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Die Erfindung betrifft eine Energieumwandlungsanlage.
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Nicht benutzte Schornsteine können mit Energieumwandlungsanlagen ausgestattet sein, wobei mit einem Generator verbundene Flügelräder zur Energieumwandlung genutzt werden. Ein derartiger Schornstein-Schacht Generator ist durch die Druckschrift
DE 20 2015 006 246 U1 bekannt. Dazu ist eine Montageplatte auf oder im Schornstein platziert, auf der ein Stromerzeuger auf einer Antriebswelle läuft. Auf der Antriebswelle sind ein Flügelrad oder mehrere Flügelräder montiert.
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Die Druckschrift
DE 463 711 A beinhaltet eine Turbine, die mit Schornsteinzug arbeitet. Weiterhin ist diese mit um den Fuß des Schornsteins angeordneten, bogenförmig zum Schornstein überführenden Windfängen versehen, hinter denen unterhalb des Windrades ein Vorraum angeordnet ist. Mittels einer Leitvorrichtung wird der einfallende Wind gezwungen, in den Schornsteinschacht aufzusteigen.
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Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieumwandlungsanlage in ein Bauwerk mit einem überwiegend senkrecht verlaufenden Innenraum einfach zu integrieren.
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Diese Aufgabe wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Die Energieumwandlungsanlage zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass diese in ein Bauwerk mit einem überwiegend senkrecht verlaufenden Innenraum einfach integrierbar ist.
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Dazu ist in einem rohrförmigen Turm oder in einem Schacht mit einem überwiegend senkrecht verlaufenden Innenraum in oder an einem Gebäude eine drehbare Welle mit wenigstens einer Laufschaufel und/oder mit mehreren in horizontalen Ebenen um den Umfang der drehbaren Welle verteilt angeordneten Flügeln vertikal angeordnet. Die drehbare Welle ist mit wenigstens einer Bewegungsenergie der drehbaren Welle in elektrische Energie wandelnden Einrichtung verbunden. Der rohrförmige Turm oder der Schacht besitzt im unteren Bereich wenigstens eine erste Öffnung. Weiterhin ist der rohrförmige Turm oder der Schacht zur Luftzirkulation oben offen und/oder weist im oberen Endenbereich wenigstens eine zweite Öffnung auf und/oder besitzt auf dem rohrförmigen Turm oder dem Schacht einen Injektor und/oder einen Diffusor.
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Die vertikal in einem rohrförmigen Turm oder in einem Schacht mit einem überwiegend senkrecht verlaufenden Innenraum in oder an einem Gebäude jeweils als Bauwerk drehbar angeordnete Welle mit dem Flügel und/oder der Laufschaufel wird in Verbindung mit der Bewegungsenergie der drehbaren Welle in elektrische Energie wandelnden Einrichtung als Energieumwandlungsanlage verwendet, wobei der rohrförmige Turm oder der Schacht im unteren Bereich wenigstens eine erste Öffnung besitzt, welche sich unter dem Flügel und/oder der Laufschaufel befindet und der rohrförmige Turm oder der Schacht zur Luftzirkulation einen Diffusor besitzt oder oben offen ist und/oder im oberen Endenbereich wenigstens eine zweite Öffnung aufweist.
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Die Energieumwandlungsanlage zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass bestehende Bauwerke mit einem senkrechten verlaufenden Innenraum zur Wandlung von Bewegungsenergie durch die Luftzirkulation in elektrische Energie nutzbar ist. Die Luftzirkulation wird durch die beiden Öffnungen nach außen sichergestellt. Damit können insbesondere Bauwerke mit vorhandenen senkrechten Innenräumen mit Energieumwandlungsanlagen ausgestattet werden. Besonders betrifft das rohrförmige Türme von nicht weiter nutzbaren Windkraftanlagen, die so weiter nutzbar sind. Nach Entfernen der Gondel kann die Welle mit Flügeln und/oder Laufschaufeln im rohrförmigen Turm platziert werden. Dazu kann die Welle aus mehreren miteinander zu verbindenden und so im rohrförmigen Turm verbundenen Teilen bestehen. Die die Bewegungsenergie der Welle in elektrische Energie wandelnde Einrichtung, beispielsweise ein elektrischer Generator, kann gleichfalls im rohrförmigen Turm platziert werden. Besonders vorteilhaft ist bei einer derartigen Weiternutzung des rohrförmigen Turmes ist der Sachverhalt, dass die elektrischen Komponenten der Windkraftanlage, insbesondere die Einspeisung der elektrischen Energie in ein Stromversorgungsnetz bereits vorhanden sind. Vorteilhafterweise kann dabei auch die Türöffnung des rohrförmigen Turmes gleichzeitig als untere Öffnung genutzt werden. Bei abgebauter Gondel ist der rohrförmige Turm automatisch oben offen. Zum Schutz kann über dem Ende und beabstandet zu diesem eine Abdeckung angeordnet sein. Darüber hinaus kann oder können ein Injektor und/oder ein Diffusor auf dem rohrförmigen Turm angeordnet sein. Der Injektor saugt zusätzlich zum bereits vorhandenen Kamineffekt die Luft an. Damit wird die Leistung der Energieumwandlungsanlage durch Erhöhung der Luftgeschwindigkeit gesteigert. Dazu besitzt dieser eine stetige oder unstetige Verkleinerung des Strömungsquerschnitts. Der Diffusor verlangsamt die Strömung der Luft, so dass kinetische Energie in Druckenergie umgewandelt wird. Dazu besitzt dieser eine stetige oder unstetige Erweiterung des Strömungsquerschnitts.
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Die Außenwand des Turmes kann weiterhin eine die elektromagnetische Strahlung der Sonne absorbierende Farbe aufweisen, so dass die Temperatur und damit die Thermik im Inneren des Turmes erhöht ist.
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Die Energieumwandlungsanlage zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass diese ohne Unterbrechung und damit 365 Tage im Jahr elektrische Energie liefert, da diese vom Sonnenlicht, Wind und anderen Witterungseinflüssen unabhängig ist und die Thermik dauerhaft vorhanden ist.
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In Neubauten können Lüftungskanäle vorgesehen werden, welche gleichzeitig als tragende Elemente nutzbar sind. Dazu können diese Kanäle als Schacht mit einem überwiegend senkrecht verlaufenden Innenraum in oder an dem Gebäude als Neubau in Fertigteilbauweise ausgeführt werden, wobei einzelne Elemente einfach übereinander platziert sind. Diese Kanäle können einfach mit Energieumwandlungsanlagen ausgestattet werden. Das können auch Schächte von Schornsteinen bestehender Gebäude, insbesondere von Wohnhäusern, sein, welche im Zuge des Rückgangs von Verbrennungsanlagen fossiler Brennstoffe so mit Energieumwandlungsanlagen ausgerüstet werden können.
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Weitere Leitungsnetze, wie beispielsweise vorhandene Abwasserleitungsnetze, Bergbauschächte, Bergbaustollen oder sonstige Kanäle können zur Verstärkung der Thermik genutzt werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den folgenden Weiterbildungen und Ausführungsformen aufgeführt. Diese können die Energieumwandlungsanlage und die Verwendung einer drehbaren Welle mit wenigstens einem Flügel und/oder wenigstens einer Laufschaufel in Verbindung mit wenigstens einer Bewegungsenergie der drehbaren Welle in elektrische Energie wandelnden Einrichtung einzeln oder in einer Kombination fortbilden.
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Die Laufschaufel ist in einer Ausführungsform wenigstens bereichsweise schraubenförmig ausgebildet. Dazu können auch mehrere in horizontalen Ebenen um den Umfang der drehbaren Welle verteilt angeordnete Flügel oder Laufschaufeln mit einem gekrümmten Profil angeordnet sein. Darüber hinaus können auch mehrere Flügel oder mehrere Laufschaufeln beabstandet übereinander an der drehbaren Welle angeordnet sein. Dazu kann die Welle auch aus mehreren Teilen mit Flügeln und/oder Laufschaufeln bestehen, so dass ein einfacher Transport und eine einfache Montage der Welle im überwiegend senkrecht verlaufenden Innenraum des Bauwerks gegeben sind. Die Laufschaufeln können dazu vorteilhafterweise schraubenförmig ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform sind mehrere Flügel oder mehrere Laufschaufeln beabstandet übereinander an der drehbaren Welle. Weiterhin wird der Durchmesser der Flügel und/oder der Laufschaufeln von unten nach oben größer.
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Ein elektrischer Generator als die die Bewegungsenergie der drehbaren Welle in elektrische Energie wandelnde Einrichtung ist in einer Ausführungsform im rohrförmigen Turm oder im Schacht angeordnet. Die drehbare Welle kann dazu auch über ein Getriebe mit dem elektrischen Generator verbunden sein.
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Die drehbare Welle ist in einer Ausführungsform mit wenigstens zwei Halteeinrichtungen im rohrförmigen Turm oder im Schacht positioniert. Die die elektrische Energie wandelnde Einrichtung kann auch eine Halteeinrichtung sein.
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Am oder beabstandet zum rohrförmigen Turm oder am oder beabstandet zum Schacht ist in einer Ausführungsform eine Photovoltaikanlage mit nach außen weisenden Solarzellen angeordnet. Die Außenfläche des Turmes oder Schachtes ist so zur weiteren Energiegewinnung nutzbar. Die Ausführungsform mit am rohrförmigen Turm oder am Schacht angeordneter Photovoltaikanlage führt zu einer Erwärmung des Turmes oder des Schachtes, so dass die Thermik im Turm oder im Schacht verstärkt wird und so zu einer erhöhten Energieumwandlung mittels der Flügel oder der Laufschaufeln in Verbindung mit der Einrichtung, welche die Bewegungsenergie der drehbaren Welle in elektrische Energie wandelt, führt.
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Die Photovoltaikanlage umgibt in einer Ausführungsform den rohrförmigen Turm oder Schacht wenigstens bereichsweise. Weiterhin besitzt der Zwischenraum zwischen der Photovoltaikanlage und dem rohrförmigen Turm oder Schacht wenigstens eine Zuluftöffnung im unteren Bereich des Turmes oder Schachtes und wenigstens eine Abluftöffnung am oberen Bereich des Turmes oder Schachtes. Der Luftstrom im Zwischenraum ist so zur Kühlung der Solarzellen der Photovoltaikanlage nutzbar.
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Der Raum des rohrförmigen Turmes oder Schachtes und der Zwischenraum zwischen der Photovoltaikanlage und dem rohrförmigen Turm oder Schacht sind in einer Ausführungsform über den Injektor und/oder den Diffusor miteinander verbunden. Die im Zwischenraum strömende Luft wird durch die Solarzellen erwärmt und steigt bedingt durch ihre physikalischen Eigenschaften auf. Die aufsteigende Luft wird über eine Öffnung in den Injektor und/oder den Diffusor geleitet.
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Der Raum des rohrförmigen Turmes oder Schachtes und der Zwischenraum zwischen der Photovoltaikanlage und dem rohrförmigen Turm oder Schacht sind in einer Ausführungsform über den Injektor mit dem Diffusor verbunden. Damit ist gegenüber der Ausführungsform mit dem Injektor eine weitere Leistungssteigerung der Energieumwandlungsanlage gegeben.
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In einer Ausführungsform ist oder sind der Diffusor und/oder der Injektor wenigstens bereichsweise kegelstumpfförmig und/oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet.
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Die die Bewegungsenergie der drehbaren Welle in elektrische Energie wandelnde Einrichtung oder die die Bewegungsenergie der drehbaren Welle in elektrische Energie wandelnde Einrichtung und die Photovoltaikanlage ist oder sind in einer Ausführungsform oder in Ausführungsformen mit einem Leitungsnetz und/oder einem elektrischen Energiespeicher und/oder einem Elektrolyseur zur Wasser-Elektrolyse in Verbindung mit einem Behälter und/oder einem Leitungsnetz verbunden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen jeweils prinzipiell dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine Energieumwandlungsanlage in einem rohrförmigen Turm,
- 2 eine drehbare Welle mit Laufschaufeln mit sich von unten nach oben sich vergrößernden Durchmessern in einem rohrförmigen Turm und
- 3 Energieumwandlungsanlagen in und an einem rohrförmigen Turm.
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Eine Energieumwandlungsanlage besteht im Wesentlichen aus einer drehbaren Welle 1 mit wenigstens einer Laufschaufel 2 und/oder mit mehreren in horizontalen Ebenen um den Umfang der drehbaren Welle 1 verteilt angeordneten Flügeln in Verbindung mit einer die Bewegungsenergie der drehbaren Welle 1 in elektrische Energie wandelnden Einrichtung in einem Bauwerk.
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Die 1 zeigt eine Energieumwandlungsanlage in einem rohrförmigen Turm 3 in einer prinzipiellen Darstellung.
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Das Bauwerk besitzt einen überwiegend senkrecht verlaufenden Innenraum 4. Dazu ist das Bauwerk insbesondere ein rohrförmiger Turm 3, ein Schornstein oder ein Schacht in oder an einem Gebäude. Der rohrförmige Turm 3 kann insbesondere ein rohrförmiger Turm 3 einer nicht weiter nutzbaren Windkraftanlage sein. Im Innenraum 4 des rohrförmigen Turmes 3 befindet sich vertikal angeordnet die drehbare Welle 1 mit Flügeln und/oder Laufschaufeln 2. Die drehbare Welle 1 kann dazu auch aus mehreren übereinander angeordneten und miteinander verbundenen Teilen bestehen. Diese Teile können dazu die Flügel, die Laufschaufeln 2 und/oder Teile von Laufschaufeln 2 besitzen. Dazu können mehrere Flügel und/oder Laufschaufeln 2 um den Umfang der drehbaren Welle 1 in einer und/oder mehreren Ebenen verteilt angeordnet sein. Die wenigstens eine Laufschaufel 2 kann auch wenigstens bereichsweise schraubenförmig ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform können auch mehrere in vertikaler Richtung verlaufende und beabstandet zueinander angeordnete Laufschaufeln 2 an der drehbaren Welle 1 befestigt sein. Die drehbare Welle 1 kann mit wenigstens einer Halteeinrichtung 7 im Bauwerk 3 positioniert sein.
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Die drehbare Welle 1 ist über eine Vorrichtung 5 mit wenigstens einem Lager und einem Getriebe mit einer die Bewegungsenergie der drehbaren Welle 1 in elektrische Energie wandelnden Einrichtung in Form eines elektrischen Generators 6 verbunden, welcher mit einem elektrischen Netz und/oder einem elektrischen Energiespeicher und/oder einem Elektrolyseur zur Wasser-Elektrolyse in Verbindung mit einem Behälter und/oder einem Rohrleitungsnetz verbunden ist.
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Das Bauwerk besitzt im unteren Bereich wenigstens eine erste Öffnung 8, welche sich unter den Flügeln, Laufschaufeln 2 und/oder der Laufschaufel 2 befindet. Bei einem rohrförmigen Turm 3 einer Windkraftanlage kann eine erste Öffnung 8 vorteilhafterweise die Tür des rohrförmigen Turmes 3 sein. Das Bauwerk ist weiterhin zur Luftzirkulation oben offen und/oder weist im oberen Endenbereich wenigstens eine zweite Öffnung 9 auf.
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Damit wird die vertikal in einem Bauwerk in Form eines rohrförmigen Turmes 3, eines Schornsteins oder eines Schachts mit einem überwiegend senkrecht verlaufenden Innenraum 4 in oder an einem Gebäude drehbar angeordnete Welle 1 mit Flügeln, Laufschaufeln 2 und/oder einer Laufschaufel 2 in Verbindung mit der Bewegungsenergie der drehbaren Welle 1 in elektrische Energie wandelnden Einrichtung als Energieumwandlungsanlage verwendet, wobei der rohrförmige Turm 3 oder der Schacht im unteren Bereich wenigstens eine erste Öffnung 8 besitzt, welche sich unter den Flügeln und/oder der wenigstens einen Laufschaufel 2 befindet, und der rohrförmige Turm 3 oder der Schacht zur Luftzirkulation oben offen ist und/oder im oberen Endenbereich wenigstens eine zweite Öffnung 9 aufweist.
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Die 2 zeigt eine drehbare Welle 1 mit Laufschaufeln 2 mit sich von unten nach oben vergrößernden Durchmessern in einem rohrförmigen Turm 3 in einer prinzipiellen Darstellung.
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In einer Ausführungsform können mehrere Laufschaufeln 2 beabstandet übereinander an der drehbaren Welle 1 so angeordnet sein, dass deren Durchmesser von unten nach oben größer werden. Die Laufschaufeln 2 können weiterhin dabei gekrümmt profiliert ausgebildet sein.
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Die 3 zeigt Energieumwandlungsanlagen in und an einem rohrförmigen Turm 3 in einer prinzipiellen Darstellung.
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In einer weiteren Ausführungsform ist beabstandet zum rohrförmigen Turm 3 eine Photovoltaikanlage 10 mit nach außen weisenden Solarzellen angeordnet, welche den rohrförmigen Turm 3 wenigstens bereichsweise umgibt. Der durch den Abstand der Photovoltaikanlage 10 vom rohrförmigen Turm 3 gebildete Zwischenraum 11 besitzt wenigstens eine Zuluftöffnung 12 im unteren Bereich des rohrförmigen Turmes 3 und wenigstens eine Abluftöffnung 13 am oberen Bereich des rohrförmigen Turmes 3. Auf dem rohrförmigen Turm 3 kann eine Baueinheit bestehend aus einem Injektor 14 und/oder einem Diffusor 15 angeordnet sein. Der Innenraum 4 des rohrförmigen Turmes 3 und der Zwischenraum 11 zwischen der Photovoltaikanlage 10 und dem rohrförmigen Turm 3 sind über den Injektor 14 und/oder den Diffusor 15 miteinander verbunden. Damit können insbesondere der Innenraum 4 des rohrförmigen Turmes 3 und der Zwischenraum 11 zwischen der Photovoltaikanlage 10 und dem rohrförmigen Turm 3 über den Injektor 14 mit dem Diffusor 15 verbunden sein. Die Baueinheit kann so aus dem Diffusor 15 auf dem Injektor 14 bestehen. Der Diffusor 15 und/oder der Injektor 14 ist oder sind insbesondere wenigstens bereichsweise kegelstumpfförmig und/oder pyramidenstumpfförmig ausgebildet, so dass der Injektor 14 eine stetige oder unstetige Verkleinerung des Strömungsquerschnitts und der Diffusor 15 eine stetige oder unstetige Erweiterung des Strömungsquerschnitts aufweisen. Der Diffusor 15 kann weiterhin eine Abdeckung besitzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015006246 U1 [0002]
- DE 463711 A [0003]
