DE19545495C1

DE19545495C1 - Wind power plant for converting wind current energy into electrical power

Info

Publication number: DE19545495C1
Application number: DE19545495A
Authority: DE
Inventors: Winfried Rathgeber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2015-12-07

Abstract

The tapered nozzle adjusts itself automatically into the actual wind direction. The turbine directly or indirectly drives a generator via a gear. A bend (16) is connected at the outlet end of the nozzle (10), the air outlet side end area is penetrated by a ring-shaped slide piece (17) which has a curvature corresponding to the pivot radius of the nozzle. A guide rail (18) is pivotably fitted, together with the bend and with the nozzle end, and contains a slot-shaped aperture (19), and abuts an air feed channel (20) to the outer wall, into which the bend issues. The guide rail has an air inlet slot (21) corresponding with the slot-shaped aperture and on its periphery contains at least one outflow connection (22) issuing in the turbine (25).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Windkraftanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a wind turbine according to the Preamble of claim 1.

Eine derartige Windkraftanlage ist durch die DE-PS 3 31 377 be kannt. Hierbei ist die komplette Stromerzeugungseinheit bau lich mit dem Windfänger vereinigt und zur Aufnahme der Turbi nen- und Dynamolager sowie zum Schutz gegen Witterungseinflüsse mit einer Umkleidung versehen.Such a wind turbine is through DE-PS 3 31 377 be knows. The entire power generation unit is under construction Lich combined with the wind catcher and to accommodate the turbi bearings and dynamo bearings as well as protection against the weather provided with a casing.

Der Anwendungsbereich solcher Huckepack-Windkraftanlagen ist aus räumlichen und mechanischen Gründen sowie hinsichtlich der erzielbaren elektrischen Energie relativ eng begrenzt.The field of application of such piggyback wind turbines is for spatial and mechanical reasons as well as regarding of the achievable electrical energy is relatively narrow.

In der DE 75 02 622 U1 ist eine Windkraftmaschine mit einem drehbar auf einem Gestell gelagerten, mit einer Windfahne ver bundenen Windrad dargestellt und beschrieben, bei der das Windrad mit einem Winderzeuger in getrieblicher Verbindung steht und das Windrad im engsten Querschnitt einer Kammer in Form einer Venturidüse angeordnet ist.DE 75 02 622 U1 describes a wind turbine with a rotatably mounted on a frame, ver with a wind vane tied pinwheel shown and described, in which the Wind turbine with a wind generator in gear connection stands and the wind turbine in the narrowest cross section of a chamber Form a Venturi nozzle is arranged.

Da hierbei der Durchfluß des Windes durch die Venturidüse durch den Generator mit dessen Aufbau sowie durch das Windrad selbst beeinträchtigt wird, ist der Wirkungsgrad einer solchen Anordnung verhältnismäßig gering.Because here the flow of the wind through the Venturi nozzle by the generator with its structure and by the wind turbine is affected, is the efficiency of such Arrangement relatively small.

Durch die DE 36 37 831 A1 ist ein Windkraftwerk bekannt, das sich durch einen fest im Boden eines Gewässers befestigten und um diesen frei beweglichen Schwimmkörper mit Windturbine auszeichnet. Der Windturbine ist dabei eine Düse mit darüber angeordneten, auf einem sheddachartigen Gerüst angebrachten Solarzellen vorgeschaltet. Das sheddachartige Gerüst ist an den Aufbauten des aus rohrförmigen Körpern floßartig zusammen gesetzten Schwimmkörpers angeordnet.A wind power plant is known from DE 36 37 831 A1 are firmly anchored in the bottom of a body of water and around this floating float with a wind turbine distinguished. The wind turbine is a nozzle with it above arranged on a shed roof-like scaffold Upstream solar cells. The shed roof-like scaffold is on the superstructure of the tubular bodies together like a raft placed float arranged.

Die Düse dient hierbei nicht als Träger für die ortsfest angebrachten Solarzellen. The nozzle does not serve as a carrier for the stationary attached solar cells.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrads einer Windkraftanlage mit einer in einem Gehäuse angeordneten, mindestens einen Propel ler aufweisenden Propelleranordnung, die von einer durch eine Eintrittsöffnung des Gehäuses eingespeisten Luftströmung durchsetzt wird, ist in der DE 94 15 513 U1 eine Lösung ange geben, gemäß der das Gehäuse derart ausgebildet ist, daß die Luftströmung von der Eintrittsöffnung bis zur Austrittsöff nung des Gehäuses einen im wesentlichen geradlinigen Verlauf aufweist und die Windkraftanlage mindestens eine eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des die Propelleranordnung durch strömenden Luftstroms bewirkende Düsenanordnung aufweist.To improve the efficiency of a wind turbine with one arranged in a housing, at least one prop ler propeller arrangement, which by a by a Inlet opening of the housing fed air flow is enforced, a solution is proposed in DE 94 15 513 U1 give, according to which the housing is designed such that the Airflow from the inlet opening to the outlet opening voltage of the housing an essentially straight course and the wind turbine has at least one increase the flow rate of the propeller assembly has flowing air flow causing nozzle assembly.

Durch die DE 80 34 997 U1 ist eine Diffusor-Windhutze bekannt, deren Eintrittsöffnung für den Horizontalwind am Rand gut ab gerundet und im Querschnitt kleiner ist als die Austritts öffnung, die am Außenrand ebenfalls vom Horizontalwind längs angeströmt ist.A diffuser wind scoop is known from DE 80 34 997 U1, their entry opening for the horizontal wind from the edge well rounded and smaller in cross section than the outlet opening along the outer edge of the horizontal wind flowed to.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Bedarfsfall erweiterungsfähige Windkraftanlage insbesondere für die Strom versorgung von verhältnismäßig kleinen Anwesen und Industrie anlagen zu schaffen, die sowohl bei geringen Windstärken arbei tet als auch bei großen Windstärken betreibbar ist und die er gänzend für die Nutzung von Sonnenenergie heranziehbar ist.The invention is based, one in case of need expandable wind turbine especially for electricity supply of relatively small properties and industry to create systems that work both in low winds tet as well as with strong winds and which he can be used entirely for the use of solar energy.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merk male des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the Merk male of claim 1 solved.

Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen charakterisiert.Further developments and expedient refinements of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen, die zwei Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulichen, erläu tert.The invention is described below with reference to the drawings which schematically illustrate two exemplary embodiments tert.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Seitenansicht der Windkraftanlage, teil weise im Schnitt, Fig. 1 is a side view of the wind power plant, partly in section,

Fig. 2 eine Ansicht längs des Schnittes A-A durch Fig. 1, um 90° gedreht, Fig. 2 is rotated a view along section AA of Fig. 1 by 90 °,

Fig. 3 eine Frontansicht der Windkraftanlage, Fig. 3 is a front view of the wind turbine,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Windkraftanlage ge mäß Fig. 1, Fig. 4 is a plan view of Ge on the wind turbine Mäss Fig. 1,

Fig. 5 eine Ausführungsvariante der Windkraftan lage mit Doppeldüse in Teilansicht, Fig. 5 shows a variant embodiment of the Windkraftan position with double nozzle in partial view,

Fig. 6 eine Frontansicht der Düsenanordnung nach Fig. 5. Fig. 6 is a front view of the nozzle assembly of Fig. 5.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird die Strömungsenergie des Windes über eine windsackartig ausgebildete, horizontal dreh bar an einem Traggestell 14 befestigte und sich selbsttätig in die Windrichtung einstellende Düse 10 einer Turbine 25 (Windturbine) zugeführt, die unmittelbar oder mittelbar über ein Getriebe 26 den Generator 27 antreibt, dessen erzeugte Spannung über einen Schleifringblock 28 dem oder den nicht dargestellten Verbrauchern zugeführt wird.As can be seen from Fig. 1, the flow energy of the wind via a windbag-like, horizontally rotating bar attached to a support frame 14 and automatically adjusting in the wind direction nozzle 10 of a turbine 25 (wind turbine) supplied directly or indirectly via a gear 26 drives the generator 27 , the voltage generated is supplied via a slip ring block 28 to the consumer or consumers, not shown.

Die Düse 10 weist in ihrem Frontbereich mittig einen verti kalen Achsbolzen 11 auf, der mittels eines Wälzlagers 12 in einer Lageraufnahme 13 drehbar gelagert ist, die am Traggestell 14 der Anlage abgestützt ist. An das Luftaustrittsende 15 der Düse 10 ist ein Krümmer 16 angeschlossen, dessen luftaustritts seitiger Endbereich ein ringförmig ausgebildetes, eine dem Schwenkradius der Düse 10 entsprechende Krümmung aufweisendes Gleitstück 17 durchdringt und mit diesem vereinigt ist, das in einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Führungsschiene 18 unter Mitnahme des Krümmers 16 und damit des Düsenendes verschwenkbar geführt ist. The nozzle 10 has in the center a verti cal axis pin 11 which is rotatably supported by a roller bearing 12 in a bearing receptacle 13 which is supported on the support frame 14 of the system. At the air outlet end 15 of the nozzle 10, a manifold 16 is connected, the air outlet end portion thereof penetrates through an annular design, a the swing radius of the nozzle 10 corresponding curvature exhibiting slider 17 and is associated with this, which in a plane extending in the circumferential direction of the guide rail 18 while entraining the manifold 16 and thus the nozzle end is pivotally guided.

Die Führungsschiene 18 weist zu diesem Zweck eine ebenfalls in Umfangsrichtung verlaufende schlitzförmige Durchbrechung 19 auf, in welcher der Endbereich des Krümmers 16 in Umfangsrich tung der Führungsschiene 18 verschiebbar ist. Die Führungs schiene 18 ist ringsum von einem zumindest weitgehend luftdicht an ihre Außenwandung angrenzenden Luftleitkanal 20 umgeben, der mit einem mit der schlitzförmigen Durchbrechung 19 kor respondierenden Lufteinlaßschlitz 21 versehen ist und an sei nem Umfang wenigstens einen in die Turbine 25 mündenden, strö mungstechnisch optimal ausgelegten Ausströmstutzen 22 enthält. Zur reibungsarmen Führung des Gleitstücks 17 in der einen ange nähert u-förmigen Querschnitt aufweisenden Führungsschiene 18 dienen Wälzelemente 23, z. B. Kugeln oder Rollen.For this purpose, the guide rail 18 has a slot-shaped opening 19 which also extends in the circumferential direction and in which the end region of the elbow 16 can be displaced in the circumferential direction of the guide rail 18 . The guide rail 18 is surrounded by an at least largely airtight adjacent to its outer wall air duct 20 , which is provided with a slot-shaped opening 19 cor responding air inlet slot 21 and at least one extent into the turbine 25 opening, streamlined in terms of flow technology Outflow nozzle 22 contains. For low friction guiding of the slider 17 in an integrally approaches u-shaped cross-section having the guide rail 18 are rolling elements 23, for. B. balls or rollers.

Das Gleitstück 17 gewährleistet in der jeweiligen Lage der Düse 10 einen im wesentlichen luftundurchlässigen Abschluß der schlitzförmigen Durchbrechung 19 in den Bereichen neben der Luftaustrittsöffnung des Krümmers 16, mit dem das Gleit stück 17 z. B. durch Schweißung mechanisch fest verbunden ist. Der Vollkreisform aufweisende Luftleitkanal 20 dient zugleich als Auflage und Stabilisierungselement für die Führungs schiene 18 und kann mit dieser verschraubt oder verschweißt sein. Damit besteht auch die Möglichkeit, die Führungsschiene zweiteilig auszubilden, wodurch eine 360°-Drehung der Düse 10 ermöglicht wird. Bei durch ein Bauteil verwirklichter Führungs schiene 18 ist der Verschwenkwinkel der Düse 10 auf unter 360° liegende Werte beschränkt.The slider 17 ensures in the respective position of the nozzle 10 a substantially air-tight closure of the slot-shaped opening 19 in the areas next to the air outlet opening of the manifold 16 with which the sliding piece 17 z. B. is mechanically firmly connected by welding. The full circular shape air duct 20 also serves as a support and stabilizing element for the guide rail 18 and can be screwed or welded to it. This also makes it possible to form the guide rail in two parts, which enables a 360 ° rotation of the nozzle 10 . In the case of a guide rail 18 realized by a component, the pivoting angle of the nozzle 10 is limited to values below 360 °.

Aus Fig. 2 ist einerseits das in die schlitzförmige Durch brechung 19 der Führungsschiene 18 mündende Ende des Krüm mers 16 als auch dessen Verbindung mit dem Gleitstück 17 er kennbar.From Fig. 2, on the one hand in the slot-shaped through refraction 19 of the guide rail 18 opening end of the elbow 16 and its connection with the slider 17 he is recognizable.

Die Fig. 1 und 3 zeigen die Verwendung der Düse 10 als Trä ger für Solarzellenmodule 30, deren durch Sonneneinstrahlung erzeugte elektrische Energie in bekannter Weise wie bei mit Solarenergie gespeisten Fahrzeugen unmittelbar genutzt oder mittels Batterien für den Bedarfsfall gespeichert wird. Gegebenenfalls kann die Tragkonstruktion der Solarzellenmo dule 30 so ausgebildet sein, daß sie mittels einer geeigneten Steuer- und Antriebseinrichtung jeweils selbsttätig in die Po sition optimaler Sonneneinstrahlung nachführbar sind. Die Solarzellenmodule 30 können auch unmittelbar auf die Außenwandung der Düse 10 aufgebracht werden. Figs. 1 and 3 show the use of the nozzle 10 ger than Trä for solar cell modules 30, the electric power generated by sunlight is directly used or in a known manner as in solar powered vehicles stored by batteries in case of need. If necessary, the supporting structure of the solar cell module 30 can be designed such that they can each be automatically adjusted into the position of optimal solar radiation by means of a suitable control and drive device. The solar cell modules 30 can also be applied directly to the outer wall of the nozzle 10 .

Die Windkraftanlage ist grundsätzlich auch als solartechni sches Kleinkraftwerk benutzbar. Der durch die Sonnenenergie in den dampfförmigen Zustand versetzte Wärmeträger von an der Düse 10 angebrachten bzw. von dieser getragenen Sonnenkollek toren kann dabei derselben, in diesem Fall als kombinierte Wind-Dampfturbine ausgebildeten Turbine 25 oder einer separa ten Turbine zugeführt werden. Entsprechendes gilt für den Gene rator.The wind turbine can basically also be used as a small solar power plant. The heat transfer from the solar energy to the vapor state of attached to the nozzle 10 or carried by this solar panels can the same, in this case designed as a combined wind-steam turbine turbine 25 or a separate turbine. The same applies to the generator.

In der Draufsicht auf die Windkraftanlage gemäß Fig. 4 wird die Düse 10 in ihrer mit ausgezogenen Linien dargestellten Po sition von Westwind beaufschlagt, in ihren gestrichelt ange deuteten Lagen kommt der Wind genau aus Süden bzw. aus Osten. Die Fig. 5 und 6 zeigen eine aus zwei übereinander ange ordneten Düsen 10 und 10′ gebildete Windkanalanordnung. Die beiden Düsen 10 und 10′ münden luftaustrittsseitig in ein gemeinsames Luftleitrohr 31, das die Funktion des Krümmers 16 gemäß Fig. 1 übernimmt. Durch das Luftleitrohr 31 sind die beiden Düsen nicht nur strömungsmäßig, sondern auch mechanisch miteinander gekoppelt, so daß sie sich gemeinsam drehen. Die Düse 10′ kann dabei in ihrem frontseitigen Angrenzbereich an der Düse 10 fest oder gelenkig mit dieser verbunden sein.In the plan view of the wind turbine shown in FIG. 4 is applied to the nozzle 10 in its illustrated by solid lines Po sition of west wind, indicated by dashed lines in their layers is exactly the wind from the south or from the east. FIGS. 5 and 6 show one above the other in two spaced nozzles 10 and 10 'wind tunnel arrangement formed. The two nozzles 10 and 10 'open on the air outlet side into a common air duct 31 , which takes over the function of the manifold 16 according to FIG. 1. Through the air guide tube 31 , the two nozzles are not only coupled to one another in terms of flow but also mechanically, so that they rotate together. The nozzle 10 'can be fixed or articulated to the nozzle 10 in its front adjacent area.

Die Düse 10 bzw. 10′ kann gegebenenfalls mit einer Windfahne 32 versehen sein. Für den Fall, daß das auf die Düse bzw. Düsen durch die Windkraft ausgeübte Drehmoment wider Erwarten nicht für ein Verschwenken der Düse(n) ausreichen sollte, kann eine technische Drehhilfe eingesetzt werden.The nozzle 10 or 10 'may optionally be provided with a wind vane 32 . In the event that, contrary to expectations, the torque exerted on the nozzle or nozzles by the wind power should not be sufficient to pivot the nozzle (s), a technical turning aid can be used.

Eine nach der Erfindung konzipierte, mit wenigstens einer wind sackartig ausgebildeten, als Windverdichter wirkenden Düse 10 ausgerüstete Windkraftanlage arbeitet effektiv und ist kos tengünstig herstellbar. A designed according to the invention, equipped with at least one wind bag-like, acting as a wind compressor nozzle 10 wind turbine works effectively and is inexpensive to manufacture.

Querschnittsform und Ausgestaltung der Düsen sind dabei modi fizierbar und entsprechend den jeweiligen Voraussetzungen unter Ausnutzung der neuesten Erkenntnisse in strömungs technischer Hinsicht problemlos optimierbar.The cross-sectional shape and design of the nozzles are modes fitable and according to the respective requirements taking advantage of the latest knowledge in flow technically easy to optimize.

Dies gilt sinngemäß auch für die Anordnung der Solarzellen module bzw. der Sonnenkollektoren und deren energieerzeugendes Zusammenwirken mit der in elektrische Energie umgesetzten Windenergie.This also applies analogously to the arrangement of the solar cells modules or the solar panels and their energy-generating Interaction with the converted into electrical energy Wind energy.

Claims

1. Wind power plant for converting the flow energy of the wind into electrical energy, the flow energy of the wind being fed via at least one windbag-like, rotatably attached to a support frame and self-adjusting in the respective wind direction nozzle egg ner turbine, which is directly or indirectly via A gearbox drives a generator, characterized in that a manifold ( 16 ) is connected to the outlet end of the nozzle ( 10 ), the air outlet-side end region of which is in the form of an annular slider ( 17 ) corresponding to the pivoting radius of the nozzle ( 10 ) ) penetrates and is united with it, which together with the elbow ( 16 ) and thus with the nozzle end in a circumferentially extending direction and a circumferential, slot-shaped opening ( 19 ) containing guide rail ( 18 ) is pivotally guided , on the outside Enwan extension adjoins an air duct ( 20 ) into which the manifold ( 16 ) opens, and which is provided with an air inlet slot ( 21 ) corresponding to the opening ( 19 ) and has at least one outlet nozzle on the circumference of the turbine ( 25 ) ( 22 ) contains.

2. Wind turbine according to claim 1, characterized in that the air duct ( 20 ) serves as a support for the guide rail ( 18 ).

3. Wind turbine according to claim 1 or 2, characterized in that the guide rail ( 18 ) is formed in two parts.

4. Wind power plant according to claim 1 or 2, characterized in that the guide rail ( 18 ) is realized by a component.

5. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the slide ( 17 ) by means of rolling elements ( 23 ) in the guide rail ( 18 ) is rotatable GE.

6. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the slider ( 17 ) in the respective position of the nozzle ( 10 ), the slot-shaped opening ( 19 ) in the guide rail ( 18 ) in the areas next to the air outlet opening of the manifold ( 16 ) covers.

7. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that a spatially above the nozzle ( 10 ) a further, identically formed and around the same axle bolt ( 11 ) as the first nozzle ( 10 ) horizontally rotatable nozzle ( 10 ') is arranged, whose air outlet end in a two nozzles ( 10, 10 ') associated air pipe ( 31 ) opens, which takes over the function of the manifold ( 16 ).

8. Wind power plant according to one of the preceding claims, characterized in that at least one nozzle ( 10, 10 ') serves as a carrier for solar cell modules ( 30 ), each of which can be automatically adjusted to the position of optimal solar radiation by means of a control and drive unit.