DE3223177A1

DE3223177A1 - Verfahren und vorrichtung zur ausnutzung von windenergie

Info

Publication number: DE3223177A1
Application number: DE19823223177
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl.-Ing. 4970 Bad Oeynhausen Apke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-06-22
Filing date: 1982-06-22
Publication date: 1983-12-22

Description

Beschreibung:
Verfahren und Vorrichtung zur Ausnutzung von Windenergie Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ausnutzung von Windenergie mittels deren Übertragung über ein Hydraulikleitungssystem zu den Energie verbrauchern und dortigen Miwendung.
Die vorhandene Windenergie sollzeit Hilfe eines großen, sich nicht drehenden, sondern sich hin- und herbewegenden Windwiderstandskörpers (1) eingefangen werden und über ein Hydraulikleitungssystem erst beim Verbraucher in andere Energieformen umgewandelt wenden.
Es ist bekannt, mittels einer Schlagflügelwindkraftmaschine durch ein sich nicht drehender sondern schwingendes Widerstandsruder Windenergie zu gewinnen (DE - As 2714517 B2), wobei diese Schlagflügelwindkraftmaschine auch bei geringerer Windgeschwindigkeit funktionieren soll.
Dabei ist es zur Funktion dieser Maschine nötig, annähernd gleichmäßige Windgeschwindigkenten vorzufinden, um den Schwingungsvorgang aufrechtsuerhalten, darüberhinaus vermindert sich die effektiv nutzbare Windgeschwindigkeit relativ zur tatsächlichen dadurch, daß sich bei der Sch1agflugelwindkraftmaschine wie auch bei allen Windrädern das widerstandsruder bzw. der Windflügel sich relativ schnell in Windrichtung wegbewegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zurunde, daß zum einen bei einfachen technischem Aufbau bereits niedrigste Windgeschwindigkeiten ausgenutzt und dartberhinaus besonders auch bei unstetigen, unregelmäigen Windverhältnissen (einzelne Windstöße), bereits Energie gewonnen werden kann; und daß zum anderen die gewonnene Energie ohne Umwandlungsverluste direkt zum Verbraucher transportiert werden kann, wo sie dort in Verbrauchsenergie umgewandelt werden soll, die bei der eventuell notwendigen Energieumwandlung in andere Zwischenenergieträger auftretenden Energieverluste besser genutzt werden können.
Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 bis 9 zum einen und zur anderen durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 10 bs 19 gelöst.
Weitere Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß das Verfahren bzw. die Vorrichtung auch auf schwache und unregelmäßig starke Windstöße reagiert ,dabei Energie gewinnt bzw. diese dem Verbraucher zuführt.Außerdem ist es möglich, die Vorrichtung relativ kompakt zu konstruieren, da die Windverhältnisse in Bodennähe bereits ausreichen und weil der Windwiderstandskörper ebenfalls eine Einheit mit nur kurzen Bewegungen darstellt.
Folgendes Berechnungsbeispiel gibt für ein bestimmtes Zahlenbeispiel und einer angenommenen Windgeschwindigkeit v = 20 m/s und einer Größe der Windwiderstandsfläche (Körper 1) von A = 50 m2'die um s = 3m einerArbeitsbewegungfolgt,mögliche fliergiemenge'die gewonnen wird,an.Es gilt die Gleichung E = F. s und F = 0,5.1,33 1,293 A.v2 wobei der Faktor 1,33 der Formfaktor für konkav geformten Windwiderstandskörper und 1.293 eine Größe für die Luftdichte ist.Die Kraft F wirkt in Windrichtung senkrecht auf den Windwiderstandskörper.
Die Multiplikation der Werte ergibt einen Betrag für E von E = 51,6 kNm ( in kilo Newton Meter ). Ein Teil dieser Energie wird erst bei der Rückstellung von Körper (1) ,wobei etwa 10% Energieverluste ,die durch mögliche Restwindkräfte bei der Zuräckbewegung von Körper(1) auftreten,abgezogen werden, an das Hydraulikleitungssystem übertragen. Die nutzbare Ener-.
gie (9) beträgt dann: E = 46,44 kNm. Nimmt man eine Periodendauer für Vor- und Zurückbewegung von Körper (1)an, die im Beispiel 4 Sekunden betragen soll, kann man eine Brottoleistung von 11,61 Kilowatt errechnen.
Die Angabe der Brottoleistung ist jedoch problematisch,da die erfindungsgemäße Anlage besonders für unregelmäßige Windver-Qältnisse geplant ist. Die einzelnen Energiewerte im Beispiel können für eine Jeweilige Periode je nach Windgeschwindigkeit auch erheblich höher sein.Die Energieverluste im Hydraulikübertragungssystem sind nicht von Bedeutung solange die Übertragungsentfernung nicht extrem weit ist.
Die Zeichnungen Blatt 1+2 zeigen die Wirkungsweise und den Aufbau der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine schematisch dargestellte Vorrichtung von der Seite als Schnittzeichnung ,welche die anfallenden Wind- kräfte einfängt und sie auf ein Hydraulikleitungssystem überträgt. Der Windwiderstandskörper (1) ist ineeiner beliebigen Stellung und in einer strichpuktierten Stellung gezeichnet.In der zweiten Darstellung sind die Klappen (9) geöffnet und die Ketten bzw. Seile (8) sind straff gespannt.
Fig. 2 zeigt schematisch das Zusamme:wirken der gesamten Anlage. Ausgehend von der Vorrichtung wie Fig. 1 swird ein Hydraulikleitungssystem aufgebaut,daß Energie zu weiter entfernten Arbeitsmaschinen beim Energieverbraucher transportiert.
Fig.3 zeigt eine Schaltung von Ventilen ,die in Fig. 0 aufgeführt ist (Position 15),und für eine einheitliche Durchflußrichtung sorgt.
Fig. 4 zeigt eine Maschine, die Wärme durch Hin - und Herbiegen von Materialgegenständen produziert und als mögliche Arbeitsmaschine (18) angeschlossen werden kann.

Claims

Patentansprüche: Verfahren und Vorrichtung zur Ausnutzung von Windenergie mittels deren Ubertragung über ein Hydraulikleitungssystem zu den Energieverbauchern und dortiger Anwendung, dadurch gekennzeichnet, daß ein konkaver Windwiderstandskörper (1) den anfallenden Winddruck'bzw. Windenergie'über ein Gestänge auf einen Hydraulikzylinder (5) überträgt und ein Hydraulikleitunspaar (11) die Windenergie direkt bis zu dem oder den Verbraucher(n) weiterleitet.
2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Windwiderstandskörper (1) wie eine Schaukel aufgehängt ist und durch die Windkraft mehr oder weniger weit einseitig ausschlägt, wobei seine jeweilige Rückstellung durch Eigengewicht erfolgtwundfoder durch Federkraft (14) erfolgt.
3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß schon bei geringer Bewegung des Windwiderstandskörpers (1), sowohl bei dessen Ausschlag als auch bei dessen Rückstellung, eine Kraft auf den Kolben im Hydraulikzylinder (5) ausgeübt und dessen Kolben bewegt wird, wobei Energie gewonnen wird.
4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Windwiderstandskörper (1) an parallelen Stangenpaaren (2) hängt und sich bei Ausschlag nicht aus seiner vertikalen Lage drehen kann.
5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ruder (io) den Windwiderstandskorper (1) nebst Gestänge u die Längsachse (3) der Anlage zu jeder Zeit der jeweiligen Windrichtung entgegendreht, wobei der Hydraulikzylinder (5) starr mit dem Sockel (6) verbunden bleibt und die Wiudkraftübertragung über Winkelhebel (7), golbenstange und Kolbenstangendrehkupplung (4) auf den Hydraulikzylinder (5) einwirkt.
6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den Windwiderstandskörper (1) zu ) mehrere Klappen (9) integriert sind, wobei diese Klappen durch Seile oder Ketten (8), die mit dem Parrallelgestange (2) und untereinander verbunden sind, geöffnet werden, sobald die bei starkem und/oder gleichbleibend starkem Wind die Amplitude des Windwiderstandskörpers (1) bei dessen Ausschlag den Punkt überschreitet, an dem die Seile oder Ketten (8) straff gespannt werden und/oder deren Länge zusätzlich durch eine externe Regeleinrichtung äe nach durchschnittlicher Windgeschwindigkeit geregelt werden kann.
7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichbleibend starkem Wind von vorn auf den Windwiderstandskörper (1) dieser als Folge zu einer Arbeitsbewegung veranlaßt wird, was bei seinem stärkeren Ausschlag auch das Öffnen der Klappen (9) zur Folge hat, sich dann der Winddruck erheblich verringert, eine Rückstellung des Windwiderstandskörpers (1) erfolgt und sich die Klappen (9) wieder schließen, sodaß sich der gesamte Vorgang wiederholen kann.
8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (9) so konstruiert sind, daß sie bei schlagartig die Richtung wechselnden Windböen, wobei das Ruder (lo) nicht schnell genug reagiert hat und ein Winddruck unerwünscht von hinten auf den Windwiderstandskörper (1) lasten kann, sie sich selbsttätig durch ihre exzentrische Aufhängung öffnen und die Anlage vor Zerstörung bewahren.
9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei orkanartigem Wind von vorn auf den exzentrisch aufgehangten Windwiderstandskörper (1) dieser sich bei extrem überhöhtem Winddruck gegen die Kraft einer Spiralfeder (13a), die über eine Umlenkrolle (13b) und einen Winkelhebel(13c) mit dem Windwiderstandskörper (1) verbunden ist, in die Horizontale und damit in eine neutrale Position mit einer Windangriffstläche ohne Bedeutung kippen kann.
Io. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Bydraulikzylinder (5) und Übertragungsleitung (11) eine Eückschlagventilschaltung (15), kombiniert mit Luftkissenausgleichsbehälter den jeweiligen Hydraulikflüssigkeitsmassenstrom auf eine Druckleitung und eine Rücklaufleitung mit gleichbleibender Durchflußrichtung aufteilt.
11. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9 oder oder 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Hydraulikzylinder (17), der die Arbeitsmaschinen (18 und/oder 21) antreibt,ein Steuerventil (16) geschaltet ist,welches elektrisch über Endschalter (19a) oder mechanisch (19b) betätigt wird.
12. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10 bzw.1 bis 11,dadurch gekennzeichnet, daß an die Obertragungsleitung (11) über Absperrventile (12) auch Maschinen angeschlossen werden,die Drehbewegung produktieren (21)wobei ein tuftkissendruckspeicher (22) vorgeschaltet ist.
13. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9 und 11 bzw. 1 bis 11,dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben in Hydraulikzylinder (17) direkt mit den Kolben der Arbeitsmaschinen mit Arbeitskolben (18) gekoppelt ist und diese zwangsweise mittels Hin- und Herbewegung angetrieben werden.
14. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmaschinen mit Arbeitskolben (18) Wärmepumpen bzw. auch deren funktionelle Umkehrung darstellende Kuhlaggregate (mit Kompressor) durch den Kolben im Hydraulikzylinder (17) betrieben werden.
15. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmaschinen mit Arbeitskolben (18) Wasserpumpen die Wasser aus großen Tiefen pumpen und / oder Wasser in Rochbecken pumpen direkt durch den Kolben im Hydraulikzylinder (17) mittels direkter Kraftübertragung auf den Arbeitskolben der Arbeitsmaschinen betrieben werden.
16. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß resultierend aus dem Hochpumpen von Wasser in Hochbecken dessen potentiellen Energie gespeichert und anschließend elektrischer Strom daraus gewonnen wird.
17. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmaschinen mit Arbeitskolben(18) Kompressoren mittels direkter Kraftübertragung von Kolben im Hydraulikzylinder (17) auf Arbeitskolben im Kompressor betrieben werden und DruckluftspeicherbehäIter als Zwischenenergieträger mit Druckluft gefullt werden.
18.Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9 undIl oder 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme durch geziehltes Aneinanderreiben von Materialscheiben erzeugt wird, wobei der Kolben im Hydraulikzylinder (17) mit einer bzw.mit mehren parallelen Materialscheiben gekoppelt ist und den Reibvorgang durch Hin - und Herbeweguogen entstehen läßt.
19. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9 und 11 oder 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme durch ständiges Hin - und Herbiegem von mehreren dünnen biegsamen Materialgegenstsnden (23) erzeugt wird,wobei der Kolben im Hydraulikzylinder (1?) mit dem einen Ende der Materialgegenstände gekoppelt ist und den Hin - und Herbiegevorgang antreibt.