DE4000100A1 - Vorrichtung zur nutzung von sonnenenergie - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zur Nutzung von in der oder den Luftschichten über dem
Erdboden oder über einer Wasseroberfläche gespeicherten
Sonnenenergie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer derartigen aus der DE-OS 22 47 179 bekannten
Vorrichtung zur Nutzung der Sonnenenergie ist oberhalb des
Erdbodens bzw. oberhalb einer Wasseroberfläche und um das
untere Ende des Kaminturmes herum ein transparentes Foliendach
oder Glasdach über eine riesige Fläche von bspw. mehreren
tausend Quadratmetern hinweg angeordnet, um nach dem
Gewächshausprinzip eine Erwärmung dieser unter dem Dach
befindlichen Luftschicht bzw. Luftschichten zu erreichen. Mit
Hilfe dieser Vorrichtung kann zwar in umweltfreundlicher Weise
aus Sonnenwärme Primärenergie erzeugt werden, jedoch hat sich
gezeigt, daß die riesigen als Kollektorflächen wirkenden
Dächer mit zunehmender Größe einer Anlage bis zu 80% der
Kosten für eine derartige Anlage bzw. Vorrichtung ausmachen.
Außerdem sind derartige großflächige Dächer der Witterung in
erheblichem Maße ausgesetzt, was zu einer Verringerung des
Wirkungsgrades aufgrund von Verschmutzung, Bruch oder dgl.
führt. Diese Nachteile haben bisher die Ausnutzung dieser
bekannten Vorrichtung zur Nutzung von Sonnenenergie in
großtechnischem Stil behindert und auch verhindert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
zur Nutzung von Sonnenenergie der eingangs genannten Art zu
schaffen, die technisch einfacher aufbaubar und mit geringeren
Baukosten belastet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einer Vorrichtung zur
Nutzung von Sonnenenergie der genannten Art die im Anspruch 1
angegebenen Merkmale vorgesehen.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind die baulichen
Aufwendungen in erheblichem Maße herabgesetzt, da großflächige
Dächer vermieden sind. Die Betriebskosten sind, da auch
Unterhaltungskosten für Dachflächen entfallen, geringer und
mit den Betriebskosten von Wasserkraftwerken vergleichbar.
Desweiteren kann sich bei Großanlagen eine Klimaverbesserung
in heißen Zonen ergeben.
Die Umsetzung der durch die adiabatische Expansion erfolgenden
Strömungsenergie der Luft durch den Kaminturm hindurch in
nutzbare Primärenergie kann in einer Weise erfolgen, wie sie
durch die Merkmale des Anspruchs 2 oder durch die Merkmale des
Anspruchs 3 gegeben sind.
Zweckmäßige konstruktive Ausgestaltungen des trichterförmigen
Fußes ergeben sich durch die Merkmale eines oder mehrerer der
Ansprüche 4 bis 6.
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 kann bspw. als
Primärenergie elektrische Energie ständig gewonnen werden.
Um mögliche Aufluftwirbel innerhalb des Kaminturmes und damit
Strömungs- bzw. Energieverluste zu vermeiden, sind
zweckmäßiger Weise die Merkmale gemäß Anspruch 8 vorgesehen.
Der Kaminturm kann bspw. aus Beton geformt sein. Es ist aber
auch möglich, die Merkmale gemäß Anspruch 9 vorzusehen, was
geringere Transportprobleme mit sich bringt.
Mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 ist eine Möglichkeit der
Energiespeicherung erreicht, so daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung sowohl für den Grundlastbereich als auch für den
Bedarfslastbereich eingesetzt werden kann, was wirtschaftliche
Vorteile bietet. Dabei kann es zweckmäßig sein, die Merkmale
gemäß Anspruch 11 und/oder 12 vorzusehen.
Gemäß Anspruch 13 ist es zweckmäßig, den Kaminturm bspw.
mindestens 500 m hoch aufzurichten; die Höhe kann aber auch
vorzugsweise bis zu 1500 m und mehr betragen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher
beschrieben und erläutert ist. Es zeigen:
Fig. 1 einen vertikalen Längsschnitt durch ein
atmosphärisches Aufwindkraftwerk gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel vorliegender
Erfindung, wobei in den beiden durch die
Längsmittellinie getrennten Hälften A und B
zwei Varianten dargestellt sind,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der
Fig. 1,
Fig. 4 einen vertikalen Längsschnitt durch ein
atmosphärisches Aufwindkraftwerk gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel vorliegender
Erfindung, wobei auch hier, wie in Fig. 1, zu
beiden Seiten der Längsmittellinie die zwei
Varianten A und B dargestellt sind, und
Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 4.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 10 bzw. 10′, die
im folgenden als atmosphärisches Aufwindkraftwerk bezeichnet
wird, dient zur Nutzung von Sonnenenergie in einer Form, in
der sie in einer Luftschicht oder in Luftschichten über dem
Erdboden oder über einer Wasseroberfläche infolge
Sonneneinstrahlung gespeichert ist. Das erfindungsgemäße
Aufwindkraftwerk 10 bzw. 10′ ist in erster Linie in den heißen
Zonen der Erde mit Vorteil einsetzbar, wobei es gleichgültig
ist, ob es auf dem festen Erdboden oder auf einer künstlichen
Insel über der Wasseroberfläche angeordnet wird.
Das Aufwindkraftwerk 10 gemäß den Fig. 1 bis 3 besitzt einen
Kaminturm 11, der einige hundert Meter, bspw. mindestens 500 m
und bis zu 1500 m und mehr aufrecht in die Höhe ragt. Der
Kaminturm 11 ist bevorzugt hohlzylindrisch, wobei sich seine
kreisringförmige Wand 12 hinsichtlich ihrer Dicke nach oben
hin verjüngt. Der Kaminturm 11 steht mit seinem unteren Ende
auf einem trichterförmigen Fuß 13, wobei Kaminturm 11 und Fuß
13 miteinander einstückig oder lediglich miteinander verbunden
sein können. Der trichterförmige Fuß 13 besitzt einen oberen
Teil 14, der an das untere Ende des Kaminturms 11 ansetzt und
der nach Art eines Hyperboloids ausgebildet ist. Dieser obere
Teil 14 stützt sich über Zwischenwände 16, die an dessen
Innenseite anschließen und damit an ihrem oberen Rand
hyperbolisch verlaufen, auf einer Grundplatte 17 ab, die auf
dem Erdboden 18 oder einer künstlichen Insel steht und dort
verankert ist. Die Zwischenwände 16 sind gleichmäßig über den
Umfang des trichterförmigen Fußes 13 verteilt, wie dies auch
aus Fig. 3 ersichtlich ist. Zwischen den Außenenden der radial
verlaufenden Zwischenwände 16, die den Außenumfang des unteren
Teils des trichterförmigen Fußes 13 begrenzen, sind
Lufteinlaßöffnungen 19 vorgesehen. Diese Lufteinlaßöffnungen
19 sind bei diesem dargestellten Ausführungsbeispiel von den
Zwischenwänden 16 unmittelbar begrenzt, so daß ihr
Öffnungsquerschnitt der lichten Weite der äußeren Enden zweier
benachbarter Zwischenwände 16 und ihre Höhe der lichten Höhe
zwischen äußerer Stirn des Hyperboloidenteils 14 und der
Oberseite der Grundplatte 17 entspricht. Der Außenumfang des
unteren Teils des trichterförmigen Fußes 13, in welchen
Bereich die Lufteinlaßöffnungen 19 vorgesehen sind, besitzt
einen Durchmesser, der mindestens das Doppelte des
Außendurchmessers des Kaminturmes 11 ist.
Wie den Fig. 1 bis 3 weiter zu entnehmen ist, sind bspw. zwei
Varianten A und B für die Ausführung von Kaminturm 11 und
trichterförmigem Fuß 13 vorgesehen. Jeweils die rechte Hälfte
zeigt, daß der Variante B, der Kaminturm 11 und der
trichterförmige Fuß 13 aus Beton hergestellt sind. Sowohl der
obere hyperboloide Teil 14 als auch die Zwischenwände 16 des
trichterförmigen Fußes 13 sind aus Beton hergestellt.
Die in der linken Hälfte der Fig. 1 bis 3 dargestellte
Variante A zeigt die Ausbildung sowohl des Kaminturmes 11 als
auch des trichterförmigen Fußes 13 durch rohrförmige und/oder
doppel-T-förmige Trägerelemente 21, 22, die im Bereich des
trichterförmigen Fußes 13 als Fachwerk 23 ausgebildet sind.
Auch die Zwischenwände 16′ sind dabei fachwerkartig gestaltet.
Bei diesem konstruktiven Aufbau der Variante A sind der
Kaminturm 11 und der trichterförmige Fuß 13 außen- und/oder
innenseitig mit einer luftundurchlässigen Folie oder dgl.
flächigem und reißfestem Material ausgekleidet und/oder
abgedeckt.
Beim ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 sind mehrere
Turbinen 26 innerhalb des unteren Endes des Kaminturmes 11
angeordnet, wobei die Vielzahl der Turbinen 26 den Querschnitt
des Kaminturms 11 im wesentlichen ausfüllt. Die horizontale
Ebene, in der sich die Turbinen 26 befinden, ist knapp
oberhalb der Ebene der Enden der Zwischenwände 16 bzw. 16′.
Die Turbinen 26, die senkrecht verlaufende Abtriebswellen 27
besitzen, sind jeweils innerhalb eines Zylindergehäuses 28
angeordnet, welche Gehäuse miteinander und/oder mit der
Innenseite der Wand 12 des Kaminturms 11 oder durch eine
Abstützkonstruktion direkt mit der Fundamentplatte fest
verbunden sind. Jede Abtriebswelle 27 ist in nicht
dargestellter Weise mit der Antriebswelle eines
Elektrogenerators verbunden oder bildet diese unmittelbar
selbst, so daß aus der Sonnenenergie durch die durch
adiabatische Expansion den Kaminturm 11, 11′ durchströmende
und damit die Turbinen antreibende Luft elektrische
Primärenergie gewonnen wird.
Bei dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten zweiten
Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung ist eine
Vorrichtung bzw. ein Aufwindkraftwerk 10′ dargestellt, das dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im wesentlichen entspricht.
Auch hier sind die beiden vorgenannten Varianten A und B
dargestellt und können jeweils einzeln für sich realisiert
werden.
Der einzige Unterschied des Aufwindkraftwerks 10′ nach den
Fig. 4 und 5 gegenüber dem nach den Fig. 1 bis 3 ist in der
Anordnung von Turbinen 26′ zu sehen. Bei diesem
Ausführungsbeispiel sind in jeder Lufteinlaßöffnung 19, also
im wesentlichen zwischen zwei Zwischenwänden 16 oder 16′,
Turbinen 26′ angeordnet. Beim dargestellten
Ausführungsbeispiel sind in jeder Lufteinlaßöffnung 19 zwei
Turbinen nebeneinander und zwei Turbinen übereinander, also
insgesamt jeweils vier Turbinen 26′ angeordnet. Auch diese
Turbinen 26′, die horizontale Abtriebswellen 31 besitzen, sind
innerhalb eines zylindrischen Gehäuses 32 angeordnet, welche
miteinander bzw. mit den Zwischenwänden 16 oder 16′ fest
verbunden sind. Auch hier sind die Turbinen 26′ zur Gewinnung
von Primärenergie in elektrischer Form mit nicht dargestellten
Elektrogeneratoren verbunden.
Bei einem in der Zeichnung nicht dargestellten, dritten
Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung ist der Kaminturm
11 oder 11′ in Teilbereichen oder über seine gesamte Länge und
Umfang mit Hohlräumen versehen, die als Druckluftspeicher
dienen. Die Hohlräume können bspw. durch eine entsprechende
Ausbildung der rohrförmigen Träger als dem Kaminturm 11, 11′
immanent ausgebildet sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind
die Turbinen 26 bzw. 26′ mit Kompressoren verbunden, die die
einströmende Luft in die Druckluftspeicher drücken.
Ausgangsseitig der Druckluftspeicher sind Hochdruckturbinen
angeordnet, die zur Gewinnung von elektrischer Primärenergie
bei Öffnen der Druckluftspeicher mit Elektrogeneratoren
verbunden sind.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist es möglich, das
dritte Ausführungsbeispiel mit dem ersten oder zweiten derart
zu kombinieren, daß die durch adiabatische Expansion in das
Aufwindkraftwerk einströmende Luft teilweise zur sofortigen
Erzeugung von elektrischer Primärenergie dient und teilweise
zur Energiespeicherung in den Druckluftenergiespeicher
eingedrückt wird.
In nicht dargestellter Weise sind bei einer weiteren Variante
an der Innenseite des Kaminturms 11 nach innen ragende Flossen
im wesentlichen gleichmäßig über dessen Umfang und Höhe
angeordnet, um leistungsmindernde Wirbelbildung zu verhindern.
Claims (13)
1. Vorrichtung zur Nutzung von in der oder den Luftschichten
über dem Erdboden oder über einer Wasseroberfläche
gespeicherten Sonnenenergie, mit einem Kaminturm und mit
mindestens einer Turbine, die durch die aus der oder den
genannten Luftschichten durch den Kaminturm unter
adiabatischer Expansion hindurchströmende Luft antreibbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaminturm (11) mit
einem trichterförmig ausladenden Fuß (13) versehen ist, der
über seinen gesamten Außenumfang mit verteilt angeordneten
Lufteinlaßöffnungen (19) versehen ist und dessen
Außendurchmesser in diesem Bereich mindestens dem Doppelten
des Außendurchmessers des Kaminturmes (11) entspricht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Turbinen (26′) mit horizontaler Welle in den
Lufteinlaßöffnungen (19′) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Turbinen (26) mit vertikaler Welle (27) im
Kaminturm (11) nahe dessen Fuß (13) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der trichterförmige Fuß (13)
mit gleichmäßig über einen Umfang verteilt angeordneten
radialen Zwischenwänden (16) versehen ist, deren äußere
Enden die Lufteinlaßöffnungen (19) begrenzen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zwischenwände (16) als Luftleitelemente zum Kaminturm
(11) hin ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (14)
des trichterförmigen Fußes (13) durch ein Hyperboloid
gebildet ist.
7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinen (26)
abtriebsseitig mit Elektrogeneratoren verbunden sind.
8. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaminturm (11)
mit radial nach innen ragenden Flossen versehen ist.
9. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaminturm (11)
aus Beton oer Stahlkonstruktion (21, 22) gebildet ist.
10. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch einen oder mehrere
Speicherhohlräume zur Aufnahme von Druckluft im oder am
Kaminturm und durch dem oder den Speicherhohlräumen
nachgeschaltete Hochdruckturbinen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Speicherhohlräume in der Wand des Kaminturms (11)
vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Turbinen (26) abtriebsseitig mit
Kompressoren verbunden sind.
13. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaminturm (11)
mehrere hundert Meter hoch ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4000100A DE4000100A1 (de) | 1990-01-04 | 1990-01-04 | Vorrichtung zur nutzung von sonnenenergie |
Applications Claiming Priority (1)
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DE4000100A DE4000100A1 (de) | 1990-01-04 | 1990-01-04 | Vorrichtung zur nutzung von sonnenenergie |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4000100A1 true DE4000100A1 (de) | 1991-07-11 |
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ID=6397594
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
DE4000100A Withdrawn DE4000100A1 (de) | 1990-01-04 | 1990-01-04 | Vorrichtung zur nutzung von sonnenenergie |
Country Status (1)
Country | Link |
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