DE4435149A1 - Windturbine mit Windkammern und Düsen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Windturbine mit Windkammern und Düsen.

Windenergie ist seit Jahrhunderten mit Flügelrotoren/Wind­ mühlen gewonnen worden. Hinweise auf die Nutzung von Düsen zur Windkraftgewinnung bei vergleichsweise kompakten Rotoren ist in DE P 42 07 718 A1 Windturbine, DE P 42 21 201, P 43 05 640, P 43 42 745.6, P 44 26 444.5 gegeben worden. Nach dem gleichen Prinzip können auch Wasserkräfte auf den zylindroformen Umfang des hinten verschlossenen Rotors mit Düsen für Wasserkraftwerke verlagert werden, DE P 42 25 712. Es zeigten sich vor dem Windkanal zunehmend Eigenschaften der Niederdruckgasturbine DE P 44 14 208.0; siehe auch mit weiteren Literaturangaben Der Große Brockhaus, 18. Auflage, Bd. 4, S. 358-59.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche für Wind hinten verschlossenen Windturbinen, die spaltförmige, hoch gegen den Wind gestellte Düsen im zylinderformen Umfang besitzen, für die Gewinnung erneuerbarer Energie noch leistungsfähiger zu machen.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen, der Zeichnung sowie der Beschreibung zu entnehmen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ähnlich dem Aufbau der Gasturbinen sich um den Rotor mit Windkammern und Düsen sich Leitschaufeln als Teil des parallel in den Wind gestellten Leitapparates ggf. mit dem Gehäuse/zugleich Stator befinden. Für die zur Welle tangentialen synergetischen Düsenstrahlen am Umfang der Turbine kommen nun zum bekannten Schub in der Atmosphäre noch mechanische Rückstoßmomente an den Leitschaufeln bei senkrecht auftreffenden Düsenstrahlen hinzu, so daß die Wellenleistung verstärkt ist.

Das Gehäuse mit den innen befestigten Leitschaufeln ist zugleich Stator, bewegt sich nicht mit, wäre also beispielsweise am Mast zu befestigen. Solche mit Düsen und Windkammern betriebenen Wind­ turbinen sind wesentlich schlanker als Flügelrotoren bei ent­ sprechend kleinem Durchmesser, was ohnehin schon die Justierung im Wind begünstigt, auch dem stabilisierten Turbinenlauf über lange Zeit dient. Der Aufbau solcher Düsenturbinen mit Stromgenera­ toren wird nun auch auf flachem Wasser auf Pontons, Schiffen wie selbst auf Kämmen des Hochgebirges auf schienengebundenen Dreh­ scheiben möglich. Der unerschöpflichen Gewinnung von Strom aus dem bekannten geostrophischem Wind in wenigen Kilometer Höhe scheint man nähergerückt.

Solche Windkraftmaschinen mit Düsen statt Flügeln bestehen nur aus wenigen Bauelementen, weisen verfestigende Kammerungen und eine axiale stabile Welle auf, die bevorzugt als leichte Hohl­ welle ausgebildet sein sollte, DE P 43 42 745.6. Bei dem schlanken Bau sind sogar Mehrfachlagerungen, die vorteil­ hafte Vorverlagerung des Unterstützungspunktes über dem Mast möglich, P 44 26 444.5.

Beständige Herstellungsmaterialien aus nichtrostendem Metall, Kunststoff, Verbundstoffen sind erforderlich. Das dargelegte Gehäuse kann zum Druckausgleich um die flügellose Turbine Durch­ brechungen aufweisen. Die ebenfalls sagittal in den Wind ge­ stellten Leitschaufeln können als Teil des Leitapparates, der von vorn und hinten völlig vom Wind durchströmt wird, zur Leistungs­ steigerung automatisch verstellbar sein.

Es zeigen

Fig. 1 die Vorderansicht einer Windturbine 1 mit Läufer 1b und dem Stator 7 bzw. dem konzentrischen Gehäuse 7a, parallel zum Wind 8 gestellte Leitschaufeln 10, die innen am Gehäuse 7a be­ festigt sind und der Kraftverstärkung der Turbine 1b durch das mechanische Zurückhalten von Düsenstrahlkräften 4a dienen, die Turbine 1b selbst mit mehreren je hinten quer zur Welle 9 verschlossenen Windkammern 2, ihre gleichsinnigen Tiefe geben­ den Begrenzungen bzw. Septen/Turbinenschaufeln 3, die durch benachbarte Turbinenschaufeln gebildeten tangential aus dem Wind­ kammern 2 beaufschlagbaren gleichsinnigen Düsen 4, den dabei für den Wind 8 auch hinten im Rotor 1a offenen teilzylindrischen Raum/ Spalt 20 ringsum die Turbine 1b zur kontinuierlichen Druckent­ lastung während der Stromgewinnung.

Fig. 2 den radialen Schnitt durch äußere Teile der Turbine 1 mit dem Gehäuse (unten) 7a, der innen der Länge nach befestigten Leitschaufel 10, den konzentrischen teilzylindrischen Raum 20, welcher von vorn bis hinten vom Wind durchweht wird, innen davon bzw. als innere Begrenzung den Längsschnitt durch eine Turbinenschau­ fel 3, ggf. durch eine gegen den Wind gestellte spaltförmige Düse 4.

Fig. 3 zeigt den horizontalen Längsschnitt durch ein solches Düsenwindkraftwerk 1, welches beispielsweise auf einem Ponton 22 be­ festigt sein könnte auf dem Wasser sich justierend, die Hohlwelle 9, hinten den Generator 14 betreibend, den zwischenge­ setzten Mast 13, die Windkammern 2, die hintere Begrenzung der Windkammern 2 durch den Konus 12 zur Windkraftablenkung auf die Turbinenschaufeln 3 bzw. die gleichsinnigen Düsen 4, die Windkraftumlenkung (Pfeile) 8, außen konzentrisch von der Turbine 1b das Gehäuse 7a/zugleich Stator 7, innen parallel zum Wind 8 am Gehäuse 7a befestigte Leitschaufeln 10, welche ein Mitrotieren von Luft außen am Umfang 3 der Turbine 1b zur Leistungssteigerung verhindern, die Windfahne 15.

Fig. 4 den senkrechten queren Schnitt durch eine Windturbine 1, innen den Läufer 1a, die zur Welle 9/dem Umfang 3 tangentialen Düsenstrahlen 4a, welche mit einem Teil ihrer Kräfte ein Widerlager an den Leitschaufeln 10 in Verstärkung der Drehung finden, Durchbrechungen 16 im Gehäuse 10 zur Druckentlastung im teilzylindrische Raum 20, welcher der ganzen Länge nach vom Wind 8 durchweht wird.

Fig. 5 den Querschnitt durch eine ein Gehäuse und somit einen Stator 7/7a aufweisende Turbine 1, den Querschnitt der Hohl­ welle 9, darum den Rotor 1b, den Umfang 3 des Rotors, die über Düsen 4 daraus hervortretenden tangentialen Düsenstrahlen 4a, welche zumindest zum Teil an den Leitschaufeln 10 zur Kraftsteigerung der Turbine 1b reflektiert werden, die Druckentlastung über den Spalt 20 um die Turbine 1b und den den Spalt 20 durchwehenden Wind 8.

Fig. 6 ein Teilgehäuse 7, 7a, 10 entsprechend der Fig. 5, so daß oft mit ausreichender Wirksamkeit das Mitrotieren von Luft außen an der Turbine 1b verhindert werden kann, wodurch Leistungs­ steigerung der Turbine 1 zu erreichen ist.

Fig. 7 den Längsschnitt durch eine Turbine 1 an der horizontalen Welle 9 mit dem Windkammern 2 und Düsen 4 besitzenden Rotor 1b, den hinten die Windkammern 2 verschließenden Konus 12, den auf Düsen umgelenkten Wind 8, die zur Welle 9 tangential umge­ lenkten Düsenstrahlen 4a, welche Halt/Impulse für die gesteigerte Kraft der Turbine 1b an den Leitschaufeln 10 erhalten und den vorgeschalteten sich möglichst trichterförmig erweiternden Wind­ sack 17 oder ähnliche Vorrichtung.

Fig. 8 den senkrechten Schnitt durch das Windkraftwerk 1 mit Wind­ kammern 2, tangentialen Düsenstrahlen 4a, Leitschaufeln 10 im Gehäuse 7a, welches zugleich der Stator 7 der Düsenwindturbine 1 über/auf einem Ponton 21 über auch flachem Wasser 22 im Wind 8 ist, die Verankerung 23 des Pontons 21 mit dem Windkraftwerk 1 zur automatischen Justierung bei Winden der verschiedenen Richtungen.

Fig. 9 den Blick von vorn auf den Trichter 24 eines Windkraftwerkes 1 in Sammlung von Windkräften für die Windturbine 1b, wobei der Trichter 24 vorn für Wind 8 dem Gehäuse 7a aufgesetzt ist, das Gehäuse 7a ist zugleich der Stator 7.

Fig. 10 den senkrechten Querschnitt durch die Welle 9 einer Wind­ turbine 1, den Rotor 2, 3, 4, 4a, hierzu das konzentrische Ge­ häuse 7a mit der Durchbrechung 16, über ein Scharnier 10a eine am Gehäuse 7a sagittal befestigte Leitschaufel 10, die sich automatisch bei starker im teilzylindrischen Raum 20 ausgebildeten Ringluft­ strömungen zur Verhinderung solcher leistungsmindernden Luft­ strömungen in den Raum 20 aufstellt; diese Automatik wird über die Durchbrechung 16 durch den Bolzen 10b und die außen am Gehäuse 7a vorhandene Feder 10c erreicht.

Claims (20)

1. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß Windturbinen (1a) mit hinten geschlossenen Windkammern (2, 12) und Düsen (4) im Umfang (3) konzentrisch zur Turbine (1a) bzw. zum Rotor (1a) eine Leitvorrichtung (20) für die bessere Ausnutzung der tangential austretenden Düsenstrahlen (4a) besitzen, daß die Leitvorrichtung (20) vor allem aus parallel zur Welle (9)/ zum Umfang (3) der Turbine (1a) angeordneten gleichsinnigen Leitschaufeln (10) besteht, die somit parallel in den Wind gestellt sind, daß diese innen am Gerüst oder am Gehäuse (20) befestigten Leitschaufeln (10) den senkrecht einwirkenden Düsenstrahlen (4a) zusätzlich Rückstoß zur Förderung der Turbinenleistung geben, daß der teilzylindrische Raum der Leitvorrichtung (20) offen ist für Druckausgleiche zur Atmosphäre.

2. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß an die Funktion der wenigen Bauelemente (9, 2, 12, 3, 4, 7a, 10 u. a.) für den dauerhaften Betrieb der Turbine (1a)/Rotor (1a) angepaßt geeignete Materialien benutzt werden, wie nichtrostendes Stahlblech, Aluminium, Kunststoff/Kunststoffplatten, Verbundstoffe z. B. mit Aramid, Holz u. a.

3. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (1a) eine vergleichsweise breite axiale Hohlwelle (9) auch mit mehrfacher Lagerung bei schmalem Durchmesser ver­ gleichsweise zu Flügelrotoren besitzt.

4. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (9) aus Edelstahl nichtrostend besteht.

5. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß durch ein Winkelstück oben am Mast der Schwerpunkt der Turbine (1) auch mit dem Generator (14) an der Welle (9) zur Stabilisation im Wind nach hinten gesetzt wird, entsprechend der ideelle Unterstützungspunkt über dem Mast nach vorn ver­ lagert ist.

6. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Leistungssteigerung der Turbine (1a)/des Rotors (1a) zur Gewinnung erneuerbarer Energie der Turbine (1a) außen, parallel zur Welle (9) bzw. zum Umfang (3), wo die Düsen (4) austreten, die Leitvorrichtung (20) mit den Leitschaufeln (10) gleichsinnig vorhanden ist.

7. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitvorrichtung (20) zugehörig außen an der Turbine (1a) ein mehr oder weniger zur Atmosphäre offenes Gehäuse (7a), welches auch gerüstartig gestaltet sein kann, vorhanden ist.

8. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine (1a) nur zum Teil von der Leitvorrichtung (2) mit ihren Leitschaufeln (10) für mechanischen Repuls der Düsenstrahlkraft (4a) zur Verstärkung der Wellenleistung (9) umschlossen ist.

9. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Druckausgleich zur Atmosphäre zumindest der hintere Teil der Leitvorrichtung (20) mit ihren Leitschaufeln (10) offen, in der Regel auch für sagittale Windkräfte offen ist.

10. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit der Leitvorrichtung (20)/Gehäuse (7a)/zugleich Stator (7), den gleichsinnigen Leitschaufeln (10) außen an der Turbine (1a) bei zudem vergleichsweise geringem queren Durch­ messer der Turbine (1a) ein neuer bisher noch nicht eingesetzter unbekannter Windturbinentyp (1) mit Windkammern (2, 12, 3, 4) und gleichsinnigen tangentialen Düsen (4, 4a) gefunden, erstmals im Modell erprobt wurde.

11. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß Windturbinen, die nach dem Prinzip der beschriebenen Windturbine (1a) hergestellt/aufgebaut sind, bezüglich des Durchmessers des Windrades den Flügelrotoren leistungsmäßig in der Windenergieerzeugung überlegen sind.

12. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die im Wind schlanken, fast stromlinienförmigen Windturbinen (1a) Rotoren (1a) mit Tiefe durch den vorderen zylindrischen Aufbau (3) und Verfestigung durch Kammern (2, 12, 34) weitaus besser im Wind (8) auch auf Dauer stabilisierbar sind, was für die zu erbringende Dauerleistung im Betrieb zur Stromerzeugung von Bedeutung ist.

13. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß bei genannten technisch guten Eigenschaften der Turbine (1a), siehe vor allem Patentanspruch 12, die Voraussetzungen gegeben sind, um solche Turbinen mit Düsen (1, 1a, 2, 3, 4, 4a, 20, 10, 7, 7a u. a.) auch ohne hohen Mast beispielsweise auf Pontons/Schwimm­ körpern (22), Schiffen zur Stromgewinnung über lange Zeit einzu­ setzen.

14. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß solche vergleichsweise schlanken Windturbinen (1, 1a) mit Düsen (4, 4a) auf durch Schienenkreis verankerte Drehscheiben beispielsweise auf Kämmen des Hochgebirges mit Stromgeneratoren eingesetzt werden.

15. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß das axiale, bisher zur Stromerzeugung wenig ergiebige Mittel­ feld von weitspannigen Flügelrotoren im Sinne der Hybridturbine die Windturbine (1, 1a) mit Windkammern (2, 12, 3, 4, 4a) zusätzlich an einer breiten Welle (9) besitzt.

16. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (4, 4a) der Turbine (1a) nicht parallel zur Welle (9) für Drehleistung bzw. parallel in den Wind gestellt sind, sondern ebenfalls gleichsinnig aus den Windkammern (2, 12, 3) radial zur Welle beaufschlagt, radial spaltförmig in flügelartigen Vor­ richtungen vorhanden sind.

17. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Windturbine (1, 1a, 20, 10, 7, 7a u. a.) zur kontinuierlichen Druckeinbringung mit einem Windsack (17) in Verbindung steht, dabei darf das Gehäuse (7a) gasturbinenartig keine Durchbrechungen aufweisen, der Druckabfall erfolgt nur im hinteren Turbinenbereich.

18. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gehäuse (7a) bzw. der Leitvorrichtung (20), welches auch Durchbrechungen (4a) aufweisen kann, zur Windenergiesammlung ein zum Stator (7) gehöriger, sich nicht mitdrehender Trichter (24) vorgeschaltet ist.

19. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (10), die innen am Gehäuse (7a) der Länge nach in den Wind gestellt innen am Gehäuse (7a) befestigt sind, ein Scharnier (10a) zum Gehäuse (7a) sowie eine automatische Auf­ klappvorrichtung (10b u. 10c) in einer Gehäusedurchbrechung (16) besitzen zur automatischen Abbremsung sich ggf. in der Leitvor­ richtung (20) einstellender Luftkreisströmungen, die Folge der gleichsinnigen Düsenstrahlen (4a) am Umfang (3) der Turbine (1a) sein können.

20. Windturbine mit Windkammern und Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß in der Luft/im Wind schwebende, im Wind verankert entsprechend justierte Schwebekörper wie Zeppeline vorn eine Turbine (1, 1a, 2; 3, 4, 12, 20 u. a.) mit auch axialem Luftströmungskanal zur Stromerzeugung besitzen.