DE102015112371A1

DE102015112371A1 - Strömungsenergieanlage

Info

Publication number: DE102015112371A1
Application number: DE102015112371.1A
Authority: DE
Inventors: Vladimir Schmidt; Sergej Schmidt; Vladimir Gebel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2015-07-29
Publication date: 2017-02-02

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Strömungsenergieanlage (1), die aus der Strömungsenergie gasförmiger oder flüssiger Medien, unabhängig von der Strömungsrichtung, mechanische Energie generiert und diese in elektrische Energie umwandelt, wobei die Strömungsenergieanlage mindestens zwei Rotoren (10, 11) mit vertikal ausgerichteten Drehachsen (20, 21) und jeweils mindestens zwei Rotorblättern (30) umfasst. Die Strömungsenergieanlage (1) ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Rotoren (10, 11) in ihrer horizontalen Ebene im Wesentlichen parallel angeordnet sind und sich deren Rotorblätter (30) in ihrer Bewegungsbahn berührungslos überschneiden. Somit ist erfindungsgemäß eine winkelbezogene Orientierung der Rotoren (10, 11) – beispielsweise über Zahnräder (40, 41) oder Riemen oder eine Kombination aus diesen – geschaffen, die eine berührungslose Ineinanderführung der Rotorblätter (30) der verschiedenen Rotoren (10, 11) ermöglicht. Dadurch kann dem Wind bei gleicher Fläche mehr Energie entzogen werden, wodurch der Wirkungsgrad der Strömungsenergieanlage (1) ansteigt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Strömungsenergieanlage, die aus der Strömungsenergie gasförmiger oder flüssiger Medien, unabhängig von der Strömungsrichtung, mechanische Energie generiert und diese in elektrische Energie umwandelt, wobei die Strömungsenergieanlage mindestens zwei Rotoren mit vertikal ausgerichteten Drehachsen und jeweils mindestens zwei Rotorblättern umfasst. Die Erfindung soll vornehmlich in Wohngebieten zum Einsatz kommen.
Stand der Technik
Aus DE 20 2008 010 396 U1 ist eine Strömungsenergieanlage mit mindestens einem, um eine Achse rotierendem Rotor, der mit wenigstens einem Luftleitflügel bestückt ist, bekannt. Der/die Rotor/en sind zumindest teilweise von mindestens einem Diffusor-Element umgeben. Außerdem ist die Anlage mit flüssigen und/oder gasförmigen Medien bei beliebiger Ausrichtung der Anlagen-Drehachse betreibbar.
Bereits die DE 810 500 B beschreibt eine Windturbine mit um eine vertikale Achse drehbaren Flügeln, welche in einem Leitgehäuse angeordnet ist, das einen sich leicht verjüngenden Einlasskanal aufweist. In Anströmrichtung ist mittig ein Abschirmkörper angeordnet, der sich jedoch strömungstechnisch ungünstig auswirkt.
In DE 85 33 964 U1 wird ein horizontal wirkender Windflügelmotor beschrieben, der einen Windtrichter aufweist, der die Windflügel teilweise umschließt und über eine Windfahne in die erforderliche Windrichtung bringbar ist. Der Windtrichter ist im Querschnitt in einem Viertelkreis ausgebildet. Einen vertikalen Windrotor mit einer an einem Arm ausgebildeten Luftansaugfläche beschreibt DE 198 56 914 A1 , und eine Anlage mit einem geraden plattenförmigen Windteilungsblech wird in DE 86 31 273.1 vorgestellt. Alle drei vorgenannten Lösungen sind strömungstechnisch nachteilig ausgebildet.
Nach DE 299 20 899 U1 ist eine Windkraftanlage mit Vertikalrotor und Frontalanströmung bekannt, mit welcher durch eine spezielle Einleitflächenkonstruktion eine Eintrichterung bzw. ein Sog erzielt werden soll, womit höhere Durchströmgeschwindigkeiten erzielbar sind. Durch eine spezielle Konstruktion von zwei Einleitflächen (Diffusorflächen) soll eine Ausrichtung entsprechend der Anströmungsrichtung des Windes erzielt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die erwünschte Nachführung nicht immer zu verzeichnen war.
Eine Windkraftanlage mit frontal angeströmten Vertikalrotoren, deren Anströmbereich aufwendig mit trichterartigen Einleit- und Abdeckblechen versehen ist, zeigt DE 201 02 051 U1 . Insgesamt drei Vertikalrotoren sind in dieser Windkraftanlage angeordnet. Insbesondere durch die mittig angeordneten Leitbleche wird der Strömungswiderstand dieser Anlage erhöht.
Mit der in DE 20 2006 008 289 U1 beschriebenen Lösung soll eine windrichtungsunabhängige Windkraftanlage geschaffen werden. Dazu sind sechs große und sechs kleine Einleitflächen vorgesehen, zwischen denen ein gegen den Uhrzeigersinn rotierender Rotor mit drei aerodynamisch geformten Flügeln angeordnet ist.
Alle bekannten Lösungen haben den Nachteil eines zu geringen Wirkungsgrades.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Strömungsenergieanlage zu schaffen, welche die vorgenannten Nachteile ausräumt und welche geeignet ist, die Strömungsenergie gasförmiger oder flüssiger Medien möglichst verlustfrei zu befördern.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Strömungsenergieanlage sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Strömungsenergieanlage der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Rotoren in ihrer horizontalen Ebene im Wesentlichen parallel angeordnet sind und sich deren Rotorblätter in ihrer Bewegungsbahn berührungslos überschneiden. Somit ist erfindungsgemäß eine winkelbezogene Orientierung der Rotoren – beispielsweise über Zahnräder oder Riemen oder eine Kombination aus diesen – geschaffen, die eine berührungslose Ineinanderführung der Rotorblätter der verschiedenen Rotoren ermöglicht. Dadurch kann dem Wind bei gleicher Fläche mehr Energie entzogen werden, wodurch der Wirkungsgrad der Strömungsenergieanlage ansteigt.
Durch eine vorteilhaft vorgesehene Leichtbauweise der Rotoren und ihrer Bauteilpartner wird zusätzlich eine weitere Steigerung der Rotoren-Drehzahl erreicht werden.
Zur Umwandlung der mechanischen in elektrische Energie dient ein elektrischer Generator, dessen Drehachse vorzugsweise in der des Anlagen-Drehpunktes liegt.
Die Leistung der Strömungsenergieanlage kann durch einen kombinierten Aufbau mehrerer Module (jeweils bestehend aus mindestens zwei in ihrer horizontalen Ebene im Wesentlichen parallel angeordnete Rotoren) variiert werden, wobei ein Modul eine Strömungsanlage mit den vorher beschriebenen Eigenschaften beschreibt. Hierfür werden mehrere Module übereinander zu einem Turm verbaut.
Das ineinander führende Verknüpfen beider Rotoren, im Zusammenspiel mit den sonstigen beschriebenen Eigenschaften zur Steigerung der Effizienz, zeigt das wesentlich Neue der vorliegenden Erfindung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Strömungsenergieanlage ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
In den Zeichnungen zeigen
1 ein Modul in der Draufsicht, offen als Außenläufer;
2 ein Modul in der Draufsicht, offen als freier Außenläufer;
3 ein Modul in der Draufsicht, offen als freier Innenläufer;
4 ein Modul in der Draufsicht, offen als Innenläufer;
5 ein Modul geschlossen, in der Draufsicht;
6 ein Modul, in der Draufsicht, mit Getriebe;
7 ein Modul in perspektivischer Ansicht;
8 ein Modul in der Rückansicht;
9 ein Modul in der Seitenansicht;
10 ein Modul in der Vorderansicht, mit Getriebe;
11 einen Turm mit mehreren Modulen.
Ausführung der Erfindung
Wie aus 1 ersichtlich, ist das Gehäuse 2 der Strömungsenergieanlage 1 bei der ersten von vier Ausführungen der Erfindung an der Eintrittsöffnung 6 (Öffnung des kleinen Querschnitts) vorzugsweise so ausgelegt, dass das anströmende Fluid ins Zentrum der Strömungsenergieanlage 1 abgelenkt wird (Innenläufer). Die Strömungsenergieanlage 1 ist in ihrem Zentrum frei/offen und am Rand durch die Gehäusegeometrie in Richtung der Öffnungsmitte angewinkelt. Zwei Leitbleche 3 dienen der weiteren Ablenkung des Fluides in Richtung des Zentrums der Strömungsenergieanlage 1 und verstärken zusätzlich den Diffusor-Effekt.
Wie aus den 1–4 ersichtlich, sind die Rotorblätter 30 vorzugsweise eine Hybridausführung zwischen Widerstandsläufer und Auftriebsläufer und weisen eine aerodynamisch geformte Tropfenform auf, die zusätzlich radial gekrümmt ist.
Bei der in 2 gezeigten Ausführung der Strömungsenergieanlage 1 wird das anströmende Fluid in den Randbereich abgelenkt, so dass die Rotoren 10, 11 nach außen drehen (Außenläufer). Im Zentrum vor der Strömungsenergieanlage 1 ist eine Gehäusegeometrie gegeben, die die Ablenkung des anströmenden Fluides realisiert.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich, besitzt eine dritte Variante der Strömungsenergieanlage 1 keine Ummantelung (Freiläufer), wodurch sich die Rotordrehung je nach Ausrichtung der Rotorblätter 30 ergibt. Dadurch entstehen zwei weitere Ausführungen der Anlage. Der freie Innenläufer in 3 hat die gleiche Zustellung der Rotorblätter 30 wie der Innenläufer und lässt die Rotoren 10, 11 ins Innere/Zentrum drehen. Der freie Außenläufer in 4 hat die gleiche Zustellung der Rotorblätter 30 wie der Außenläufer und lässt die Rotoren 10, 11 nach Außen/aus dem Zentrum rausdrehen.
Die 5 und 6 zeigen ein Modul geschlossen, sowie mit Getriebe, in der Draufsicht. Wie ersichtlich, umfasst die Strömungsenergieanlage 1 vorzugsweise ein Gehäuse 2, welches eine trichterförmige Bauform aufweist. An der Vorderseite des Gehäuses 2 sind vorteilhaft Leitbleche 3 vorgesehen, welche den Diffusor-Effekt verstärken, indem sie so ausgerichtet sind, dass die Strömung ins Zentrum der Anlage gerichtet wird.
Wie insbesondere aus 6 ersichtlich, ist der Anlagen-Drehpunkt 4 vorzugsweise nahe des Strömungseintritts ausgerichtet, derart, dass die Strömung an der Öffnung 6 des kleinen Querschnitts eintritt und an der Öffnung 7 des großen Querschnitts des Gehäuses 2 austritt. Die Windnachführung wird dabei vorzugsweise mittels eines passiven Systems realisiert, bei dem der Anlagen-Drehpunkt 4 zum Schwerpunkt des Moduls vorzugsweise versetzt angeordnet ist.
Wie aus 11 ersichtlich, sind vorteilhaft mehrere Rotoren-Module 5 vorgesehen, wobei jedes Modul 5 mindestens zwei Rotoren 10, 11 umfasst, wobei mindestens zwei Module 5 übereinander angeordnet sind.
Ganz besonders bevorzugt sind die Rotoren 10, 11 mittels Zahnrädern 40, 41 oder Riemen oder einer Kombination aus diesen miteinander verbunden, so dass eine berührungslose Ineinanderführung der Rotorblätter 30 der verschiedenen Rotoren 10, 11 ermöglicht ist.
Die erfindungsgemäße Strömungsenergieanlage 1 beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsformen. Vielmehr sind eine Vielzahl von Ausgestaltungsvariationen denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteter Ausführung Gebrauch machen.
Bezugszeichenliste

1: Strömungsenergieanlage
2: Gehäuse
3: Leitbleche
4: Anlagen-Drehpunkt / Achse
5: Modul
6: Eintrittsöffnung
7: Austrittsöffnung
10, 11: Rotoren
20, 21: Drehachsen
30: Rotorblätter
40, 41: Zahnräder

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 202008010396 U1 [0002]
DE 810500 B [0003]
DE 8533964 U1 [0004]
DE 19856914 A1 [0004]
DE 8631273 [0004]
DE 29920899 U1 [0005]
DE 20102051 U1 [0006]
DE 202006008289 U1 [0007]

Claims

Strömungsenergieanlage (1), die aus der Strömungsenergie gasförmiger oder flüssiger Medien, unabhängig von der Strömungsrichtung, mechanische Energie generiert und diese in elektrische Energie umwandelt, wobei die Strömungsenergieanlage mindestens zwei Rotoren (10, 11) mit vertikal ausgerichteten Drehachsen (20, 21) und jeweils mindestens zwei Rotorblättern (30) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Rotoren (10, 11) in ihrer horizontalen Ebene im Wesentlichen parallel angeordnet sind und sich deren Rotorblätter (30) in ihrer Bewegungsbahn berührungslos überschneiden.
Strömungsenergieanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorblätter (30) eine aerodynamisch geformte Tropfenform aufweisen, die zusätzlich radial gekrümmt ist.
Strömungsenergieanlage (1) nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuse (2) umfasst, welches eine trichterförmige Bauform aufweist.
Strömungsenergieanlage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Leitbleche (3) an der Vorderseite des Gehäuses (2) vorgesehen sind, welche den Diffusor-Effekt verstärken, indem sie so ausgerichtet sind, dass die Strömung ins Zentrum der Anlage gerichtet wird.
Strömungsenergieanlage (1) nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anlagen-Drehpunkt (4) nahe des Strömungseintritts ausgerichtet ist, derart, dass die Strömung an der Öffnung des kleinen Querschnitts eintritt und an der Öffnung des großen Querschnitts des Gehäuses (2) austritt.
Strömungsenergieanlage (1) nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Windnachführung mittels eines passiven Systems realisiert wird, bei dem der Anlagen-Drehpunkt (4) zum Schwerpunkt des Moduls vorzugsweise versetzt angeordnet ist.
Strömungsenergieanlage (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse eines elektrischen Generators in der Achse des Anlagen-Drehpunktes (4) liegt.
Strömungsenergieanlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rotoren-Module (5) vorgesehen sind, wobei jedes Modul (5) mindestens zwei Rotoren (10, 11) umfasst, wobei mindestens zwei Module (5) übereinander angeordnet sind.
Strömungsenergieanlage (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotoren (10, 11) mittels Zahnrädern (40, 41) oder Riemen oder einer Kombination aus diesen miteinander verbunden sind, so dass eine berührungslose Ineinanderführung der Rotorblätter (30) der verschiedenen Rotoren (10, 11) ermöglicht ist.