DE202022002269U1

DE202022002269U1 - Vertikale Windkraftanlage

Info

Publication number: DE202022002269U1
Application number: DE202022002269.7U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-10-20
Filing date: 2022-10-20
Publication date: 2022-11-11
Anticipated expiration: 2032-10-21

Abstract

Vertikale Windkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial um einen inneren, als Widerstandsläufer ausgeführten Rotor ein weiterer, gegenläufiger Rotor angeordnet ist, der die Anströmung des inneren Rotors optimiert und gleichzeitig zur Energieumwandlung beiträgt.

Description

Vertikale Windkraftanlagen, die als Widerstandsläufer konstruiert sind, haben zwar einen schlechteren Wirkungsgrad als dynamisch wirkende horizontale Anlagen, aber Vorteile in ihrem viel einfacherem Aufbau. Es sind keine Steuerelemente notwendig, mit denen die Anlage an wechselnde Windrichtungen angepasst werden muss. Von den relativ langsam drehenden Widerstandsläufern geht weniger Schall aus und sie stellen eine geringere Gefahr für Vögel dar.
Beim Savonius- Rotor wird immer die gesamte projizierte Rotorfläche (meistens ein Rechteck) der Windströmung ausgesetzt. Zur Erzeugung des Drehmoments steht aber nur die Differenz aus positivem und negativem Drehmoment zur Verfügung. Selbst bei optimierter Rotorgestaltung wird aufgrund der Differenzverluste zur Energieumwandlung viel weniger als die Hälfte der auf die projizierte Rotorfläche gerichtete Strömungsenergie genutzt.
Eine signifikante Erhöhung des Wirkungsgrades wird durch das Prinzip eines Widerstandsläufers mit äußeren, feststehenden Leitflächen erreicht. Hierbei wird unabhängig von der Windrichtung die anströmende Luft immer hinter den Rotor geleitet. Es entstehen keine, oder sehr geringe Differenzverluste. Zur Energieumwandlung wird hierbei etwa die Hälfte der auf die projizierte Rotorfläche gerichtete Strömungsenergie genutzt.
Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, den Wirkungsgrad eines relativ einfach aufgebauten Widerstandsläufers wesentlich zu verbessern.
Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Mit der Erfindung wird die Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht, indem auch äußere Leitflächen für die Erzeugung eines Drehmoments - hier als äußere Rotoren - mitverwendet werden.
Nach dem Schutzanspruch 1 werden die Leitflächen nicht mehr feststehend ausgeführt, sondern sie ermöglichen die Bewegung einer zweiten Welle, in der zum inneren Rotor entgegengesetzten Drehrichtung. Die Anzahl und Größe der äußeren Rotoren müssen dabei so gewählt werden, dass trotz der Bewegung immer der größte Teil der inneren negativen Rotordrehmomente vermieden wird. Zur Energieumwandlung wird damit wesentlich mehr als die Hälfte der auf die projizierte Rotorfläche gerichtete Strömungsenergie genutzt.
Durch die gegenläufigen Bewegungen der Rotoren ergibt sich ein weiterer, leistungssteigernder Effekt, der seine Ursache darin hat, dass durch die Luftströmung die kurzzeitig geschlossenen Spitzen der Rotoren auseinandergedrückt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der 1 erläutert.
Hier wird ein horizontaler Schnitt durch die vertikale Windkraftanlage dargestellt. Die Welle des inneren Rotors 3 verläuft nach oben, die Welle des äußeren Rotors befindet sich konzentrisch darunter und verläuft nach unten. Die Anströmrichtung des auftreffenden Windes ist mit den Strich-Strich-Linien dargestellt.
Der Wind strömt gleichzeitig in einen Teil des als Widerstandsläufers ausgeführten inneren Rotors 1 und verursacht dessen Rechtsdrehung sowie auf den gesamten äußeren Rotor 2 und führt auf Grund der strömungstechnischen Gestaltung dessen, hier zu einer Linksdrehung. Die Gestalt des äußeren Rotors 2 verdeckt dabei zum größten Teil Bereiche des inneren Rotors 1, die sich entgegengesetzt zur Windrichtung bewegen und den Widerstandsläufer abbremsen würden. Der äußere Rotor 2 ist so gestaltet, dass der Strömungswiderstand der Rotorseite, die sich entgegengesetzt zur Windrichtung bewegt möglichst gering ist und der anströmende Wind dabei gleichzeitig zum inneren Rotor 1 geführt wird.
Der innere Rotor 1 ist mit der Welle 3 verbunden, die den darüberliegenden, in der Zeichnung nicht dargestellten Generator A antreibt. Der äußere Rotor 2 ist mit der nicht dargestellten Welle des äußeren Rotors verbunden, die nach unten führt und den hinter der Zeichnungsebene liegenden Generator B antreibt.
Eine Windnachführung ist bei dieser vertikalen Windkraftanlage nicht erforderlich. Die entgegengesetzten Drehmomente des inneren Rotors 1 und des äußeren Rotors 2 führen in der Summe zu einem geringen Einleitmoment, welches über das Gehäuse in die Halterung der Windkraftanlage übergeben wird. Dies ist vorteilhaft für die Montage auf Gebäudedächern.
Bezugszeichenliste

(1): innerer Rotor, linksdrehend
(2): äußerer Rotor, rechtsdrehend
(3): Welle des inneren Rotors

Claims

Vertikale Windkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial um einen inneren, als Widerstandsläufer ausgeführten Rotor ein weiterer, gegenläufiger Rotor angeordnet ist, der die Anströmung des inneren Rotors optimiert und gleichzeitig zur Energieumwandlung beiträgt.
Vertikale Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vom inneren Rotor und vom äußeren Rotor jeweils einer von zwei unabhängigen Generatoren angetrieben werden.
Vertikale Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrieb vom inneren Rotor und der Abtrieb vom äußeren Rotor getriebetechnisch verbunden werden um einen gemeinsamen Generator anzutreiben.