweise zur Außenluft (A), auf, zweckmäßigerweise in Ausprägung von:
4. Mindestens einer Öffnung (7) im unteren Drittel (U) seiner Röhre bzw. des Turms (2; 2''), beispielsweise in mindestens einer seiner Mantel- oder Außenseiten (5), und ferner:
5. Mindestens einer Öffnung (8) im oberen Drittel (O) seiner Röhre bzw. des Turms (2; 2''), beispielsweise in mindestens einer seiner Mantel- oder Außenseiten (5), wobei eine oder mehrere Öffnung(en) (7; 8) alternativ in einer (oder in mehreren) Ebenen orthogonal zur Mittenachse (6) liegen kann/können. Dann liegt/liegen diese Öffnung(en) (7; 8) in der horizontalen Ebene.
6. Wobei innerhalb der Röhre (2) oder des Turms (2; 2'') oder des Kraftwerks (1) angebrachte Lager- oder Drehverbindungsvorrichtung(en) (10) angebracht sind zur jeweiligen Lagerung eines damit gekoppelten oder damit koppelbaren Rotors (4) oder einer Nabe (19) oder einer Rotor-/ bzw. Turbinenschaufel (14).
7. Wobei sich die gelagerte Anordnung (4; 19; 14) mittels Medienströmung (S) innerhalb des Kraftwerks (1) oder der Röhre oder des Turms (2; 2''), vorzugsweise mittels Gas- oder Luftströmung, in vorzugsweise rotatorische Bewegung (M) versetzen lässt.
8. Diese Lager- oder Drehverbindungsvorrichtung(en) (10) sind vorzugsweise im oberen Drittel (O), alternativ im unteren Drittel (U), gegebenenfalls im zwischen oberen Drittel (O) und unterem Drittel (U) liegenden Abschnitt der Röhre oder des Turms (2; 2'') angeordnet.
9. Diese Lager- oder Drehverbindungsvorrichtung(en) (10) sind in einer alternativen Ausprägungsform mittig innerhalb der Röhre (2) unterhalb der Oberkante des Fundamentes (3) angeordnet.
10. Das Kraftwerk oder der Energiewandler (1) weist eines oder mehrere Mittel (20; 25; 30) zur Wandlung der aus Sonnenstrahlung gewinnbaren Energie in elektrische Energie aufweist auf.
11. Diese Mittel können beispielsweise in Form von Solarmodulen (20) oder Photovoltaikmodulen (30), alternativ in Form von Solarmodulfolien (25) ausgeführt sein.
12. Diese Mittel (20; 25; 30) sind vorteilhafterweise auf- oder anbringbar auf mindestens einer Mantelfläche (M_r; M_k) der Röhre (2) bzw. des Kamins (2; 2'') bzw. des Hohlkörpers (2'') oder Turms (2'') bzw. des Kraftwerks (1).
13. Vorzugsweise überspannen diese angebrachten Mittel (20; 25; 30) die Außenseite bzw. die Turmhaut (5) der Röhre (2) bzw. des Kamins (2) bzw. des Hohlkörpers (2'') oder Turms bzw. des Kraftwerks (1), zumindest teilweise, beispielsweise zumindest zur Hälfte.
14. Dabei sind vorteilhafterweise eines oder mehrere dieser Mittel (20; 25; 30) hinsichtlich des Sonnenstrahl-Einwallwinkels verstellbar insbesondere mittels einer oder mehrerer Verstellvorrichtungen.
15. Diese eine oder mehreren Verstellvorrichtungen sind gegebenenfalls untereinander gekoppelt oder verbunden, beispielsweise so, dass Solarmodule (20) oder Photovoltaikmodule (30) stets in Richtung des jeweils aktuellen Sonnenstandes ausgerichtet ist, vorzugsweise um höchstmögliche Energieausbeute aus der Sonnenstrahlung zu gewinnen. Diese eine oder mehreren Verstellvorrichtungen können dabei einen Schwenktrieb oder Schwenkantrieb beinhalten.
16. Mindestens einer der drehbeweglich um je eine Rotationsachse gelagerten Standard-Rotor(anordnung)en (4) und/oder Standard-Turbinen(anordnung)en (4) im Inneren des Kraftwerks (1) oder der Röhre bzw. des Turms (2; 2'') ist entlang der räumlichen Z-Achse orientiert.
17. Diese räumlichen Z-Achse steht orthogonal zum Fundament (3) oder zum Grund (3) oder zu einer Plattform (3; 3''), ggfs. eines (mobilen) Anlagenteiles (3''), oder orthogonal zur horizontalen Wasseroberfläche, über welcher das Kraftwerk (1) errichtet ist.
18. Vorzugsweise dreht sich mindestens eine Rotor- (4) und/oder Turbinenanordnung (4) sowie die jeweils zugehörige Nabe (19) bei herrschender Medienströmung (S), um ihre jeweilige Rotationsachse.
19. Mindestens eine Rotationsachse eines Rotors (4) und/oder der Nabe (19) oder der Turbinenanordnung (4) ist in der räumlichen Z-Achse drehbar oder schwenkbar.
20. Beispielsweise erfolgt diese Drehung oder Schwenkung mittels eines oder mehrerer Aktoren oder Stellvorrichtungen, gegebenenfalls mittels eines (bzw. mehrerer) Schwenktriebs(/e).
21. Vorzugsweise verstellt oder verdreht ein Aktor, Schwenktrieb oder eine Stellvorrichtungen je einen Rotor (4) und/oder die Nabe (19) um die X-Richtung.
22. Gegebenenfalls zusätzlich verstellt oder verdreht ein Aktor, Schwenktrieb oder eine Stellvorrichtungen je einen Rotor (4) und/oder die Nabe (19) um die zur X-Richtung orthogonale Y-Richtung, idealerweise wird dabei die Verstellung um die X-Achse bzw. die Verstellung um die Y-Achse von je einem Aktor oder Schwenktrieb vorgenommen.
23. In dem Kraftwerk oder Energiewandler (1) sind beispielsweise Rotationsachse des mindestens eines Rotors (4) und/oder dessen zugehörige Nabe (19) mit der senkrechten Mittenachse (6) parallel gerichtet.
24. In dem Kraftwerk oder Energiewandler (1) ist/sind vorteilhafterweise mehrere Lagerung(en) (10) in reibungsarmer Weise ausgeführt.
25. Alternativ ist/sind jene reibungsarm ausgeführten Lagerung(en) (10) als Magnetlagerung(en) bzw. in Magnetlagertechnik ausgeführt.
26. Mindestens eine drehbewegliche Lagerbaugruppe (10) ist in der bevorzugten Ausführung des Kraftwerks oder Energiewandlers (1) als Wälzlager (10) oder als Großwälzlager (10) oder gar als Momentenlager (10), insbesonders als Drehverbindung (10) ausgeführt.
27. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Energiewandlung im Kraftwerk (1) oder Energiewandler (1) bezeichnet, dass aus der Bewegung (M) mindestens eines Rotors (4), welche initiiert ist durch Medienströmung (S) im Inneren des im Kraftwerks (1) oder Energiewandlers (1) elektrische Energie gewinnbar ist, und ferner:
28. Zusätzliche elektrische Energie aus der Sonnenstrahlung elektrische Energie gewinnbar ist.
29. Wobei die elektrische Energie aus der Sonnenstrahlung gewinnbar ist durch Zuhilfenahme mindestens eines elektrischen Wandlers, Umrichters oder Wechselrichters (9), welcher mit Solarmodulen oder Photovoltaikmodulen (20; 30) und/oder mit Solarmodulfolien Elementen (25) elektrisch gekoppelt ist oder koppelbar ist.
30. Wobei ferner die elektrische Energie aus der Medienströmung (S) gewinnbar ist unter Zuhilfenahme mindestens eines Generators (16) und/oder Komponenten (K; 15; 21) zur Nutzbarmachung des physikalischen Generatorprinzips.
31. Das Kraftwerk oder Energiewandler (1) sieht gegebenenfalls wenigstens einen weiteren Wandler oder Netzkoppler (W) vor, welcher vorteilhafterweise die Anbindung an ein (bereits vor Ort) bestehendes Energieversorgungsnetz ermöglicht.
32. Das Kraftwerk oder Energiewandler (1) sieht eine oder mehrerer Heizungen (H) oder eines oder mehrerer Heizelemente (H) vor.
33. Wobei das erfindungsgemäße Verfahren zur im Kraftwerk (1) oder Energiewandler (1) die Bestromung dieser einer oder mehreren Heizungen (H) realisiert, sodass ein vorhandener Kamineffekt bzw. eine Sogwirkung aus dem Kamineffekt im Inneren des Kraftwerks (1) oder Energiewandlers (1) idealerweise verstärkt wird.
34. Die Verstärkung des Kamineffekt bzw. der Sogwirkung bewirkt eine intensivierte Medienströmung (S), beispielsweise eine stärkere Luft- oder Gasströmung innerhalb der Röhre (2) oder Turms (2'') bzw. innerhalb des Kraftwerks (1) oder Energiewandlers (1).
35. Die Verstärkung oder Zunahme der Medienströmung (S) bewirkt eine verstärkte oder zunehmende Rotation (M) bzw. Drehung mindestens eines Rotors (4) um seine eigene Rotationsachse.
36. Das Kraftwerk (1) oder der Energiewandler (1) ist eine Erfindung (1), ferner bezeichnet als: „Energieröhrenkraftwerk”.
37. Das Energieröhrenkraftwerk (1) oder die Erfindung (1) stellt ein kombiniertes technisches System sowie ein Verfahren zur Energiewandlung bereit, um sowohl die Strömungsenergie aus einer Medienströmung (S), als auch die aus der Sonnenstrahlung, beispielsweise mittels Solarzellen (20) oder PV-Modulen (30), gewinnbaren Energie gewerblich nutzbar zu machen.
38. Das Energieröhrenkraftwerk (1) benötigt während des Betriebs keine weiteren, insbesondere externen, Energieressourcen.
39. Das Energieröhrenkraftwerk (1) grenzt sich in Ausprägung und Wirkungsweise von altbekannten Aufwindkraftwerkskonzepten, sowie von modernen Windkraftanlagen, als auch von gängigen Solarkraftwerken, klar und eindeutig ab.
40. Ein Energieröhrenkraftwerk (1) dient vorzugsweise dem Gewerbe oder der Industrie als energiewandelnde, vorzugsweise netz-autarke, Energiewandlereinheit.
41. Das Energieröhrenkraftwerk (1) dient alternativ dazu, die erzeugte bzw. umgewandelte Energie in ein bestehendes Energieversorgungsnetz einspeisen, vorzugsweise unter Einbezug des vorgenannten Wandlers oder Netzkopplers (W).
42. Das Energieröhrenkraftwerk (1) dient in einer weiter entfernten Ausgestaltungsform als Antriebsenergiequelle, beispielsweise für mobile Systeme, insbesondere für den Einsatz auf Land-, Fluss- oder Seefahrzeugen, insbesondere auch auf mobilen Plattformen (3; 3'') oder Anlagenteilen (3'').
43. Das Energieröhrenkraftwerksein (1) dient gegebenenfalls der Energieversorgung von Privatpersonen und Privathaushalten fernab bestehender Energieversorgungsnetze.
44. In alternativen Ausprägungsformen sind Energieröhrenkraftwerke (1) im Wasser schwimmend oder in Gewässers stehend, beispielsweise auf je einem Fundament (3) oder auf einer Plattform (3; 3'') stehend, errichtet.
45. In einer solchen alternativen Ausprägungsform sind zumindest die unteren Öffnungen (7) stets ausreichend hoch über der Wasseroberfläche (HN) angebracht, vorteilhafterweise um Überflutungen dieser Öffnungen (7) zu vermeiden.
46. Rotor (4)- und/oder Turbinenanordnung(en) (4) im Inneren des Energieröhrenkraftwerks (1) sind in besonderen Ausprägungsstufen beispielsweise ausgestaltet ist als Savonius-, Darrieus,- Flettner- bzw. Magnus-Rotor, alternativ ausgestaltet ist als eine Kombination dieser mehreren, gegebenenfalls unterschiedlichen, Rotoren (4).
47. In Regelanwendungen sind Rotor- oder Turbinenanordnung(en) (4) vorzugsweise ausgestaltet in Form je eines oder mehrerer Standard-Rotoren (4).
48. Derartige Standard-Rotoren (4) verfügen über eine jeweils zentrale Nabe (19), an welche eines oder mehrere Blätter (14) bzw. Rotorblätter (14) je schaftseitig befestigt sind oder befestigt werden können. Ein Standard-Rotor (4) hat in etwa jene Formgestaltung, Dimension und Ausprägung, wie beispielsweise aus modernen Windenergieanlagen bzw. Windkraftwerken oder auch aus Kleinwindenergieanlagen bekannt ist, beispielsweise aus 1c der DE 202011105711 U1 .
49. Gegebenenfalls erfolgt die Befestigung Blätter (14) oder Rotorblätter (14) an die Nabe (19) unter zusätzlicher Einbringung je eines Blattverstellmechanismus pro Rotorblatt (4). Dieser Blattverstellmechanismus kann als Schwenktrieb ausgeführt sein oder zumindest einen Schwenktrieb beinhalten.
50. Dieser Verstellmechanismus wird in der Regel zwischen Nabe (19) und Blattschaft angebracht, vorzugsweise mittels ringartig umlaufenden oder kranzförmig angebrachten Bohrungen angeschraubt.
51. Bei Verwendung von einem oder mehreren Standard-Rotor/en (4) im Inneren des Energieröhrenkraftwerks (1) ist dieser jeweils so angebracht, dass er infolge von Auftriebskräften im Inneren des Energieröhrenkraftwerks (1) in drehende Bewegung (M) versetzt werden kann.
52. Bei Verwendung von Flettner- bzw. Magnusrotoren (4) im Inneren des Energieröhrenkraftwerks (1) hingegen versetzt der physikalische „Magnus-Effekt”, den jeweiligen Rotor in drehende bzw. rotatorische Bewegung (M).
53. Die Nabe (19) eines Standard-Rotors (4) ist vorzugsweise mit ihrer eigenen Rotationsachse entlang der Senkrechten (6) zum Fundament (3) oder entlang der Senkrechten (6) zur sogenannten „HN”-Linie (HN) ausgerichtet.
54. Das erfindungsgemäße Verfahren im Kraftwerk (1) oder Energiewandler (1) zur Gewinnung von Energie sieht im Inneren dieser Röhre (2) eine Sogwirkung vor, durch welche mindestens eine/mehrere Rotor(anordnung)en (4) oder Turbinen(anordnung)en (4) angetrieben wird/werden.
55. Diese Sogwirkung basiert auf dem physikalischen Kamineffekt, insbesondere wonach ein Medium mit geringerer Dichte in einer geneigten Röhre (2) stets nach oben steigt.
56. Vorteilhafterweise ist dabei die Rotationsachse eines vorgenannten Standard-Rotors (4) räumlich nahezu oder exakt so gerichtet ist, wie die Strömungs- oder Kraftrichtung der Sogwirkung gerichtet ist.
57. Beispielsweise fallen Rotationsachse eines Rotors (4) und senkrechte Mittenachse (6) zusammen, d. h. sie bilden eine gemeinsame Achse.
58. Bei Verwendung von beispielsweise Savonius-,/Darrieus-,/ oder Flettner-, bzw. Magnus-Rotoren (4), ist deren Rotationsachse, um welche sich diese Rotoren in einer Medienströmung (S) drehen, um bis zu 90° verdreht orientiert gegenüber der Verwendung von Standard-Rotoren (4).
59. Vorteilhafterweise werden Savonius-,/Darrieus-,/ oder Flettner-, bzw. Magnus-Rotoren (4) im Inneren des Kraftwerks (1) oder Energiewandlers (1) so angeordnet, dass deren Rotationsachse(n) in etwa parallel zur Horizontalen gerichtet ist.
60. Verglichen mit modernen Windkraftanlagen oder Kleinwindenergieanlagen bietet die vorliegende Erfindung (1) den großen Vorteil, dass Sie zur Energiegewinnung betrieben werden kann, wenn zumindest Windströmung und/oder Sonneneinstrahlung gegeben ist, dies bedeutet:
61. Der Betrieb der Erfindung (1) ist auch bei Windstille möglich, solange zumindest Sonneneinstrahlung vorhanden ist, und ferner:
62. Der Betrieb der Erfindung (1) ist auch bei geringer Sonneneinstrahlung möglich, solange zumindest eine Windströmung vorhanden ist.
63. Die Erfindung (1) ist gegebenenfalls auch bei Regen, Schneefall, Sturm und/oder Frost betreibbar, vorzugsweise unter Anderem deshalb weil Heizelemente (H) in Betrieb sind.
64. Die Erfindung (1) nutzt regenerative Energiequellen und ist somit besonders umweltfreundlich bzw. ressourcenschonend.
65. Die Erfindung (1) ist nahezu in allen klimatischen Regionen der Erde einsetzbar, beispielsweise im Flachland von küstennahen Gebieten und/oder in Hügellandschaften oder gar bergigen bis alpinen Gebieten.
66. Zum Betrieb der Die Erfindung (1) ist keine nennenswerten Netzanbindung oder externe Energieressourcen vonnöten.
67. Die Erfindung (1) ist beispielsweise in netz-autark arbeitenden Forschungseinrichtungen einsetzbar, um elektrischen Strom für dortige Verbraucher und elektrischen Gerätschaften zu liefern.
68. Die Erfindung (1) ist beispielsweise fernab der etablierten Versorgungsnetze einsetzbar, um dort lebende Menschen und Privathaushalte mit elektrischer Energie zu versorgen.
69. Die Erfindung (1) ist adhoc zur elektrischen Energiegewinnung einsetzbar, ohne vorhandene Energieversorgungsnetze zu benötigen.
70. In einer weiterentwickelten Variante ist die Erfindung (1) beweglich, d. h. mobil, und kann an einem Stellort aufgebaut werden, dort eine gewisse Zeit betrieben werden, und bei Bedarf wieder abgebaut werden, um an einen anderen Stellort befördert bzw. transportiert werden, um und dort erneut wiederaufgebaut zu werden, vorzugsweise für den Einsatz humanitäter Missionen.
71. In einer solchen weiterentwickelten Variante ist die Erfindung (1) beispielsweise als mobiler elektrischer Energiewandler für Krisenregionen einsetzbar, beziehungsweise für Gebiete, an denen Energieversorgungs-Infrastruktur infolge von Kampfhandlungen zerstört wurde.
72. Die Röhre (2) oder der Hohlkörper (2'') der Erfindung (1) ist etwa oder näherungsweise zylinderförmig und weist beispielsweise in etwa das Volumen: V_r = r_r ²·π·l_r = (d²/4)·π·l_r, und etwa die Mantelfläche M_r = 2·r_r·π·l_r = d·π·l_r auf.
73. Die Röhre (2) oder der Hohlkörper (2'') der Erfindung (1) ist alternativ näherungsweise pyramiden-, pyramidenstumpf-, oder gar kegel-, oder sogar kegelstumpfförmig und weist beispielsweise in etwa das Volumen: V_k = 1/3·(r_k ²·π·l_k) und etwa die Mantelfläche M_k = r_K·π·s_k auf.
74. Die Röhre (2) oder Hohlkörper (2'') der Erfindung (1) weist beispielsweise vereinzelte Querschnittsaufweitungen (A_e) und/oder Querschnittsverbreiterungen (A_w) auf.
75. Innerhalb der Röhre (2) oder dem Hohlkörper (2'') der Erfindung (1) herrscht vorzugsweise eine Medienströmung (S), beispielsweise welche der folgenden Gleichung genügt: A_i·v_i = const.
76. Idealerweise handelt es sich bei der durch den Kamineffekt initiierten Strömung im Inneren der Röhre (2) um eine weitestgehend laminar ausgeprägte Strömung, gegebenenfalls mit vereinzelten turbulenten Bereichen.
77. In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung (1) ist mindestens ein Rotor (4) oder mindestens eine Turbine (4) mit mindestens einem Hilfsantrieb gekoppelt.
78. Ein solcher Hilfsantrieb ist beispielsweise als Elektromotor oder Druckluftmotor oder sogar als Pumpe ausgestaltet.
79. Ein solcher Hilfsantrieb ist alternativ ein Hydraulikmotor, vorzugsweise welcher im Einsatz ist, um Stillstands-Haltemomente zu überwinden.
80. In die Röhre (2) oder Hohlkörper (2'') der Erfindung (1) ist vorteilhafterweise wenigstens ein Lagerringe (10) befindlich, welche mit vorgenanntem Hilfsantrieb versehen oder ausgestattet ist.
81. In die Röhre (2) oder Hohlkörper (2'') der Erfindung (1) ist vorteilhafterweise wenigstens ein Lagerring (10) befindlich, der direkt oder indirekt mit Rotor- und/oder Turbinenanordnung(en) (4) gekoppelt ist, beispielsweise über kranzförmig in mindestens eine Ringoberfläche eingebrachte Bohrungen.
82. Diese Koppelung erfolgt gegebenenfalls alternativ mittels einem gemeinsamen Flansch zwischen Rotor (4) und Lagerring (10), alternativ mittels kranzförmig angeordneten Passverbindungen an einem gemeinsamen Passring zwischen jenem Rotor (4) und Lagerring (10).
83. Der Antrieb des wenigstens einen Lagerringes (10) durch beispielsweise einen Hilfsantrieb erfolgt vorzugsweise dadurch, dass dieser Lagerring (10) über verzahnte Elemente verfügt, beispielsweise in Ausprägung einer ringförmig- oder zumindest segmentförmig eingearbeiteten Umlaufverzahnung oder beispielsweise auch in Ausprägung eines eingearbeiteten Zahnringes, während diese verzahnten Elemente mit einem Ritzel kämmen
84. Dabei wird vorteilhafterweise das Ritzel vom Hilfsantrieb angetrieben. Sobald der Hilfsantrieb also angetrieben wird, dreht sich beispielsweise jenes Ritzel an dessen Stirnseite. Durch den Eingriff des Ritzels in die Verzahnung des Lagerringes, wird somit auch der Lagerring in Bewegung/Drehung versetzt. Sind nun ferner Rotor und Lagerring direkt gekoppelt, beispielsweise an vorgenanntem gemeinsamen Flansch oder Passring miteinander verschraubt, so wird auch der Rotor (4) in Bewegung/Drehung versetzt.
85. Alternativ zur vorgenannten Verzahnungs-Ritzel-Paarung wird gegebenenfalls eine Welle-Zugmittel-Paarung eingesetzt.
86. In einer weiterführenden Ausgestaltungsform der Erfindung (1) werden mehrere Rotoren (4) in der Röhre (2) bzw. dem Turm (2'') angebracht und zwar so, dass diese sequentiell und entlang der Sogwirkung durch den Kamineffekt angebracht sind, folglich in Reihe der Medienströmung (S) geschaltet sind.
87. Gegebenenfalls sind in der Erfindung (1), vorzugsweise entlang der Innenseite der Röhre (2) bzw. des Turms (2'') eines oder mehrere Elemente zur Strömungsberuhigung installiert.
88. Zur Strömungsberuhigung werden in der Erfindung (1), beispielsweise querschnitsveränderte Einlaufstrecken, insbesondere auch Querschnittsverenungen (A_e) und/oder Querschnittsaufweitungen (A_w), sowie gegebenenfalls (zusätzlich) Lochplattengleichrichter eingesetzt.
89. Weitere, aus der Strömungslehre bekannten, Mittel und Vorrichtungen zur Gleichrichtung von Medienströmungen werden in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung (1) eingesetzt.
90. Vorzugsweise sind die Querschnittsverläufe im Inneren der Röhre (2) jeweils so bemessen, dass dort eine maximale Strömungsgeschwindigkeit v_krit. der Medienströmung (S) nicht überschritten wird.
91. In einer besonders vorteilhaften Ausprägungsform der Erfindung (1) sind die Naben (19) mehrerer in Reihe geschalteter Rotoren (4) axial und/oder radial zueinander versetzt.
92. Im Inneren der Röhre (2) bzw. des Turms (2'') ist vorteilhafterweise eine Rotor- oder Turbinenanordnung (4) vorhanden, bestehend aus mehreren Turbinen-Stufen bzw. Rotor-Stufen.
93. Zweckgemäß sind die im Inneren der Röhre (2) bzw. des Turms (2'') vorhandenen Rotor- oder Turbinenanordnungen (4) mit mindestens einem Maschinenträger (11) verbunden oder gekoppelt, wobei dieser wenigstens eine Maschinenträger (11) die jeweilige Rotor- oder Turbinenanordnung aufnimmt, trägt oder in Position hält.
94. Darüber hinaus werden vorteilhafterweise ebenfalls Getriebebaugruppen (17) oder Generatorbaugruppen (16) durch mindestens einen Maschinenträger (11) aufgenommen, getragen oder gehalten.
95. Der mindestens eine Maschinenträger (11) ist dabei weitestgehend im Inneren der Erfindung (1) beherbergt oder installiert. Vorteilhafte Aufgabe eines derartig installierten Maschinenträgers (11) ist es, die wirkenden Kräfte der von ihm aufgenommenen Baugruppen (4; 14; 19; 18; 16; 17) in das Fundament oder in die Mantelstruktur (5) der erfindungsgemäßen Anlage (1) abzutragen.
96. Diese Kräfte sind vorzugsweise überwiegend statischer Natur, beispielsweise Gewichtskräfte, aber auch zum Anderen Teil dynamischer Natur, beispielsweise wirkende Kräfte aus der Maschinendynamik der sich drehenden Teile.
97. In einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung sind in dem oder auf dem mindestens einem Maschinenträger (11) weitere Gerätschaften installiert, beispielsweise elektrische Wandler, Umrichter oder Wechselrichter (9; 22) oder Heizelemente (H), oder gar elektrische Speicherelemente (12), gegebenenfalls sogar Netzkoppler (W).
98. Zweckmäßigerweise sind die im der Röhre (2) bzw. des Kamins (2'') befindlichen Rotoren separat gelagert, beispielsweise durch je eine Drehverbindung (10), ein Wälzlager (10), ein Großwälzlager (10) oder mittels Momentenlager (10).
99. Dieses jeweilige Lager (10) oder diese jeweilige Drehverbindung (10) dient entweder der axialen- und/oder der radialen Aufnahme von Kräften und Momenten.
100. Als Lagerbaugruppe (10) oder Drehverbindung (10) der Erfindung sind dabei grundsätzlich im Einsatz: Ein- oder mehrreihige Vierpunktlager und/oder Zylinderrollenlager und/oder Kombilager und/oder Kreuzrollenlager und/oder Kegelrollenlager und/oder sogar Drahtlager, aber auch beispielsweise ein- oder mehrreihige Sonderdrehverbindungen wie Kugeldrehverbindungen und/ oder Rollendrehverbindungen, beispielsweise auch Kreuzrollendrehverbindungen, und/oder Kombidrehverbindungen Rolle/Kugel.
101. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht den Einsatz von Rillenkugellagern und/oder Pendelkugellagern und/oder einfachen oder doppelten Schrägkugellagern, gegebenenfalls auch Axialrillenkugellagern, und/oder Nadellager sowie Pendelrollenlagern und/oder Tonnenlagern vor.
102. Die Erfindung (1) sieht vorzugsweise mindestens eine Lagerkomponente (10) vor, beispielsweise einen Lagerring (10), welcher mit dem einem oder mit den mehreren Rotoren (4) verbunden ist.
103. Diese Verbindung besteht beispielsweise als Schweiß-, Lot-, Niet-, oder vorzugsweise gar als Schraubverbindung.
104. Diese Verbindung des mindestens einen Lagerrings (10) mit dem mindestens einen Rotor (4) ist folglich kraft-, und/oder material-, und/oder formschlüssig.
105. Die Erfindung (1) sieht ebenso mindestens eine Lagerkomponente desselben Lagers (10) vor, beispielsweise den gegenüberliegenden Lagerring, welcher mit der Röhre (2) oder mit dem Kamin (2'') und/oder mit einem Maschinenträger (11) verbunden ist.
106. Diese Verbindung besteht beispielsweise ebenfalls aus Schweiß-,/Löt-,/Niet-, und/oder als Schraubverbindung.
107. In jedem Fall ist die Röhre (2) oder der Turm (2) der Erfindung (1) in ihrem Inneren überwiegend hohl ausgeführt und weist geeignete Mittel zur Aufnahme des mindestens eines oben genannten Lagerrings (10) auf. Diese Aufnahme kann alternativ direkt geschehen, etwa durch direkte Verschraubung des Lagerrings (10) mit der Röhrenkonstruktion (2) bzw. mit dem Kamin (2)- oder der Turm-(2)Struktur,
108. Die Röhre (2) der Erfindung (1) ist aus strömungstechnischen Gesichtspunkten Strömungskanal, zu verstehen, in der vorzugsweise eine von „unten” nach „oben” wirkende, beispielsweise exakt senkrecht wirkende, Strömung wirkt. Die Intensität der im Inneren der Röhre wirkenden Strömung ist dabei abhängig von den herrschenden Druckunterschieden zwischen unterem (U) Röhrenende und oberem (O) Röhrenende.
109. Am oberen (O) Röhrenende strömt die dortige Außenluft (A) mit einer, verglichen mit der Luftströmung im Inneren der Röhre (2), anderen Richtung und Geschwindigkeit an der Röhre (2) bzw. am Turm (2'') vorbei. Der dadurch erzeugte Unterdruck saugt dort die Luft aus dem Röhreninneren in Richtung Außenluft bzw. in Richtung Umgebung ab.
110. Die Intensität des „Kamineffektes” wird im Sinne der Erfindung (1) verstärkt durch oder mittels mindestens einer bestromten Heizquelle (H), welche beispielsweise im unteren (U) Teil beherbergt sind.
111. Die Verstärkung der Sogwirkung aus dem „Kamineffekt” im Inneren des Kraftwerks (1) bzw. der Röhre (2) ist in erster Näherung proportional zur Stärke der Bestromung der Heizquelle(n) (H).
112. In einer weiter ausgeprägten Ausgestaltungsform der Erfindung (1) erfolgt die Bestromung der Heizquelle(n) (H) in geregelter Weise, d. h. es wird hinsichtlich der zu erreichenden Sogwirkung der Medienströmung ein Sollwert vorgegeben bzw. eingestellt.
113. Diese „Sollströmung''” im Inneren des Kraftwerks (1) bzw. der Röhre (2) ist charakterisiert durch eine „Soll-Strömungsgeschwindigkeit” des strömenden Mediums. Diese „Sollströmung” entspricht vorzugsweise einer laminaren Strömung. Die „Soll-Strömungsgeschwindigkeit''” im Inneren des Kraftwerks (1) bzw. der Röhre (2) soll während des Betriebes der Anlage möglichst konstant gehalten werden, wie folgt:
114. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren wird, sofern die jeweils aktuell mittels Sensorik (13) sensierte Strömungsgeschwindigkeit geringer ist als die „Soll-Strömungsgeschwindigkeit”, mindestens ein Heizelement (H) zugeschaltet oder stärker bestromt.
115. Durch das selbe erfindungsgemäße Verfahren wird, sofern die jeweils aktuell mittels Sensorik (13) sensierte Strömungsgeschwindigkeit höher ist als die „Soll-Strömungsgeschwindigkeit”, mindestens ein Heizelement (H) abgeschaltet oder weniger stark bestromt.
116. Heizelemente (H) sind im Sinne der Erfindung (1) vorzugsweise elektrische Stab-,/Ring-, und/oder Flächenheizungen.
117. Alternativ sind als Heizelemente (H) Abwärme- oder Fernwärme-Heizquellen einsetzbar, vorteilhafterweise dann, wenn eine (Netz-)anbindung der erfindungsgemäßen Anlage (1) an ein Ab- oder Fernwärmenetz besteht.
118. Die Erfindung (1) ist vorzugsweise charakterisiert durch ein hohes (Höhen bzw.) Längen-zu-Breiten-Verhältnis der Röhre (2) bzw. des Kamins (2'') von mindestens 2:1. Anstatt der Breite wird gegebenenfalls der Durchmesser gemessen.
119. Im Idealfall ist das (Höhen bzw.) Längen-zu-Breiten-Verhältnis größer als 4:1.
120. Bewegliche/mobile Varianten der Erfindung (1) sind auf einer, vorzugsweise beweglichen, Plattform, errichtet, wessen Beweglichkeit oder Mobilität beispielsweise mit einem durch Rädern, Rollen, Ketten oder Kufen angetriebenes Fahrzeug gegeben ist.
121. Dabei ist die Röhre (2) oder der Hohlkörper (2'') der Erfindung (1) auf einem Anlagenteil (3'') installiert oder befestigt, wobei die vorzugsweise bewegliche Plattform an der Röhre (2) oder am Hohlkörper (2'') mittels Schrauben oder mittels ringförmig umlaufenden kranzförmigen Verschraubungen an einem gemeinsamen Flansch, befestigt wird.
122. Beispielsweise weist eine mobile Variante der Erfindung eine röhrenförmige, oder auch eine pyramidenartige Turm- bzw. Kaminsilhouette auf, welche die folgende Dimensionierung des Turmes bzw. Hohlkörper (2'') bzw. der Röhre (2) besitzt:

d_u ≥ 2 Meter;	d_i ≥ 0.5 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 5 Meter; alternativ:
d_u ≥ 2.5 Meter;	d_i ≥ 1.5 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 8 Meter; alternativ:
d_u ≥ 4 Meter;	d_i ≥ 2.0 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 10 Meter; alternativ:
d_u ≥ 5 Meter;	d_i ≥ 2.5 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 15 Meter; alternativ:
d_u ≥ 6 Meter;	d_i ≥ 3 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 20 Meter; alternativ:
d_u ≥ 8 Meter;	d_i ≥ 3.5 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 25 Meter; alternativ:
d_u ≥ 10 Meter;	d_i ≥ 5 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 30 Meter; alternativ:
d_u ≥ 12 Meter;	d_i ≥ 6 Meter;	l_k bzw. l_r ≥ 45 Meter; alternativ:
d_u ≥ 13 Meter;	d_i ≥ 6 Meter;	l_k bzw. l_r größer als 50 Meter.

123. Grundsätzlich ist die Höhendifferenz zwischen oberem (O) und unterem (U) Röhrenende der Erfindung (1) gleichbedeutend mit der mittleren Röhren- bzw. Turm- Länge (l_k bzw. l_r).
124. Die Mantelstruktur (5) der Turmes (2'') bzw. der Röhre (2) der Erfindung (1) ist beispielsweise massiv ausgeführt, im vorzugsweisen Falle einer Stahlbetonröhre durch Zugabe zugaufnehmender Elemente, etwa Baustahl.
125. Sehr groß dimensionierte Ausgestaltungsformen der Erfindung (1) sind etwa vergleichbar mit den räumlichen Dimensionen heutiger Kraftwerke, beispielsweise moderner Windenergieanlagen.
126. Die Länge (l_k bzw. l_r) der Erfindung beträgt gegebenenfalls wesentlich mehr als 100 Meter, beispielsweise mehr als 150 oder 250 Meter.
127. Extrem dimensionierte Ausführungsformen der Erfindung (1) weisen je eine Länge (l_k bzw. l_r) von mehr als 800 bis 1.200 Metern auf, wobei die Anzahl der in einer solchen extrem dimensionierten Ausführungsform der Erfindung (1) installierten Rotoren(anordnungen) (4) oder Turbinen(anordnungen) (4) mehr als 10 beträgt, gegebenenfalls sogar mehr als 20.
128. Die Erfindung entbehrt von Außen sichtbare rotierende Teile (4). So ist auch die Einsetzbarkeit der vorliegenden Erfindung an Orten möglich, in welchen reger Personen-, Schiffs-, Fahrzeug-, oder Flugverkehr herrscht, da Naben (19) und/oder Rotoren (4) und/oder Blätter (14) oder Turbinenschaufeln (14) nicht mit vorbeifahrenden Fahrzeugen, Personen oder Fluggeräten kollidieren können.
129. Der Anstellwinkel mindestens eines Rotorblattes (14) oder mindestens einer Turbinenschaufel (14) ist vorzugsweise separat verstellbar oder einstellbar, beispielsweise mittels Verstellgestänge oder gar mittels Schwenkgetriebe oder Schwenkantrieb.
130. In einer weiteren Ausprägungsform der Erfindung (1) strömt in der Medienströmung (S) ein Fluidmedium, welches beispielsweise im unteren Teil oder im unteren (U) Drittel der Röhre (2) bzw. des Turms (2'') aufbewahrt wird oder alternativ durch einen Kanal, Fluss oder Strom in das unteren (U) Drittel befördert wird.
131. Als ein derartiges Fluidmedium kann gegebenenfalls auch Wasser verwendet werden, beispielsweise jenes Wasser, in welchem die erfindungsgemäße Anlage in einer der besonderen Ausgestaltungsformen der Erfindung errichtet sein kann: Flusswasser, Meereswasser, Wasser aus einem Binnensee, etc.
132. Im Inneren des Kraftwerkes (1) ist mindestens eine Generatorbaugruppe (16) vorgesehen, welche die durch einen (oder mehrere) rotierenden Rotor(en) (4) gewandelte Energie aus der Bewegung (M) in elektrische Energie wandelt.
133. Es ist im Sinne der Erfindung (1) das grundsätzliche Verfahren zur Gewinnung von elektrischer Energie aus der Medienströmung (S) im Inneren des Kraftwerks (1) ist wie folgt: Erstens wird infolge der Medienströmung (S), welcher durch den Kamineffekt oder die Sogwirkung initiiert wird, ein oder mehrere drehbar gelagerte Teile (4; 19; 14) in Rotation oder drehende Bewegung (M) versetzt.
134. Zweitens wird infolge dieser Bewegung (M) ein mit dem drehbar gelagerten Teil (4; 19; 14) mechanisch gekoppelter oder verbundener Anlagenteil (17; 18), vorzugsweise mindestens eine Welle (18) oder eine Getriebebaugruppe (17), ebenfalls in Bewegung versetzt, gegebenenfalls mit veränderter Richtung und Geschwindigkeit.
135. Drittens wird eine wiederum mit der mindestens einen Welle (18) gekoppelte oder verbundene elektrische Generatorkomponente (K) in Drehung versetzt, wobei dies im Inneren einer Generatorbaugruppe (16) erfolgt. Durch elektrische Induktion wird Viertens eine elektrische Spannung erzeugt, welche gemäß den physikalischen Gesetzmäßigkeiten in direktem Zusammenhang mit erzeugter elektrische Energie steht.
136. Die vorgenannte Kopplung der Welle (18) mit einer elektrischen Generatorkomponente (K) geschieht wie folgt: Einer der verdrehbaren Lagerringe des Lagers (10) ist, vorzugsweise kranzförmig, verbunden oder gekoppelt mit der vorgenannten Welle (18).
137. Alternativ ist direkt in diesen jeweiligen Lagerring mindestens ein Spulenring integriert.
138. Die eine elektrischen Generatorkomponente (K) oder der eine verdrehbaren Lagerring weist beispielsweise einen oder mehrere (Kupfer-)Spulenpakete auf.
139. Die elektrischen Generatorkomponente (K) oder der verdrehbare Lagerring ist dabei, gegebenenfalls als ein innen rotierender vierpoliger Wechselstromgenerator-Läufer (15) ausgeführt, um seine eigene Rotations- oder Antriebsachse drehbar.
139. Dieser mindestens eine Spulenring wird während der Drehung des Rotors (4), normalerweise gleichsinnig, mitbewegt. Vorzugsweise fallen Antriebsachse der elektrischen Generatorkomponente (K), beispielsweise des Läufers (15), und Rotationsachse des Rotors (4) bzw. Turbine (4) zusammen und bilden so eine gemeinsame Achse, welche während der Rotationsbewegung mit gleichem Drehsinn und gleicher Rotationsgeschwindigkeit dreht.
140. Durch die gegebenenfalls vorteilhafte Verwendung zwischengeschalteter Getriebestufe(n) (17) wird ermöglicht, dass der Spulenring und der mittels Getriebestufe(n) (17) daran gekoppelter Rotor (4) bzw. Turbine (4) mit unterschiedlicher Rotationsgeschwindigkeit drehen.
141. Mindestens ein zweiter Ring, welcher beispielsweise während der Drehung des Rotors (4) bzw. der Turbine (4) feststeht da jener mit der Röhren-(2) bzw. Turm-(2'')Konstruktion oder mit dem Maschinenträger (11) verbunden ist, weist dabei magnetische Eigenschaften oder magnetische Elemente auf, sodass sich ein Magnetfeld ausbildet.
142. Durch die drehende Bewegung des vorgenannten Spulenrings im vorgenannten Magnetfeld, welches entweder durch die magnetischen Elemente erzeugt wird, oder alternativ durch Elektromagnetismus erzeugt wird, wird elektrische Spannung induziert.
143. Diese elektrische Spannung wird welche in geeigneter Form durch Einrichtungen im Inneren der Röhre, beispielsweise durch Kommutatoren oder Schleifringe oder Kontaktierungen, abgegriffen.
144. Beispielsweise werden derartige Schleifringe oder Kommutatoren an derjenigen elektrischen Komponente (K) angelegt, welche den Generator-Läufer (15) darstellt.
145. In der vorteilhaftesten Ausgestaltungsform der Erfindung (1) wird die gemäß soeben beschriebenen Verfahrensschritten aus der Medienströmung (S) gewonnene elektrische Energie direkt in ein vor Ort vorhandenes Energienetz eingespeist.
146. Alternativ wird die gewonnene elektrische Energie in elektrische Speicherzellen (12), beispielsweise sogenannte „Akkus” oder Akkumulatoren (12) bzw. elektrische Speicherbatterien (12), eingespeist.
147. Beispielsweise wird ein Teil der aus der Medienströmung (S) gewonnenen elektrische Energie mittelbar oder unmittelbar zur Bestromung von elektrischen Gerätschaften im Inneren des Kraftwerkes (1) verwendet, gegebenenfalls sogar zur Bestromung von Heizquelle(n) (H) oder Heizelement(en) (H).
148. Alternativ wird ein Teil der aus der Medienströmung (S) gewonnenen elektrische Energie mittelbar oder unmittelbar zur Bestromung der vorgenannten (Kupfer-)Spulen verwendet werden, gegebenenfalls um ein elektromagnetisches Feld im Sinne des oben genannten Elektromagnetismus zu erzeugen.
149. In der vorgesehenen Ausprägungsform der Erfindung (1) weisen die Speicherzellen eine elektrische Verbindung mit mindestens einem elektrischen Wandler oder Umrichter (9; 22) auf, vorzugsweise mit dem elektrischen Wandler oder Umrichter (22), welcher elektrisch an die Generatorbaugruppe (16) angeschlossen ist.
150. Im Sinne der Erfindung kann grundsätzlich ein elektrischer Wandler (9; 22) in Ausprägung eines Wechselrichters eingesetzt werden.
151. In einer speziellen Ausprägungsform der Erfindung (1) weist der vorgenannte zweite Ring, welcher auch als Stator (21) bezeichnet wird, anstatt den vorgenannten magnetischen Elementen mehrere Induktionsspulenpakete auf, beispielsweise in Ausprägung eine vierpoligen Wechselstromgenerator-Komponente (K).
152. In dieser speziellen Ausprägungsform der Erfindung (1) umschließt ein solcher Stator (21) die innen liegende Läuferkomponente (15) etwa ringförmig.
153. Die Energie zur Erzeugung des vorgenannten Elektromagnetismus wird in der speziellen Ausprägungsform der Erfindung (1) vorzugsweise aus eigens dafür vorgesehenen Akkus (12) oder elektrischen Speicherelementen (12) bezogen, oder aber jedoch direkt von jenem elektrischen Wandler, Wechselrichter oder Umrichter (9) bereitgestellt, welcher die aus der Sonnenenergie gewonnene elektrische Energie konditioniert.
154. Die vorgenannten Akkus (12) oder Speicherelemente (12) sind vorzugsweise im unteren Teil der Röhre installiert oder untergebracht, beispielsweise in eigens dafür geschaffenen, gegebenenfalls ordnungsgemäß klimatisierten und gesicherten, Reservekammern (R) im Fundament der erfindungsgemäßen Anlage (1), oder aber in Reservebereichen (R) auf einem der eventuell vorhandenen Maschinenträger (11).
155. Im Sinne der Erfindung ist der elektromechanische Statorteil (21) der vorgenannten Generatorbaugruppe (16) vorzugsweise direkt oder indirekt elektrisch verbunden mit mindestens einem elektrischen Wandler, Wechselrichter oder Umrichter (9; 22), oder aber direkt oder indirekt elektrisch verbunden mit mindestens einem Akku oder Speicherelement (12).
156. Die vorgenannte Ausprägungsform der zur Erfindung (1) zugehörigen elektrischen Generatorbaugruppe (16) entspricht beispielsweise der des direkt in die Lagerung (10) bzw. Drehverbindung (10) integrierten elektrischen Generators.
157. Alternativ entspricht die einer speziellen Ausprägungsform der zur Erfindung (1) zugehörigen elektrischen Generatorbaugruppe (16) eines an die direkt an die gelagerte Welle (18) angeschlossenen oder angeflanschten elektrischen Generators (16), beispielsweise wobei zwischen der gelagerte Welle (18) und dem elektrischen Generator (16) eine Getriebebaugruppe (17) angeschlossen ist.
158. In einer standardgemäßen Ausgestaltung der Erfindung (1) ist jedoch der wenigstens eine Rotor (4) oder die wenigstens eine Turbine (4) im Inneren der Röhre (2) bzw. des Turmes (2'') mit dem elektromechanischen Rotorteil (15) eines elektrischen Generators (16) gekoppelt oder koppelbar, beispielsweise über eine Welle-Nabe-Verbindung.
159. Grundsätzlich ist dieser elektrische Generator (16) bzw. diese elektrische Generatorbaugruppe (16) als Wechselstromgenerator ausgeführt, gegebenenfalls als Drehstrom-Synchrongenerator.
160. Im speziellen Ausgestaltungsfalle des eingangs genannten „Inselbetriebs” der vorliegenden Anlage (1) bzw. Erfindung (1), ist der Generator (16) als selbsterregte Asynchronmaschine ausgeführt.
161. Eine Netzkopplung erfolgt gegebenenfalls über Umrichterkopplung oder über direkte Netzkopplung, beispielsweise mittels eines entsprechenden Netzkopplers (W).
162. Im Sinne der Erfindung (1) ist der Statorteil (21) des vorgenannten elektrischen Generators (16) beispielsweise mit dem Fundament (3) oder mit dem Maschinenträger (11) der Anlage (1) oder direkt an die Innenseite der Röhren- oder Turmwandung (5) der vorliegenden Erfindung koppelbar ausgeführt.
163. Beispielsweise ist eine mechanische Koppelstelle zwischen dem elektromechanischen Rotorteil (15) des Generators (16) und der Nabe (19) der strömungstechnischen Rotor- bzw. Turbinenanordnung (4) jeweils mittels schraub-, oder niet-, oder gar mittels (materialschlüssiger) schweiß-, oder Lötverbindung ausgeführt.
164. Wird die Erfindung (1) in mobiler Ausprägung betrachtet, so ist hingegen beispielsweise die mechanische Koppelstelle zwischen dem elektromechanischen Rotorteil (15) des Generators (16) und der Nabe (19) der strömungstechnischen Rotor- bzw. Turbinenanordnung (4) über formschlüssige Verbindungstechnik, welche wiederlösbar ausgestaltet ist, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme von kraftschlüssig sichernden Maschinenelementen, realisiert. Insbesondere sodass ein zügiger oder schneller Auf-/und-wieder-Abbau der Anlage (1) grundsätzlich ermöglicht ist.
165. Wird die Erfindung (1) mit Standard-Rotoren ausgeführt, so ist vorzugsweise dieser Standard-Rotor (4) oder die mehreren Standard-Rotoren (4) im Inneren der Röhre (2), der/die infolge der Medienströmung (S) im Inneren der Röhre in drehende Bewegung (M) versetzt werden, sind dabei entweder direkt, oder indirekt über ein Getriebe (17), mit dem Rotorteil bzw. Läufer (15) des elektrischen Generators (16) gekoppelt sein.
166. Im Sinne der Erfindung (1) weist die Röhre (2) oder der Hohlkörper (2'') kreisförmigen Querschnitt auf oder gar ovalen Querschnitt auf, beispielsweise sogar vieleckigen Querschnitt auf.
167. Im Sinne der Erfindung (1) ist jene Röhre (2) bzw. der Turm (2'') oder Kamin (2'') aus massiven und/oder festen, beispielsweise mineralischen, Werkstoffen gefertigt.
168. Während kleiner dimensionierte und landgestützte Ausprägungsformen der Erfindung (1), insbesondere der Röhre oder des Kamins (2''), vorzugsweise aus Mauerwerk und/oder verfestigtem Ton oder Zement, gegebenenfalls mit verstärkenden Zugelementen, bestehen, sind größer dimensionierte Ausprägungsformen der Erfindung (1), insbesondere der Röhre oder des Kamins (2''), vorzugsweise aus Stahl oder Beton oder aus Stahlbeton hergestellt.
169. Alternativ ist die auch Röhren-(2) bzw. Turm-(2)Konstruktion aus organischen Stoffen, beispielsweise etwa aus mindestens einer Holzständerkonstruktion, gegebenenfalls mehrlagig verkleidet), ausgeführt.
170. Besonders vorteilhaft haben sich witterungsbeständige Röhren-(2) bzw. Turm-(2)Konstruktionen aus mindestens einer Kunststoffständerkonstruktion, vorzugsweise welche von anderen Materialien ummantelt ist, erwiesen.
171. Die Röhre (2) bzw. der Turm (2'') oder Kamin (2'') besteht in einer weit fortentwickelten Ausprägungsform sogar aus mehreren Verbundwerkstoffen, gegebenenfalls sogar aus organischem Verbundkunststoffen.
172. In einer sehr gängigen Ausgestaltungsform besteht die Turmhaut (5) oder der Mantel (5) der Röhre (2) bzw. der Turm (2'') oder Kamin (2'') jedoch aus ähnlichen Grundwerkstoffen wie heutige Türme von Kraftwerken fossiler Energieträger (z. B.: Kohlekraftwerke) bestehen, beispielsweise aus oder aber aus witterungsbeständigen Metallwerkstoffen oder Metallblechen, aufgebracht auf ein Holzfachwerk oder auf mehrere Holz(ständer)gerüste – oder aufgebracht auf ein Metallfachwerk oder gar auf ein Stahlgerüst.
173. Auch Vollstahl- oder Vollmetallkonstruktionen der Röhre (2) bzw. des Kamins (2'') sind denkbar und im Sinne der Erfindung.
174. Die vorliegende Erfindung (1) besteht vorzugsweise zumindest in Teilen aus V2A- oder V4A-Werkstoffen, insbesondere in Bezug auf die vorgenannte Ständerkonstruktion bzw. auf das vorgenannte Ständergerüst.
175. Die vorliegende Erfindung (1) steht vorzugsweise auf freien Gelände auf einem Fundament (3) stehen, gegebenenfalls auch auf einem Fundament (3) im Wasser, wobei die Erfindung (1) möglichst senkrecht bzw. lotrecht in den Himmel ragt.
176. Eine weitere Varianten der Erfindung (1) ist auf Anlagenteilen (3'') montiert, deren Röhrenöffnung (8) möglichst senkrecht zur Bodenbaugruppe (3; 3'') steht.
177. Letztlich sind mobile Varianten der vorliegenden Erfindung (1) beispielsweise auf Land- oder Seefahrzeugen montiert, insbesondere wobei derartige mobile Varianten weitestgehend mehrfach auf-/und-wieder-abgebaut werden können.
178. In der vorgesehenen Ausprägungsform der Erfindung (1) Metallelementen, ist
179. ein vorwiegend geschlossener Röhrenmantel (5) bzw. eine vorwiegend geschlossene Außenseite (5) oder Turmhaut (5) gegeben, vorzugsweise dessen vorwiegend flächig aufgespannte Turmhaut (5) aus ringförmig angeordneten Solar-(20), oder Photovoltaik-(30)zellen, bzw. aus Solar-(20) oder Photovoltaik-(30)modulen besteht.
180. Im Idealfall beträgt die Neigung der Mittenachse der Röhre (2) gegenüber dem Boden (3) oder dem darunter liegenden Fundament (3) exakt 90° – sie ist also exakt senkrecht bzw. lotrecht auf dem Grund (3) oder Fundament (3) errichtet.
181. In speziellen Anwendungsfällen kann die Neigung jedoch bis zu +/–45° von dieser senkrechten Mittenachse (6) abweichen, vorzugsweise jedoch nur bis zu +/–15, 20 oder 30°.
182. Eine vorhandene Neigung gegenüber der Horizontalen, beispielsweise gegenüber dem Gelände (3) und/oder dem Fundament und/oder der Wasseroberfläche, ist jedenfalls solange im Sinne der Erfindung technisch akzeptabel, wie eine in Vorzugsrichtung gerichtete Strömung im Inneren der Röhre bzw. im Inneren des Hohlkörpers bzw. des Kamins von „unten” nach „oben” noch möglich ist.
183. Die Erfindung (1) weist stets zumindest energieabsorbierende, vorzugsweise energiewandelnde Elemente auf (20; 25; 30), welche an der Außenseite der Röhre (2) oder des Kamins (2'') bzw. von Außen auf den Turm (2') oder Hohlkörper (2'') ein- oder aufgebracht sind oder an- oder eingebracht werden können.
184. Diese energiewandelnden oder energieabsorbierende Elemente sind Solarzellen, Solarmodule oder Photovoltaikmodule. Die elektrische Ausbeute aus diesen energiewandelnden oder energieabsorbierenden Elementen wird im Sinne der Erfindung (1) vorzugsweise dazu verwendet werden, die Sogwirkung im Inneren der Röhre (2) oder des Kamins (2'') zu verstärken.
185. Im vorteilhaftesten Ausgestaltungsfall der Erfindung (1) sind Solar- oder Photovoltaikzellen (kurz PV-Zellen) (20; 30) bzw. Solar- oder Photovoltaikmodule (20; 30), insbesondere welche von Außen an den Außenumfang (5) der Röhre (2) oder des Turms (2'') befestigt sind, diese Röhre (2) bzw. diesen Kamin (2'') oder den Turm (2'') in etwa ringförmig oder kreisförmig ummanteln.
186. Im Sinne der Erfindung (1) sind vorgenannte Solar- oder Photovoltaikzellen (kurz PV-Zellen) (20; 30) bzw. Solar- oder Photovoltaikmodule (20; 30), als mono- oder polykristalline (PV-)Zellen ausgestaltet, beispielsweise welche zwischen 0,05 kWp und 0,15 kWp Leistung pro installiertem Quadratmeter Modulfläche aus der Sonnenstrahlung gewinnen.
187. Vorteilhafterweise gewinnen derartig auf oder an der Erfindung (1) installierte Solar- oder Photovoltaikzellen (kurz PV-Zellen) (20; 30) bzw. Solar- oder Photovoltaikmodule (20; 30), mehrere Tausend kWh an elektrischer Energie pro Jahr.
188. Diese gewonnene elektrische Energie wird im Sinne der Erfindung (1) zumindest teilweise zur Bestromung einer oder mehrerer Heizquelle(n) (H) im Inneren der Erfindung (1) verwendet.
189. Diese gewonnene elektrische Energie wird im Sinne der Erfindung (1) zumindest teilweise alternativ auch zur Erzeugung des vorgenannten Elektromagnetismus verwendet.
190. In einer möglichen Ausgestaltungsform der Erfindung (1) wird diese aus der Sonnenstrahlung gewonnene elektrische Energie direkt in das vor Ort vorhandene Energienetz eingespeist, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Wandlers oder Netzkopplers (W).
191. In der vorteilhaftesten Ausgestaltungsform der Erfindung (1) wird jedoch diese aus der Sonnenstrahlung gewonnene elektrische Energie in eine oder mehrere der vorgenannten Akkus (12) oder Akkumulatoren bzw. elektrischen Speicherbatterien (12) eingespeist.
192. In der vorgesehenen Ausprägungsform der Erfindung (1) weisen die Speicherzellen (12) oder Akkumulatoren (12) zumindest eine elektrische Verbindung mit mindestens einem der in der Erfindung installierten elektrischen Wandler, Wechselrichter oder Umrichter (9; 22) auf, vorzugsweise mit dem elektrischen Wandler oder Wechselrichter (9), welcher direkt mit den Solar- oder Photovoltaikmodulen (20; 25; 30) der Erfindung elektrisch verbunden ist.
193. In der vorgesehenen Ausprägungsform der Erfindung (1) sind diese elektrischen Wandler, Wechsel- oder Umrichter (9; 22) beispielsweise in Reservekammern oder Reservebereichen (R) angebracht, vorzugsweise des Weiteren gegen äußere Einflüsse und gegen etwaigen Wandalismus gut gesichert.
194. In der vorgesehenen Ausprägungsform der Erfindung (1) sind diese Reservekammern oder Reservebereichen (R) verschließbar und gegen äußere Umwelteinflüsse, gegebenenfalls gegen Wasser und Feuchtigkeit, eventuell sogar hermetisch abriegelbar, ausgestaltet.
195. In besonderes vorteilhaften Ausprägungsform der Erfindung (1) beherbergen Reservekammern oder Reservebereichen (R) sensible Sensoren und elektrische Gerätschaften, auch Großrechneranlagen, Kraftwerkssteuereinrichtungen, etc.
196. In der vorgesehenen Ausprägungsform der Erfindung (1) sind diese Reservekammern oder Reservebereichen (R) als begehbare Bereiche ausgestaltet, gegebenenfalls sogar als Notquartiere, für Mannschaft, Rang und Personal ausgestaltet.
197. In einer Spezialausführung der Erfindung (1) sind diese Reservekammern oder Reservebereichen (R) als klinisch reine Räume ausgeführt sein, beispielsweise genügend den Reinraumklassen nach der aktuellen Norm ISO-14644 bzw. nach dem ehemaligen Standard US FED STD 209E, vorzugsweise aufweisend mindestens Reinraumklasse 9, idealerweise jedoch aufweisend mindestens Reinraumklasse 7 oder 8.
198. In der vorgesehenen Ausprägungsform der Erfindung (1) ist mindestens der Heizvorrichtungen (H) mit einem oder mit mehreren elektrischen Wandlern oder Umrichtern (9; 22) elektrisch verbunden.
199. Gegebenenfalls erfolgt diese elektrische darüber hinaus direkt an einzelne oder mehrerer Akkus (12) oder elektrische Speicherzellen (12), insbesondere so dass die Bestromung der Heizvorrichtung(en) (H) nicht umrichtergesteuert erfolgt sondern durch diejenige Gerätschaft erfolgt welche die Gesamtfunktion des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks (1) überwacht und regelt.
200. Im Sinne der vorliegenden Erfindung (2) sind beispielsweise einige der vor genannten Akkus (12) oder Speicherzellen (12) mit den und die elektrischen Wandler oder Umrichtern (9; 22) in ein- und demselben Gehäuse untergebracht.
201. Es hat sich als für die Erfindung (1) sehr vorteilhaft herausgestellt, wenn ein möglichst separater angebrachter Wandler (W) dort aufgestellt oder errichtet wird, wo die mittels der vorliegenden Erfindung (1) gewonnene elektrische Energie an ein eventuell vorgesehenes oder bereits bestehendes Energienetz angekoppelt wird.
202. Im vorgesehenen Betrieb der der Erfindung (1) ist die aus der Medienströmung (S) gewinnbare elektrische Energie durchschnittlich höher als die aus der Sonnenstrahlung gewinnbare elektrische Energie.
203. Beispielsweise beträgt die aus der Medienströmung (S) gewinnbare elektrische Energie mindestens dem zwei bis vierfachen, vorzugsweise sogar dem drei- bis sechsfachen der aus der Sonneneinstrahlung gewinnbaren elektrischen Energie.
204. Im Sinne der erfindungsgemäßen Anlage (1) wird ein Verfahren bereitgestellt, welches eine zur Anzahl der eingesetzten Rotor(anordnung)en (4) bzw. Turbinen(anordnung)en (4) proportionale elektrische Energiegewinnung ermöglicht.
205. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (1) werden Solar- oder Photovoltaikzellen- bzw. Solar- oder Photovoltaikmodule (20; 30) im Sinne der Solarwärmetechnik vorwiegend zur Erwärmung eines Trägermediums verwendet werden, beispielsweise im Sinne der Wärme-Kraft-Prozesse.
206. Dabei wird vorzugsweise die im Sinne von Solarwärmetechnik aufgenommene Wärmeenergie aus der Sonneneinstrahlung mittels speziellen Solar- oder Photovoltaikzellen- bzw. Solar- oder Photovoltaikmodulen (20; 30) aufgenommen bzw. absorbiert – und teilweise in mechanische Nutzarbeit, etwa zum Betrieb Antrieben oder Hilfsantrieben, oder sogar zum Betrieb von Pumpen oder gar von Wärmepumpen umgewandelt.
207. Bei der Verwendung von Solar- oder Photovoltaikzellen (20; 30) im Sinne der Solarwärmetechnik zum Betrieb von Wärmepumpen wird vorzugsweise Energie aus der absorbierten Sonneneinstrahlung als „Restwärme” oder „Abwärme” ins Innere des Turmes (2'') oder der Röhre (2) abgeführt, um damit eine oder mehrere Einrichtungen im Inneren des Energieröhrenkraftwerks (1) zu beheizen.
208. Diese Einrichtungen sind dabei vorteilhafterweise die oben genannten Heizelemente oder Heizquellen (H), welche über Medienbeheizung infolge Solarwärmetechnik betrieben werden.
209. Diese Einrichtungen sind des Weiteren beispielsweise Raumheizungen oder Klimaanlagen, welche vorzugsweise die Reservekammern oder Reservebereiche (R) beheizen oder klimatisieren.
210. In einer sehr zukunftsweisenden Ausgestaltung der Erfindung (1) ist die Verwendung von nichtmassiven Solar- oder Photovoltaikmodulen bzw. Solar- oder Photovoltaikzellen, beispielsweise die Verwendung von Solar(modul)folien Elementen (25) vorgesehen.
211. Derartige Solar(modul)folien (25) werden vorteilhafterweise an die strukturelle Ständerkonstruktion, etwa an das den Turm (2'') oder die Röhre (2) definierende Fachwerk aus vorzugsweise miteinander verschraubten Metallelementen an- oder aufgebracht.
212. Vorzugsweise umspannen oder überspannen diese Solar(modul)folien (25) die Mantelfläche der Röhre (2) bzw. des Turmes (2'') großflächig, beispielsweise so, dass vorzugsweise die Hälfte der gesamten Mantelfläche (M_r bzw. M_k) der Turmhaut (5) Solar(modul)folien (25) Elementen umspannt oder überspannt ist, mindestens jedoch mindestens zwei Drittel gesamten Mantelfläche (M_r bzw. M_k).
213. In der vorgesehenen Ausprägung der Erfindung (1) sind eine oder mehrere der unteren und/oder oberen Öffnungen (7; 8) automatisiert zu öffnen oder automatisiert zu schließen, so dass beispielsweise die Anzahl und Fläche der jeweils vorhandenen Öffnungen (7; 8) bedarfsgerecht vergrößert oder verkleinert werden kann.
214. Die Erfindung (1) wird vorteilhafterweise mit einschlägiger Sensorik (13) ergänzt, welche die Strömungs- und klimatischen Umgebungsverhältnisse sowohl im Inneren des Turms (2'') bzw. der Röhre (2), als auch an dessen unteren (U) Ende und/oder an dessen oberem (O) Ende erfassen und auswerten, zumindest aber zur Auswertung weiterleiten, kann.
215. Diese Sensorik (13) ist vorzugsweise als einer oder mehrere Windmesser oder Anemometer ausgeführt (13).
216. Im Idealfall sind so viele derartige Sensoriken (13) in und an der erfindungsgemäßen Röhre (2) installiert, dass die Strömungs- und Temperaturverhältnisse an nahezu jedem Punkt im Inneren des Kraftwerks (1), insbesondere im Inneren der Röhre (2), als auch an den unteren (U) und oberen (O) Öffnungen der Röhre (2), sensierbar und/oder berechenbar sind.
217. Das Energieröhrenkraftwerk (1) umfasst gegebenenfalls ein Kraftwerkssteuerungs- und Regelungssystem, insbesondere welches, gegebenenfalls hermetisch abgeriegelt, beispielsweise zumindest jedoch wandalensicher, in einer oder mehreren Reservekammern oder Reservebereichen (R) untergebracht ist.
218. Dieses Kraftwerkssteuerungs- und Regelungssystem unterstützt oder übernimmt beispielsweise die Steuerung und/oder Regelung jener Aktoren, Schwenktriebe oder Stellvorrichtungen, welche die Medienströmung beeinflussen.
219. Dieses Kraftwerkssteuerungs- und Regelungssystem unterstützt oder übernimmt beispielsweise ebenso die Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Module und Komponenten, welche die elektrische Energiegewinnung der Anlage (1) beeinflussen.
220. Idealerweise unterstützt oder übernimmt dieses Kraftwerkssteuerungs- und Regelungssystem die Steuerung und/oder Regelung der zur Erfindung zugehörigen elektrischen Wandler oder Umrichter (9; 22), sowie der elektrischen Speicherzellen (12), sowie der elektromechanischen Komponenten (15; 21; K), sowie ferner der elektrisch ansteuerbaren Antriebe und Hilfsantriebe sowie gegebenenfalls zusätzlich der elektrisch betreibbaren Pumpen und Wärmepumpen sowie gegebenenfalls des Generators (16) oder der Generatorbaugruppe (16).
221. Im idealsten Falle der vorliegenden Erfindung (1) übernimmt das vorgenannte Kraftwerkssteuerungs- und Regelungssystem die Steuerung und/oder Regelung der erfindungsgemäßen Anlage (1) vollständig, sodass ein autarker und personenunabhängiger Betrieb des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerkes (1) unter Gewinnung von elektrischer Energie zur gewerblichen (oder auch privaten) Nutzbarmachung, gegeben ist.

Im Folgenden aufgeführt sind beispielhafte Ausprägungen der Erfindung. Dabei zeigt:
1 beispielhaft eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks (1), aufzeigend eine Lagerbaugruppe (10) eines entlang der senkrechten Mittenachse (6) sich rotatorisch bewegend (M) mit konstanter Geschwindigkeit (v_M) drehenden schnecken- oder schraubenförmigen Rotors (4), welcher durch die Medienströmung (S), welche von unten nach oben wirkt, angetrieben wird, und ferner aufzeigend mehrere Öffnungen (7; 8) jeweils im oberen (O) und unteren (U) Drittel der Röhre (2) bzw. des Turms (2''), sowie mehrere Strömungs- bzw. Klimasensorikkomponenten (13) jeweils im oberen (O) und unteren (U) Drittel der Röhre (2) bzw. des Turms (2''). Der Rotor (4) ist dabei über eine mechanische Welle (19) oder Nabe (19) mit der Lagerung (10) verbunden. Das Energieröhrenkraftwerks (1) steht senkrecht auf einem Boden-Fundament oder auf massivem Grund (3), oder auf einer Plattform eines Anlagenteils (3'').
2 beispielhaft eine weitere schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks (1), ebenfalls aufzeigend die Lagerung (10) eines Standard-Rotors (4) mit mindestens zwei Rotorblättern (14) und einer Nabe (19) entlang der senkrechten Mittenachse (6), und ferner aufzeigend mehrere den Turmmantel (5) umspannende Solarzellen (20), welche einen elektrischen Wandler oder Umrichter (9) mit Energie versorgen, welche in Form von elektrischer Energie zur Bestromung mehrerer Heizvorrichtungen (H) im unteren Drittel (U) der Röhre (2) bzw. des Turms (2'') verwendet wird.
Durch die Medienströmung (S) im Inneren der Röhre (2) wird die Lagerung (10) während ihres drehenden Betriebes gekühlt. Durch geeignete Beschaltung einer separaten Heizvorrichtung (H) kann die Lagerung (10) während des Betriebes auch beheizt werden, beispielsweise bei Einsatz des Energieröhrenkraftwerks (1) in kalten oder frostigen Regionen. Das Energieröhrenkraftwerks (1) steht senkrecht auf einem Boden-Fundament oder auf massivem Grund (3), oder auf einer Plattform eines Anlagenteils (3'').
3 beispielhaft eine dritte schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks (1) schematisch aufzeigend mehrere Spulenelemente (K) als Komponenten eines integrierten elektrischen Generators, wobei einige Spulenelemente (K) über einen elektrischen Wandler oder Umrichter (9) mit elektrischer Energie versorgt werden, beispielsweise zur Bereitstellung eines elektromagnetischen Feldes.
Ferner dargestellt sind mehrere Akkus oder Speicherzellen (12), zum einen untergebracht in diskreten Reservebereichen (R), und zum Anderen mit einem elektrischen Wandler (22) in ein- und demselben Gehäuse untergebracht.
Der letztgenannte Wandler, welcher mit Speicherzellen (12) in einem Gerät verbaut ist, kann eine großflächige Heizvorrichtung (H) bestromen. Des weiteren werden mehrere den Turmmantel (5) umspannende Solarfolien Elemente (25) aufgezeigt. Des Weiteren wir ein Wandler für die Netzkopplung (W) aufgezeigt, welcher sowohl mit Speicherzellen (12), als auch mit den elektrischen Wandlern oder Umrichtern (9; 22) elektrisch verbunden ist.
Das Energieröhrenkraftwerks (1) steht senkrecht auf einem Boden-Fundament oder auf massivem Grund (3).
4 beispielhaft eine vierte schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks (1) wiederum schematisch aufzeigend mehrere Spulenelemente (K) als Komponente eines integrierten elektrischen Generators (16), wobei einige Spulenelemente (K) über einen oder mehrer elektrischen Wandler oder Umrichter (9; 22), also direkt oder indirekt, mit elektrischer Energie versorgt werden, beispielsweise zur Bereitstellung eines elektromagnetischen Feldes. Ferner dargestellt sind mehrere separate im unteren Bereich (U) der Röhre (2) installierte Heizelemente (H), welche jeweils mit einer elektrischen Speicherzelle (12) elektrisch verbunden sind.
Die mehreren Heizelemente (H) sind so angeordnet, dass sie Ihre Wärme oder Heizenergie an die vorbeiströmende Medienströmung (S) abgeben können. Die Bestromung der Heizelemente (12) kann wahlweise durch die Speicherzelle (12) und/oder durch einen elektrischen Wandler oder Umrichter (22) erfolgen. Des Weiteren wir ein Wandler für die Netzkopplung (W) aufgezeigt, welcher sowohl mit der Speicherzelle (12), als auch mit den elektrischen Wandlern oder Umrichtern (9; 22) elektrisch verbunden ist.
Des weiteren werden mehrere den Turmmantel (5) umspannende Photovoltaikmodule oder PV-Zellen (30) aufgezeigt. Das Energieröhrenkraftwerks (1) steht senkrecht auf einem Boden-Fundament oder auf massivem Grund (3), oder auf einer Plattform eines Anlagenteils (3''). Des weiteren werden mehrere den Turmmantel (5) umspannende Photovoltaikmodule (30) aufgezeigt.
5a beispielhaft eine weitere schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks (1) schematisch aufzeigend mehrere Öffnungen (7; 8) jeweils im oberen (O) und unteren (U) Drittel der Röhre (2), ferner aufzeigend einen querschnittsverengten (A_w) Mantel (5) der Röhre (2), während sich an oberem (O) und unterem (U) Drittel der Röhre (2) die Querschnitt aufweiten.
Dargestellt sind mehrere in Richtung der senkrechten Mittenachse (6) orientierte Lagerungen (10), welche jeweils über Naben (19) mehrere Rotorblätter (14) und zugehörige Standard-Rotoren (4) lagern. Am unteren Ende dieser Rotor- oder Turbinenanordnung (4) ist eine Getriebebaugruppe (17) angeflanscht, welche die drehende Bewegung der mechanischen Welle (18) übersetzt und an die angrenzende elektrische Generatorbaugruppe (16) weiterleitet. Sowohl die Turbinenanordnung (4), als auch die Getriebebaugruppe (17), sowie auch die Generatorbaugruppe (16) ist mittels mehrerer Maschinenträger (11) im Inneren der Röhre (2) installiert.
Gut sichtbar dargestellt sind ebenfalls die wirkenden Medienströmungen (S), welche die Rotoren (4) in Drehung/Bewegung versetzen. Die Generatorbaugruppe (16) ist mit einem elektrischen Wandler oder Umrichter (22) elektrisch verbunden oder gekoppelt, welcher wiederum elektrisch mit einer elektrischen Speicherzelle (12) verbunden ist, als auch mit dem Wandler für die Netzkopplung (W).
Ferner werden in 5a zwei unterhalb der Turbinenanordnung (4) angeordnete Rotoren (4) mit Schaufelartigen Blättern aufgezeigt, welche mit ihrer Rotationsachse nicht in Richtung der senkrechten Mittenachse (6) orientiert sind, sondern orthogonal zu dieser senkrechten Mittenachse (6). Auch jene zwei Rotoren (4) sind über die gemeinsame Getriebebaugruppe (17) mit dem elektrischen Generator (16) gekoppelt.
5b beispielhaft eine weitere schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks (1), aufzeigend wiederum mehrere Öffnungen (7) im unteren (U) Drittel des Turmes (2''), jedoch nur eine großflächige Öffnung (8) an der Oberseite des Turmes (2), ferner aufzeigend einen querschnittserweiterten (A_e) Mantel (5) im oberen Drittel (O) des Turmes (2), während sich unterhalb dieses querschnittserweiterten (A_e) Bereiches direkt ein Bereich minimalen Turmdurchmessers (d_i) ausbildet, an welchem die Medienströmung (S_i) mit einer größten Strömungsgeschwindigkeit (v_i) hindurchströmt.
Dargestellt sind mehrere in Richtung der senkrechten Mittenachse (6) orientierte Lagerungen (10), jeweils an oberem und unterem Ende einer Turbinenanordnung (4), welche jeweils über Naben (19) mehrere Rotorblätter (14) und zugehörige Standard-Rotoren lagern. Am unteren Ende dieser Rotor- oder Turbinenanordnung (4) ist eine Getriebebaugruppe (17) angeflanscht, welche die drehende Bewegung der mechanischen Welle (18) übersetzt und an die angrenzende elektrische Generatorbaugruppe (16) weiterleitet. In der dargestellten 5b erstreckt sich die mechanische Welle (18) entlang und in Richtung der senkrechten Mittenachse (6). Sowohl die Turbinenanordnung (4), als auch die Getriebebaugruppe (17), sowie auch die Generatorbaugruppe (16) wird von einem den Turm (2) in seiner ganzen Länge (l_r) durchziehenden Maschinenträger (11) im Inneren des Turms (2) getragen.
Auch 5b stellt gut sichtbar die wirkenden Medienströmungen (S), welche die Rotoren (4) in Drehung/Bewegung versetzen, dar. Die Generatorbaugruppe (16) ist mit einem elektrischen Wandler oder Umrichter (22) elektrisch verbunden oder gekoppelt, welcher wiederum elektrisch mit einer elektrischen Speicherzelle (12) verbunden ist, als auch mit dem Wandler für die Netzkopplung (W).
5c eine beispielhafte Außenansicht des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks (1), aufzeigend einen querschnittsverengte Silhouette in stilisierter Sanduhrform mit einer gewissen Länge (l_i) der Querschnittsverengung im oberen bzw. im mittleren Teil der Röhre (2). Gut sichtbar dargestellt sind die vielen Solarmodule (20) und/oder Solarmodulfolienelemente (25) und/oder Photovoltaikelemente oder PV-Zellen (30), welche den Mantel (5) umfassend umspannen, um der Sonneneinstrahlung möglichst viel Fläche entgegenzusetzen, über welche die einfallenden Sonnenstrahlen aufgenommen bzw. absorbiert werden können.
5d eine weitere beispielhafte Außenansicht des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks (1), aufzeigend eine Röhre (2) mit einfachem runden Querschnitt. Die Länge (I_r) dieser Röhre ist weitaus größer als der Durchmesser (d_i) dieser Röhre (2).
Gut sichtbar dargestellt sind auch hier die vielen Solarmodule (20) und/oder Solarmodulfolienelemente (25) und/oder Photovoltaikelemente oder PV-Zellen (30), welche den Mantel (5) ringförmig umspannen, um der Sonneneinstrahlung möglichst viel Fläche entgegenzusetzen, über welche die einfallenden Sonnenstrahlen aufgenommen bzw. absorbiert werden können.
Die obere Hälfte der Zeichnung zeigt die Draufsicht auf die Röhre (2) des Energieröhrenkraftwerks (1), offenbarend eine große kreisförmige obere Öffnung (8), durch welche die Medienströmung aus dem Inneren der Röhre in die Außenluft (A) austreten kann. Am oberen Ende der Röhre (2) des Energieröhrenkraftwerks (1) ist Strömungs- und/oder Klimasensorik (13) in Ausprägung eines anemometrischen Sensors installiert, damit die Windströmungen am oberen Teil der Röhre (2) erfasst werden können. Ebenso ist am unteren Ende der Röhre (2) des Energieröhrenkraftwerks (1) ist Strömungs- und/oder Klimasensorik (13), ebenfalls in Ausprägung eines anemometrischen Sensors installiert, damit die Windströmungen in Boden- bzw. Fundamentnähe erfasst werden können.
5e eine weitere beispielhafte Außenansicht des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks (1), aufzeigend eine Röhre bzw. einen Turm (2; 2'') mit vieleckigem, insbesondere achteckigen Querschnitt. Die Länge (l_k) dieser Röhre ist größer als jeder Durchmesser (d_o; d_u) dieser Röhre bzw. dieses Turms (2; 2'').
Gut sichtbar dargestellt sind auch hier die vielen Solarmodule (20) und/oder Solarmodulfolienelemente (25) und/oder Photovoltaikelemente oder PV-Zellen (30), welche den Mantel (5) ringförmig umspannen, um der Sonneneinstrahlung möglichst viel Fläche entgegenzusetzen, über welche die einfallenden Sonnenstrahlen aufgenommen bzw. absorbiert werden können. Die obere Hälfte der Zeichnung zeigt die Draufsicht auf diese Röhre bzw. auf diesen Turms (2; 2'') des Energieröhrenkraftwerks (1), offenbarend eine ebenfalls vieleckige obere Öffnung (8), durch welche die Medienströmung aus dem Inneren der Röhre in die Außenluft (A) austreten kann. Am unteren Rand der Zeichnung ist dargestellt, wie der Grund oder das Fundament, auf welchem die Röhre bzw. der Turm (2; 2'') des Energieröhrenkraftwerks (1) errichtet ist, oberhalb derjenigen Höhenmarke liegt, welche bei Installation des Energieröhrenkraftwerks (1) auf (hoher) See oder in (fließenden) Gewässern keineswegs von den darunter befindlichen Wassermassen erreicht werden darf.
Gut sichtbar dargestellt ist auch in 5e, dass die Röhre bzw. der Turm (2; 2'') gegenüber der senkrechten Mittenachse (6) im Idealfalle nicht geneigt ist, sondern dass die Mittenachse (6) der Röhre bzw. des Turms (2; 2'') senkrecht auf dem darunter befindlichen Grund oder Fundament errichtet ist.
5f beispielhaft eine letzte schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Energieröhrenkraftwerks (1) wiederum schematisch aufzeigend mehrere Spulenelemente (K) als Komponente eines integrierten elektrischen Generators (16), wobei sich in 5f die Spulenelemente unterscheiden in das elektromechanische Statorteil (21) und das elektromechanische Rotorteil (15), wobei Letzteres gleich dem Läufer (15) im Generator (16) gleichkommt.
Die Spulenelemente (K) des Statorteils (21) werden über einen elektrischen Wandler oder Umrichter (9), direkt, mit elektrischer Energie versorgt, vorzugsweise zur Bereitstellung eines elektromagnetischen Feldes im Inneren des elektrischen Generators (16). Der Abgriff der mittels Induktion im Inneren des Generators (16) erzeugten elektrischen Spannung erfolgt über eine Kontaktierung, vorzugsweise am Läuferteil (15) des Generators (16). Nicht dargestellt aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hierbei der Rotor (4), welcher infolge der Medienströmung (S) in rotatorische Bewegung (M) versetzt wird, und welcher direkt oder indirekt mit dem Läufer (15) des Generators gekoppelt ist. Die elektrische Energie, welche durch den Generator (16) gewonnen wird, wird an einen weiteren elektrischen Wandler oder Umrichter (22) übertragen. Generator (16) und Wandler (22) sind elektrisch gekoppelt, beispielsweise durch Leitungsverbindung.
Ferner dargestellt ist ein separates, im unteren Bereich (U) der Röhre (2) bzw. des Turms (2; 2'') installiertes Heizelement (H), welche mit dem elektrischen Wandler (22), als auch mit einer elektrischen Speicherzelle (12) elektrisch verbunden ist.
Die mehreren Heizelemente (H) sind so angeordnet, dass sie Ihre Wärme oder Heizenergie an die vorbeiströmende Medienströmung (S) abgeben können. Die Bestromung der Heizelemente (12) kann wahlweise durch die Speicherzelle (12) und/oder durch einen elektrischen Wandler oder Umrichter (22) erfolgen. Des Weiteren wir ein Wandler für die Netzkopplung (W) aufgezeigt, welcher sowohl mit der Speicherzelle (12), als auch mit den elektrischen Wandlern oder Umrichtern (9; 22) elektrisch verbunden ist.
Des weiteren werden in 5f mehrere den Turmmantel (5) umspannende Photovoltaikmodule oder PV-Zellen (30) aufgezeigt. Einer der elektrischen Wandler oder Umrichter (9) ist mit diesen Photovoltaikmodulen oder PV-Zellen (30) elektrisch verbunden oder gekoppelt. Die Bestromung der oben genannten Spulen (K) erfolgt vorzugsweise durch die Energie, welche aus der Sonnenstrahlung gewonnen werden kann. Diese Sonnenstrahlung wird von den Photovoltaikmodule oder PV-Zellen (30) absorbiert und in mindestens einem der elektrischen Wandler oder Umrichter (9) konditioniert.

Das Energieröhrenkraftwerks (1) steht in 5f senkrecht auf einem Anlagenteil (3''), oder auf einer Plattform eines Anlagenteils (3''). Es kann sich dabei um eine Plattform auf einem mobilen System, beispielsweise auf einem Seefahrzeug oder auf einem Landfahrzeug, handeln. Bezugszeichenliste:

1	Kraftwerk, Energieröhrenkraftwerk	A	Außenluft, Umgebungsluft
2	Röhre, Kamin	2''	Hohlkörper, Turm, Kamin
3	Fundament, Grund, Plattform	3''	Anlagenteil, Plattform
HN	Höhe über Wasserspiegel	U/O	unteres/oberes Drittel
v_i	Strömungsgeschwindigkeit	S	Strömung, Medienströmung
v_M	Rotationsgeschwindigkeit	M	Bewegung, Rotation
4	Rotor(anordnung), Turbine(nanordnung)	14	Rotorblatt, Turbinenschaufel
5	Mantel(struktur), Außenseite, Turmhaut, Röhrenmantel	6	senkrechte/Lotrechte Mittenachse
7	untere Öffnung	8	obere Öffnung
9/22	Elektrischer Wandler, Umrichter, Wechselrichter	10	Lager(baugruppe), Wälzlager, Drehverbindung, Momentenlager
11	Maschinenträger	12	Akku, elektrische Speicherzelle
13	Strömungs- und/oder Klimasensorik, Anemometer	15	Elektromechanisches Rotorteil, Läufer
16	Generatorbaugruppe	17	Getriebebaugruppe
18	mechanische Welle	19	Nabe
20	Solarmodul, Solarzelle	21	Elektromechanisches Statorteil
25	Solarfolie, Solarmodulfolie	30	Photovoltaikmodul, PV-Zelle
K	Elektrische Generatorkomponente	W	Wandler Netzkopplung
R	Reservekammer, Reservebereich	H	Heizung, Heizelement
d_i	engster Durchmesser	d_o/d_u	oberer/unterer Durchmesser
A_i	Querschnitt, Strömungsquerschnitt	I_r/I_k	mittlere Länge
A_w	Querschnittverengung	M_r/M_k	Mantelfläche
A_e	Querschnittaufweitung	V_r/V_k	Volumen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102010040917 A1 [0004, 0006]
DE 202011105711 U1 [0024, 0112, 0201]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm ISO-14644 [0169]
Standard US FED STD 209E [0169]
Norm ISO-14644 [0202]
Standard US FED STD 209E [0202]

Claims

Kraftwerk (1) oder Energienwandler (1) zur, vorzugsweise gewerblichen und/oder industriellen und/oder land- und forstwirtschaftlichen, und/oder humanitären und/oder netz-autarken oder/oder privaten, Nutzbarmachung von elektrischer Energie, welche gewonnen wird oder gewinnbar ist aus der Medienströmung (S) eines im Inneren einer Röhre (2) oder eines Kamins (2) bzw. eines Hohlkörpers oder eines Turms (2'') strömenden Luft- oder Gas-Mediums, alternativ eines dort strömenden Fluidmediums, und/oder, vorzugsweise zusätzlich, gewonnen wird oder gewinnbar ist aus der Sonnenstrahlung, beispielsweise mittels Solarmodulen (20) oder Photovoltaikmodulen (30), vorzugsweise welche ausgestaltet sind als mono- oder polykristalline (PV-)Zellen oder gar als Solarmodulfolien (25).
Kraftwerk (1) oder Energienwandler (1) mit einem Verhältnis von Höhe (bzw. Länge) – zu – Durchmesser größer gleich 2, insbesondere sogar mit einem Verhältnis von Höhe (bzw. Länge) – zu – Durchmesser größer gleich 4, in seinem Inneren aufweisend: – mindestens einen elektrischen Generator (16) oder eine Generatorbaugruppe (16), – mindestens einen Rotor(anordnung) (4) und/oder eine Turbinenanordnung) (4), – mindestens eine Nabe (19), an welcher je ein Rotor (4) und/oder eine Turbine (4) befestigt ist oder befestigbar ist, – mindestens ein Rotorblatt (14) pro Rotor (4) oder Turbine (4), – mindestens einen elektrischen Wandler/Umrichter/Wechselrichter (9; 22), – mindestens eine Lagerbaugruppe (10) bzw. Drehverbindung (10), gegebenenfalls weiterhin aufweisend mindestens einen Maschinenträger (11), gegebenenfalls weiterhin aufweisend mindestens eine mechanische Welle (18), gegebenenfalls weiterhin aufweisend mindestens eine Getriebebaugruppe (17), gegebenenfalls weiterhin aufweisend Strömungs- oder Klimasensorik (13), und in oder an seinen Außenflächen aufweisend: – mindestens je eine Öffnung (7; 8) im unteren Drittel (U) und oberen Drittel (O), – mindestens ein Solarmodul (20) und/oder Photovoltaikmodul (30), gegebenenfalls weiterhin aufweisend Strömungs- oder Klimasensorik (13).
Kraftwerk (1) oder Energienwandler (1) nach Anspruch 1 oder 2, vornehmlich in Ausprägung einer, vorzugsweise zylindrischen, alternativ einer pyramiden(stumpf)-ähnlichen oder kegel(stumpf)-ähnlichen, Röhre oder eines Kamins (2) bzw. eines Hohlkörpers oder eines Turms (2''), wobei diese Röhre oder der Kamin (2) bzw. der Hohlkörper oder der Turm (2'') vorzugsweise senkrecht, alternativ unter Neigung von bis zu +/–45° gegenüber der senkrechten Mittenachse (6), bezüglich des darunter befindlichen Fundaments oder Grunds oder der Wasseroberfläche oder eines, gegebenenfalls beweglichen, Anlagenteiles (3''), errichtet ist.
Kraftwerk (1) oder Energienwandler (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch: mehrere Öffnungen (7; 8) zum Umgebungsmedium (A), insbesondere zur Außenluft (A), zweckmäßigerweise in Ausprägung von mindestens einer Öffnung (7) im unteren Drittel (U) der Röhre bzw. des Turms (2; 2''), beispielsweise in je einer Mantel- oder Außenseite (5), und mindestens einer Öffnung (8) im oberen Drittel (O) der Röhre bzw. des Turms (2; 2''), beispielsweise in je einer Mantel- oder Außenseite (5).
Kraftwerk (1) oder Energienwandler (1) nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend: eine oder mehrere innerhalb der Röhre oder des Turms (2; 2'') oder des Kraftwerks (1) angebrachte Lager- oder Drehverbindungsvorrichtung(en) (10), vorzugsweise im oberen Drittel (O), alternativ im unteren Drittel (U), gegebenenfalls im zwischen oberen Drittel (O) und unterem Drittel (U) liegenden Abschnitt der Röhre (2) oder des Turms (2; 2''), zur jeweiligen Lagerung eines damit gekoppelten oder damit koppelbaren Rotors (4) oder einer Nabe (19), alternativ einer Welle (18), oder je einer Rotor-/ bzw. Turbinenschaufel (14).
Kraftwerk (1) oder Energienwandler (1) nach dem vorgenannten Anspruch, wobei sich die jeweils gelagerte Anordnung (4; 19; 14) mittels Medienströmung (S) innerhalb des Kraftwerks (1) oder der Röhre oder des Turms (2; 2''), vorzugsweise mittels Gas- oder Luftströmung, alternativ mittels eines strömenden Fluidmediums, direkt oder indirekt in, vorzugsweise rotatorische, Bewegung (M) versetzen lässt.
Kraftwerk (1) oder Energienwandler (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass: Solarmodule (20) oder Photovoltaikmodule (30), oder gar Solarmodulfolien (25), auf- oder anbringbar sind auf mindestens einer Mantelfläche (M_r; M_k) der Röhre (2) bzw. des Kamins (2) bzw. des Hohlkörpers (2'') oder Turms (2''), vorzugsweise in einer den Mantel oder die Außenseite bzw. die Turmhaut (5) umfassenden oder zumindest teilweise, beispielsweise zur Hälfte, vorzugsweise mehr als die Hälfte, überspannenden Ausprägung.
Kraftwerk oder Energienwandler (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass: Solarmodule (20) oder Photovoltaikmodule (30), oder gar Solarmodulfolien (25), hinsichtlich des auf sie auftreffenden Sonnenstrahl-Einwallwinkels verstellbar sind, insbesondere mittels einer oder mehrerer Verstellvorrichtungen nachführbar verstellbar sind, gegebenenfalls welche untereinander gekoppelt sind oder koppelbar sind, beispielsweise so – dass Solarmodule (20) oder Photovoltaikmodule (30) oder gar Solarmodulfolien (25) jeweils orthogonal der einfallenden Sonnenstrahlen ausgerichtet sind.
Verfahren zur Energiewandlung mittels eines Kraftwerks (1) oder Energiewandlers (1) gekennzeichnet dadurch, dass die aus der die drehende Bewegung (M) initiierende Medienströmung (S) wandelbare oder gewinnbare elektrische Energie, und/oder die aus Sonnenstrahlung wandelbare oder gewinnbare elektrische Energie, zumindest teilweise zur Bestromung einer oder mehrerer Heizungen (H) oder eines oder mehrerer Heizelemente (H) verwendet wird, beispielsweise um eine Sogwirkung oder einen Kamineffekt im Inneren der Röhre (2) hervorzurufen oder zu verstärken, und/oder zumindest teilweise in eine oder mehrere Speicherelemente oder Akkumulatoren (12) eingespeist wird, beispielsweise um Energiereserven zu schaffen.
Verfahren zur Energiewandlung mittels eines Kraftwerks (1) oder Energiewandlers (1) gekennzeichnet dadurch, dass: bei Bestromung einer oder mehrerer Heizungen (H) oder eines oder mehrerer Heizelemente (H) eine Medienströmung (S), beispielsweise die Luftströmung innerhalb der Röhre (2) oder innerhalb des Kraftwerks (1), verstärkt wird und/oder zunimmt, beispielsweise hinsichtlich ihrer Strömungsgeschwindigkeit (v_i) zunimmt, wobei vorzugsweise infolge dieser Medienströmung (S) auch die Bewegung der mindestens einen Rotoranordnung (4) bzw. der mindestens einen Turbinenanordnung (4) verstärkt wird und/oder zunimmt, beispielsweise hinsichtlich der Rotationsgeschwindigkeit (v_M) zunimmt.