DE19824336A1

DE19824336A1 - Vorrichtung zur Windkraftausnutzung

Info

Publication number: DE19824336A1
Application number: DE19824336A
Authority: DE
Inventors: Hans Juergen Mosebach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 1999-12-09

Abstract

Die Windkraftausnutzung erfolgt bei der Anwendung von Windkrafträdern, insbesondere Schaufelrädern dergestalt, daß die Lagerung des Rades in einem Gehäuse erfolgt und der Windeintritt über Leitbleche 5 und 2 erfolgt und 80-100 DEG des Schaufelrades beaufschlagt, mit weiterer Leitung über die Schaufeln 4 und das Blech 3 tangential um 90-230 DEG und nachfolgender Ableitung über die Bleche 5, 1, 3 und 2.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung in Form einer Konstruktion zur Windkraftausnutzung in Windkraftwerken.

Bisher werden für die Ausnutzung der Windkraft Propellermaschinen mit oder ohne Wind leiteinrichtungen eingesetzt, deren Blätter um eine Achse kreisen, die in die natürliche oder durch die Leiteinrichtungen gebildete Windrichtung ausgerichtet sind. Die Einsatzgebiete für diese Geräte sind geographisch auf Gegenden mit relativ häufigen starken Winden begrenzt (z. B. in Deutschland auf die Küstengebiete).

Die in Formel 1 aufgeführten Einzelheiten stellen den Zusammenhang zwischen der wirken den Kraft und der Windgeschwindigkeit dar (zur Vereinfachung wird die Windkraft auf einer ebenen Platte angegeben):

wobei die einzelnen Positionen sich wie folgende Bedeutung haben:
Fw = - wirkende Kraft
c = 1,1 - Widerstandsbeiwert für ebene Platte
A = 1 m² - Fläche der Platte
v = . . . - Windgeschwindigkeit

Für kleine Windstärken müssen also große Flächen realisiert werden, um mit ausreichenden Kräften die entsprechende Leistung zu erzielen. Propellermaschinen nutzen nur einen geringen Teil des gesamten Rotorquerschnitts aus, nämlich nur die Fläche der Rotorblätter im entsprechenden Anstellwinkel. Weiterhin entstehen komplizierte Strömungverhältnisse, da die Bewegungsrichtung der Rotoren quer zur Windrichtung verläuft.

Die durchgeführten Versuche zur Ausnutzung kleinerer Windstärken wie im Binnenland, füh ren zu Konstruktionen mit 112,5 m Höhe und Propellerdurchmessern von 65 m (neuestes Projekt der RWE, Zeitschrift der ESSAG 3/97).

Die dabei wirkenden Kräfte stellen sehr hohe Anforderungen an das Material, vor allem dann, wenn die Drehachse auf veränderliche Windrichtungen eingestellt werden soll.

Weiterhin müssen die Rotorblätter im Anstellwinkel verstellbar angeordnet werden, um ver schiedene Windstärken nutzen zu können und die Anlage bei Stürmen zu schützen. Auch die se Regelungen stellen hohe Anforderungen an das Material und die Regelmechanismen.

Die Wartung gestaltet sich ebenfalls kompliziert, da für diese Höhen im Freien speziell ausge bildete Mechaniker mit entsprechenden Hilfsmitteln eingesetzt werden müssen.

Aufgabe der vorgeschlagenen Erfindung ist, die genannten Nachteile zu vermeiden und mit relativ einfachen kleineren Lösungen einen hohen wirtschaftlichen Effekt zu erzielen. Zur Erfüllung der Aufgabe wird deshalb erfindungsgemäß nach Skizze 1 eine Kombination aus Luftleitung und -verstärkung über entsprechende Leitelemente (1, 2, 3, 5) und ein Schaufelrad (4) gewählt, wie sie von Raddampfern her im Prinzip bekannt sind. Das Schaufelrad sollte senkrecht zur (Achse 9) gelagert sein, damit nicht die gesamte Maschine, sondern nur das der Luftleitung dienende Gehäuse jeweils auf die Windrichtung eingedreht werden muß.

Die Eintrittsöffnung erstreckt sich über den gesamten Maschinenquerschnitt und verjüngt sich bis auf den halben Radquerschnitt, die Austrittsöffnung vergrößert sich dement sprechend wieder auf den gesamten Maschinenquerschnitt. Durch die Verengung des Luft querschnitts im mittleren Teil wird eine Erhöhung der Windgeschwindigkeit (Düsenprinzip) und damit der Kraft auf die einzelnen Schaufeln des Rades entsprechend bekannter physikali scher Gesetze (Bernoulli, Kraft auf ebene Fläche) erzielt. Die die gesamte hintere Hälfte des Rades abdeckende Rückwand (3) vergrößert durch den Zwangsweg der Luftströmung deren Einwirkzeit und entzieht ihr somit mehr Energie.

Durch diese Anordnung wird erreicht, daß fast der gesamte auf die Maschine treffende Wind an der Energieumwandlung beteiligt ist, so daß wesentlich geringere Gesamtabmessungen der Vorrichtung als bei bisherigen Lösungen möglich werden.

Durch die kompakte Bauweise und die für die Montage nur notwendige ebene Fläche ergeben sich neue Einsatzgebiete, z. B. auch auf Dächern und anderen Erhebungen.

Über eine entsprechende Drehung der Luftleitelemente in die Windrichtung bzw. aus ihr her aus, ist eine Steuerung über einen großen Bereich der Windgeschwindigkeit möglich bis hin zum Einsatz bei stärkeren Stürmen.

In Skizze 2 wird die Steuerung der Vorrichtung über einen Motor (11) vorgenommen, dessen Kraft tan gential auf die Grundplatte (6) wirkt, die drehbar (10) gelagert ist.

Andere Anordnungen bis hin zu einem vollen stromlinienförmigen Verschluß der Eintrittsöff nung der Maschine sind ebenso realisierbar.

Die mechanische Energie der Drehbewegung des Rades kann über eine Dynamomaschine (Generator 6) mit vorgeschaltetem Getriebe (7) in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Schaufeln des Rades (4) können verschieden gestaltet werden bis hin zu offenen Halbku geln, die den größten Widerstandsbeiwert für Luft (1,6 vgl. Formel 1) haben.

Skizze 3: Für kleinere Windgeschwindigkeiten empfiehlt sich bei einer ebenen Gestaltung der Flügel, diese mit Schlitzen zu versehen, da damit die Stauwirkung des Windes verringert wird und hinter den Flügelstreifen ein zusätzlich kraftsteigernder Unterdruck erzeugt wird.

Das Gehäuse inklusive aller Luftleitelemente wird abnehmbar oder senkrecht verfahrbar (Zahnstangen, Hydraulikheber o. ä. bekannte technische Lösungen) gestaltet, was eine einfa che Wartung und Reinigung gestattet.

Als Materialien werden witterungsbeständige Platten aus z. B. verzinktem Blech oder Plast werkstoffen eingesetzt, die zu Geräuschminderung entsprechend schalldämpfend verkleidet sein können. Die Stärke der Materialien und des Generators variieren entsprechend der Größe der Maschine.

Die Lagerung des Gehäuses und der Windleitelemente erfolgt auf einer drehbaren Unterlage (6, 10) und/oder einem Kugel- oder Gleitlager auf der Radachse, um eine leichte Verdrehung in die Windrichtung zu gewährleisten.

Diese Verdrehung kann manuell (z. B. Kurbeltrieb), elektrisch mittels Motor (11) oder durch Ausnutzung der Windenergie erfolgen.

Das Gehäuse selbst kann nach oben offen bleiben.

Die untere Abdeckung sollte schräg nach unten von innen nach außen gestaltet werden, da damit eine Erhöhung der Düsenwirkung erreicht wird und das Regen- und Kondenswasser ablaufen kann.

Zur Vermeidung des Eintritts von Fremdkörpern in das Maschineninnere können die Öffnun gen mit Maschenmaterial bespannt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Windkraftausnutzung durch Anwendung von Windkrafträdern, dadurch gekennzeichnet, daß das Windkraftrad, beispielsweise ein Schaufelrad, in einem Gehäuse so gelagert wird, daß der Windeintritt über die Leitbleche 5 und 2 erfolgt und damit 80-100°, vorzugsweise 90°, des Schaufelrades 4 beaufschlagt, mit weiterer Leitung über die Schaufeln 4 und das Blech 3 tangential um 90-230°, vorzugsweise 180°, des Rades und nachfolgender Ableitung über die Bleche 5, 1, 3 und 2.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitbleche des Schaufelrades unter verschiedenen Winkeln von 5 bis max. 90° und in den unterschiedlichen Formen und Oberflächen auf der Welle angebracht sind, wobei für niedrigere Windgeschwindigkeiten in ebenen Leitblechen Schlitze zur Effektivitätserhöhung eingebracht sind und die Bleche aus elastischem Material bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung durch Steuerelemente selbstregulierend elektrisch und/oder mechanisch über den Eigendruck oder beliebige andere Regelungen in der Kraftwirkung auf das Schaufelrad gesteuert werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Eintrittsöffnung der Luft zum Schaufelrad hin verjüngt; die Austritts öffnung vom Rad weg vergrößert und das Gehäuse überdeckt die gesamte Masse der Vorrichtung; dabei kann der Gesamtquerschnitt wesentlich über dem des Schaufelrades liegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle des Schaufelrades mit einer Dynamomaschine zur Energieumwandlung verbunden ist; die Anordnung der Dynamomaschine kann im Inneren des Hohlzylinders (Welle) erfolgen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse mit der gesamten Vorrichtung auf einem drehbaren Sockel 6 angeordnet ist, die eine Drehung bis zu 360° und darüber ermöglichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse und alle Steuerteile senkrecht verfahrbar ausgestaltet werden und bei Bedarf mehrere Schaufelräder in einem Gehäuse mit entsprechenden Strömungskanälen angeordnet werden.