DE10310009B4 - Strömungskraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Strömungskraftmaschine zur Erzeugung von Energie, bei der in ein Gehäuse duch Einströmkanäle einströmende Gase die Schaufeln mindestens einen Rotor, der senkrecht angeordnet ist, antreiben und die Drehbewegung zum Antrieb eines Generators, einer Pumpe oder eines Verdichters genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (1) innen drei ineinander übergehende Abschnitte mit unterschiedlichem Querschnitt aufweist,
einen zylinderförmigen unteren Abschnitt (1.1), in dem die Einströmkanäle (6) münden und in dem der Rotor (3) mit den Schaufeln (2) rotiert,
einen sich daran anschließenden kegelstumpfförmig nach oben verlaufenden mittleren Abschnitt (1.2) und
einen sich daran anschließenden weiteren zylinderförmigen Abschnitt (1.3), der oben über eine verstellbare Abdeckung (7) verfügt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Strömungskraftmaschine zur Erzeugung von Energie, bei der durch strömende Gase die Schaufeln mindestens eines Rotors angetrieben werden und die so erzeugte Drehbewegung des Rotors zum Antrieb eines Generators, einer Pumpe, eines Verdichters etc. genutzt wird.
  • Strömungskraftmaschinen sind als Wasser- und Windräder in der Geschichte schon sehr lange genutzt worden. Windräder in der speziellen Form vertikaler, um eine senkrechte Achse drehender Flächen sind schon im 11. Jahrhundwert erwähnt. Später wurden Windmühlen in der üblichen bis in die heutige Zeit erhaltenen Bauweise mit radialstehenden Blättern betrieben. Heute werden Propeller großer Abmessungen gebaut, die nach dem Tragflügelprinzip funktionieren. Gemeinsam ist diesen Konstruktionen, dass sie die kinetische Energie des Windes zur Erzeugung von Antriebsleistung ausnutzen. Darin liegt auch ein wesentlicher Nachteil, die Abhängigkeit von der kinetischen Energie des Windes.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die kinetische Energie eines strömenden Gases zu steuern.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit den erfindungsgemäßen Merkmalen des Anspruches 1, vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei der erfindungsgemäßen Strömungskraftmaschine zur Erzeugung von Energie, bei der in ein Gehäuse durch Einströmkanäle einströmende Gase die Schaufeln mindestens einen Rotor, der senkrecht angeordnet ist, antreiben und die Drehbewegung zum Antrieb eines Generators, einer Pumpe oder eines Verdichters genutzt wird, ist vorgesehen, dass das Gehäuse innen drei ineinander übergehende Abschnitte mit unterschiedlichem Querschnitt aufweist, einen zylinderförmigen unteren Abschnitt, in dem die Einströmkanäle münden und in dem der Rotor mit den Schaufeln rotiert, einen sich daran anschließenden kegelstumpfförmig nach oben verlaufenden mittleren Abschnitt und einen sich daran anschließenden weiteren zylinderförmigen Abschnitt, der oben über eine verstellbare Abdeckung verfügt. In einer speziellen Ausführung ist es auch möglich, dass der untere Abschnitt und der mittlere Abschnitt zusammengefasst sind und einen kegelstumpfförmig nach oben verlaufenden Querschnitt aufweisen.
  • Die Erfindung nutzt die im Gehäuse auftretende Sogwirkung, bei der Gase durch die Einströmkanäle angesaugt werden, die Schaufeln durchströmen und im Bereich der Abdeckung wieder austreten, zur Erzeugung von Energie.
  • Vorteilhafterweise ist weiterhin vorgesehen, dass in den Einströmkanälen Leitbleche angeordnet sind, die die Gase strömungsoptimiert in Richtung Schaufeln lenken.
  • Dabei können die Gase in eine rotatorische Bewegung um die Mittelachse des Gehäuses versetzt werden, so dass sie eine spiralförmige Bewegung nach oben vollziehen. Dieser Prozess wird durch einen Mantel um die Rotorachse unterstützt.
  • Um insbesondere beim Anfahren der Strömungskraftmaschine schnell eine ausreichende Sogwirkung zu erzielen, ist in der weitern Ausgestaltung vorgesehen, dass im Bereich der Einströmkanäle und/oder des Mantels um die Rotorachse eine steuerbare Heizung für die einströmenden Gase angeordnet ist.
  • Der weiteren Beschleunigung der Gase dient eine besondere Ausgestaltung insbesondere des kegelstumpfförmig ausgebildete Abschnitts. Er weist eine Doppelwandstruktur auf, außen eine Glaswand, vorzugsweise als Isolierglas mit Doppelscheiben und Vakuum dazwischen ausgebildet, und innen eine Metallwand. Die Metallwand besitzt vorzugsweise außen eine wärmeabsorbierende Schicht und innen vorzugsweise eine wärmeabstrahlende Schicht. Die kinetische Energie der Gase wird so durch die Zufuhr von Wärme nach dem Prinzip der Solarkollektoren erhöht.
  • Der Strömungsoptimierung dient auch die oben über dem oberen Abschnitt angeordnete verstellbare Abdeckung. Bei einer Ausführung sind außen am oberen Abschnitt des Gehäuses nach oben bzw. unten verschiebbare Stangen angeordnet, die oben die Abdeckung tragen. Sie ist so höhenverstellbar.
  • Eine andere Ausführung sieht vor, dass der obere Abschnitt des Gehäuses außen einen höhenverschiebbaren Mantel aufweist, an dem die nach oben bzw. unten verschiebbaren Stangen für die Bewegung der Abdeckung angeordnet sind.
  • Weiterhin kann die Abdeckung eine in Richtung oberen Abschnitt weisende konvexe Form aufweisen.
    •
  • Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt.
  • Es zeigen:
  • 1: das Gehäuse mit Rotor
  • 2: die Anordnung der Abdeckung und
  • 3: den Gaseinlass als Draufsicht
  • 1 zeigt das Gehäuse 1, das innen drei ineinander übergehende Abschnitte mit unterschiedlichem Querschnitt aufweist. Der untere Abschnitt 1.1, in dem die Einströmkanäle 6 münden und in dem der Rotor 3 mit den Schaufeln 2 rotiert, ist zylinderförmig ausgebildet. Der sich daran anschließende mittlere Abschnitt 1.2 ist kegelstumpfförmig nach oben verlaufend und der sich daran anschließende weitere Abschnitt 1.3, der oben über eine verstellbare Abdeckung 7 verfügt, ist zylinderförmig.
  • In den Einströmkanälen 6 sind Leitbleche 8 angeordnet, die die Gase strömungsoptimiert in Richtung Schaufeln 2 lenken. Weiterhin befindet sich im Bereich der Einströmkanäle 6, hier direkt am zylinderförmigen Mantel 13 um die Rotorachse 4, eine steuerbare Heizung 9 für die einströmenden Gase.
  • Der kegelstumpfförmig ausgebildete Abschnitt 1.2 weist eine Doppelwandstruktur auf, außen eine Glaswand 10, vorzugsweise als Isolierglas mit Doppelscheiben und Vakuum dazwischen, und innen eine Metallwand 11. Die Metallwand 11 besitzt außen eine wärmeabsorbierende Schicht und innen eine wärmeabstrahlende Schicht.
  • Außen am oberen Abschnitt 1.3 des Gehäuses 1 ist ein höhenverschiebbarer Mantel 14 angeordnet. Das Höhenverstellen kann über Stangen 15 erfolgen, mit denen der Mantel 14 verbunden ist und die mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung gegenüber dem Gehäuse in der Höhe verstellbar sind oder die Stangen sind fest mit dem Gehäuse verbunden und der Mantel wird gegenüber den Stangen in der Höhe verschoben.
  • Die Fortsetzung nach oben ist in 2 dargestellt. Am Mantel 14 um den oberen Abschnitt 1.3 sind außen Stangen 12 fest angeordnet, die der Führung der Abdeckung 7 dienen und eine Verdrehung bei der Höhenverstellung der Abdeckung 7 verhindern. Die Höhenverstellung selbst erfolgt hier über einen Schraubenbetrieb 16 mit angetriebener Schraube 17.
  • Die Abdeckung 7 besitzt eine in Richtung oberen Abschnitt 1.3 weisende konvexe Form.
  • 3 zeigt in einer Draufsicht den Rotor 3 mit den Schaufeln 2. Das gehäusebedingte infolge der Sogwirkung einströmende Gas wird strömungsoptimiert durch die in den Einströmkanälen 6 angeordneten Leitbleche 8 in Richtung Schaufeln 2 gelenkt, so dass der Rotor angetrieben wird.
  • Das Gas wird dabei in eine rotatorische Bewegung um die Rotorachse 4 versetzt, was noch unterstützt wird durch den Mantel 13 um die Rotorachse.
    • 1
    Gehäuse
    1.1
    Abschnitt des Gehäuses unten
    1.2
    Abschnitt des Gehäuses mittig
    1.3
    Abschnitt des Gehäuses oben
    2
    Schaufeln
    3
    Rotor
    4
    Rotorachse
    5
    Generator
    6
    Einströmkanäle
    7
    Abdeckung
    8
    Leitbleche
    9
    Heizung
    10
    Glaswand
    11
    Metallwand
    12
    Stangen der Abdeckung
    13
    Mantel um die Rotorachse
    14
    Mantel um den oberen Abschnitt
    15
    Stangen des Mantels
    16
    Schraubenantrieb
    17
    Schraube

Claims (13)

  1. Strömungskraftmaschine zur Erzeugung von Energie, bei der in ein Gehäuse duch Einströmkanäle einströmende Gase die Schaufeln mindestens einen Rotor, der senkrecht angeordnet ist, antreiben und die Drehbewegung zum Antrieb eines Generators, einer Pumpe oder eines Verdichters genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1) innen drei ineinander übergehende Abschnitte mit unterschiedlichem Querschnitt aufweist, einen zylinderförmigen unteren Abschnitt (1.1), in dem die Einströmkanäle (6) münden und in dem der Rotor (3) mit den Schaufeln (2) rotiert, einen sich daran anschließenden kegelstumpfförmig nach oben verlaufenden mittleren Abschnitt (1.2) und einen sich daran anschließenden weiteren zylinderförmigen Abschnitt (1.3), der oben über eine verstellbare Abdeckung (7) verfügt.
  2. Strämungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Abschnitt (1.1) und der mittlere Abschnitt (1.2) zusammengefasst sind und einen kegelstumpfförmig nach oben verlaufenden Querschnitt aufweisen.
  3. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Einströmkanälen (6) Leitbleche (8) angeordnet sind, die die Gase strömungsoptimiert in Richtung Schaufeln (2) lenken.
  4. Strömungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass um die Rotorachse (4) ein Mantel (13), vorzugsweise zylinderförmiger Form, angeordnet ist.
  5. Strömungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Einströmkanäle (6) und/oder am Mantel (13) eine steuerbare Heizung (9) für die einströmenden Gase angeordnet ist.
  6. Strömungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der kegelstumpfförmig ausgebildete Abschnitt (1.2) eine Doppelwandstruktur aufweist, außen eine Glaswand (10), vorzugsweise als Isolierglas mit Doppelscheiben und Vakuum dazwischen, und innen eine Metallwand (11).
  7. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallwand (11) außen eine wärmeabsorbierende Schicht aufweist.
  8. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallwand (11) innen eine wärmeabstrahlende Schicht aufweist.
  9. Strömungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Abschnitt (1.3) außen einen höhenverschiebbaren Mantel (14) aufweist.
  10. Strömungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (14) fest an Stangen (15) angeordnet ist, die gegenüber dem Gehäuse (1) höhen verschiebbar sind oder der Mantel (14) ist an fest am Gehäuse (1) angeordneten Stange (15) verschiebbar angeordnet.
  11. Strömungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass außen am oberen Abschnitt (1.3) des Gehäuses (1) nach oben bzw. unten verschiebbare Stangen (12) angeordnet sind, die oben die Abdeckung (7) tragen oder die Stangen (12) sind fest außen am Gehäuse (1) angeordnet und die Abdeckung (7) ist gegenüber diesen Stangen (12) höhen verschiebbar.
  12. Strömungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass außen am Mantel (14) nach oben bzw. unten verschiebbare Stangen (12) angeordnet sind, die oben die Abdeckung (7) tragen oder die Stangen (12) sind fest außen am Mantel (14) angeordnet und die Abdeckung (7) ist gegenüber diesen Stangen (12) höhenverschiebbar.
  13. Strömungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (7) eine in Richtung oberen Abschnitt (1.3) weisende konvexe Form besitzt.
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