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Der
Inhalt der vorliegenden Erfindung ist ein Windenergie-Konvertersystem
(WECS) mit einer Enteisungs- und Eisverhinderungsanordnung sowie ein
Verfahren zum Verhindern und Vermeiden des Anwachsens von Eis auf
den Rotorflügeln
von Windturbinen eines Windenergie-Konvertersystems. Es wird insbesondere
ein System vorgeschlagen, mit dem es zu verhindern und/oder auszuschließen ist, dass
sich Eis auf den Rotorflügeln
eines WECS ansammelt, wenn das System bei bestimmten Klima- und
Umgebungsbedingungen betrieben wird.
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Eisablagerungen
auf einem Flügelprofil
und insbesondere auf dem Rotorflügel
einer Windturbine haben einen ernst zu nehmenden Einfluss auf die strömungsdynamischen
Eigenschaften dieser Komponenten. Besonders der Auftrieb und der
Strömungswiderstand
sowohl des einzelnen Profils als auch des Flügels als Ganzem mit seiner
dreidimensionalen Entwicklung und damit die Druckverteilung entlang
der relevanten Oberflächen
sind in bemerkenswerter Weise verändert. Häufig ist es sehr schwierig
vorauszusehen, wie solche Faktoren sich abhängig von Eisablagerungen auf
den Oberflächen verändern. Als
Folge treten bei einem Flügel
im Betrieb gegenüber
den Konstruktionsbedingungen unterschiedliche Biege- und Torsionsspannungen
neben einer bedeutenden Verschlechterung der allgemeinen aerodynamischen
Effizienz der Windturbine auf.
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Zusammengefasst
bedeutet dies, dass, wenn auf den Rotorflügeln Eis vorhanden ist, die durch
den WECS-Rotor erzeugte Leistung viel geringer ist als mit Rotorflügeln ohne
Eisablagerungen. Außerdem
entsteht das bemerkenswerte Problem, dass der Flügel aufgrund des entlang der
relevanten Oberflächen
vorhandenen Eises eine erhöhte
Masse und eine veränderte
Masseverteilung aufweist und damit ein völlig verändertes statisches und dynamischen
Verhalten gegenüber
den Konstruktionsbedingungen aufweist.
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Bei
solchen Betriebsbedingungen besteht außerdem das nicht zu vernachlässigende
Problem hinsichtlich der WECS-Sicherheit, sowohl was die Sicherheit
von Menschen und Dingen in der Nähe
des Systems betrifft als auch die Möglichkeit, dass das System
selbst versagt und ausfällt.
Tatsächlich
kann es vorkommen, dass, wenn die vereisten Flügel im Betrieb sind, auf völlig unvorhergesehene
Weise Eisstücke
von den Flügeln
abfallen.
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Ein
solcher Vorfall bewirkt:
- 1) Gegenstände oder
Menschen in der Umgebung des Systems werden von solchen Eisstücken getroffen,
- 2) es werden plötzliche
und kaum vorhersehbare bauliche Spannungen erzeugt, im Wesentlichen aero-elastischer
Natur, wenn der Windturbinenrotor in Betrieb ist.
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Aufgrund
der erheblichen Größen, die
die letzte Generation von WECS aufweisen, deren Rotoren neunzig
Meter im Durchmesser und deren Türme einhundert
Meter an Höhe
erreichen, können,
wenn einmal die Bedingungen vorhanden sind, dass das Eis sich löst, plötzlich und
unvorhergesehen große Eismassen
sich wie Geschosse von den Flügeln
lösen und
bemerkenswerte Schäden
an der Umgebung verursachen. Die sich aus einem solchen, durchaus
nicht unwahrscheinlichen Vorkommnis ergebenden Konsequenzen, auch
rechtlicher Art, sind ohne weiteres vorstellbar.
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Auch
Punkt (2) stellt keineswegs ein geringes Problem dar. Eine WECS
im Betrieb kann sowohl an dem einzelnen Flügel als auch am System als Ganzem
bemerkenswerte strukturelle Spannungen durch strukturelle Vibrationen
aero-elastischer
Art erzeugen. Es können
Phänomene
struktureller Resonanz bis hin zum Ausfallen des Flügels (wenn
ein nicht ohne weiteres vorhersagbares „Flatter"-Phänomen
auftritt, da die Druckverteilung auf der Flügeloberfläche anders sein kann als bei
der Konstruktion vorgesehen) sowie im ganzen System auftreten (am Anfang
des zwanzigsten Jahrhunderts zerbrachen Brücken aufgrund von Windstößen, wie
aus der Literatur bekannt ist).
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Aus
den genannten Gründen
wird ein WECS angehalten, wenn Eis auf den Flügeln entdeckt wird. Solche
Stillstände
können
abhängig
von dem Grad der Vereisung unterschiedlich lang ausfallen. Kann das
Eis nicht mit den vorhandenen Enteisungsvorrichtungen in ausreichendem
Maße entfernt
werden, kann als Konsequenz darauf das System nur während einer
begrenzten Anzahl von Tagen pro Jahr genutzt werden, wenn es hinsichtlich
der Eisbildung in besonders kritischen Gebieten installiert ist.
Vorhandene Schätzungen
geben einen Verlust an elektrischer Leistung von etwa 20 bis 50
% einer normalen Jahresproduktion für durchgehend betriebene Systeme
an.
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Es
sind heute mehrere Lösungen
bekannt, die das unangenehme Problem der Eisbildung auf den Flügeln von
WECS zu lösen
versuchen. Die auf diesem Gebiet anzuwendenden Systeme sind im Wesentlichen
in drei Arbeitsweisen einzuteilen:
- I) Verwendung
von die Wärme
der Sonnenbestrahlung nutzenden wärmeabsorbierenden Beschichtungen
der Flügeloberflächen;
- II) örtlich
begrenzte Erwärmung
der durch die Eisbildung betroffenen Flügeloberflächen;
- III) Zirkulation von erwärmter
Luft innerhalb des Flügelkörpers, um
Wärme an
die durch Eisansammlung betroffene Flügelaußenfläche durch Wärmeleitung von innen zu übertragen.
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Es
ist ohne weiteres zu erkennen, dass die Systeme der ersten Art nur
bei vorhandenem Sonnenschein, das heißt nur während des Tages und bei Wetterbedingungen
mit ausreichender Sonnenbestrahlung, von einiger Wirkung sind. Da
jedoch die kritischsten Betriebsbedingungen hinsichtlich der Eisansammlung
während
der Nacht erreicht werden, lassen es solche Systeme gerade dann
an Wirksamkeit fehlen, wenn sie benötigt werden.
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Die
Systeme der Gruppe (II) verwenden allgemein Schichten eines elektrischen
Widerstand bietenden oder thermoleitenden Materials, die innen in der
Flügeloberfläche eingebettet
sind und durch Entstehen des Joule-Effektes erwärmt werden. Solche Flächen werden
elektrisch beheizt und stellen während
des Baus zusätzliche
und elektrisch leitenden Massen dar, die auf die flachen Schichten des
Flügels
insbesondere in von Eisbildung betroffenen Bereichen aufgebracht
werden.
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Die
genannten Systemtypen erscheinen für den Zweck geeignet, das heißt, sowohl
das Anwachsen von Eis während
des Betriebes der WECS zu verhindern, als auch, beispielsweise bei
einem Systemstopp, das auf den Flügeln vorhandene Eis zu entfernen.
Sie weisen jedoch solche Nachteile auf, dass bis heute diese Lösungsarten
nur in sehr wenigen Systemen und fast alle nur zu Studienzwecken eingesetzt
wurden. Um wirkungsvoll eingesetzt werden zu können, benötigen die Enteisungs- und Anti-Eisanordnungen
der Gruppe (II) zuerst einmal einen ziemlich komplizierten Mechanismus
zur Steuerung und Behandlung der Eisbildung. Diese Mechanismen verwenden
Eis-Ortungssensoren, eine Steuerungs- und Behandlungs-Verarbeitungssoftware, die
die Zufuhr des elektrischen Stroms an den Bereich steuern kann,
wo die Gefahr der Eisbildung besteht. Die Komplexität, die Kosten,
die Zuverlässigkeits-
und Wartungsprobleme der WECS ergeben im Laufe der Zeit bemerkenswerte
Resultate.
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Außerdem kann
der zum Heizen der Wärmeflächen durch
den Joule-Effekt erforderliche elektrische Strom einen nicht zu
vernachlässigen
Anteil des von der WECS insgesamt produzierten Stroms darstellen
und unter bestimmten Bedingungen kann dieser erforderliche Strom
sogar solche Mengen an elektrischer Leistung absorbieren, dass diese
Mengen den erzeugten Mengen sehr nahe kommen. Daraus ergibt sich,
dass der tatsächliche
Wirkungsgrad des Systems drastisch reduziert wird und eine recht unbefriedigende
Ausbeute bei kritischen Betriebsbedingungen liefert.
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Ein
weiterer Nachteil liegt darin, dass, wenn die WECS im Leerlauf läuft, das
heißt,
der Rotor ist in Bewegung, ohne dass Strom erzeugt wird, die zum Verhindern
oder Entfernen des Eises erforderliche elektrische Leistung dem
elektrischen Netz entnommen werden muss und das System unter diesen
Umständen
unrentabel ist.
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Hinzu
kommt, dass diese thermoleitenden Schichten auf die Flügeloberfläche aufgeklebt
werden und sehr leicht abnutzen, so dass häufige Wartungsarbeiten erforderlich
sind, die die Bereitschaft der Anlage zur Stromerzeugung reduzieren.
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Die
genannten dünnen
Schichten, die im Wesentlichen aus metallischen Materialien bestehen,
ziehen auch Blitze an. Blitzeinschläge können nicht nur die Enteisungs-
und Anti-Eisanordnung ernsthaft beschädigen, sondern auch die vorhandenen
elektrischen Vorrichtungen und Maschinen, und in einigen Fälle das
Ausfallen des Rotors verursachen, auf den sich die Einschläge entladen.
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Werden
diese genannten dünnen
Schichten mit der wichtigen elektrischen Leistung versorgt, dann
bilden sich sehr starke elektrostatische Drehfelder und damit in
der Folge Umweltverschmutzung und unerwünschte elektromagnetische Störungen in der
Umgebung der WECS.
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Ein
weiterer nicht zu vernachlässigender Nachteil
der beschriebenen Lösungen
besteht darin, dass die vom Hersteller der Windturbine gegebene Garantie
in dem Moment verloren geht, wo eine solche Anordnung zum Enteisen
und Verhindern der Eisbildung in die Flügelstruktur oder irgendeine
störende
Vorrichtung in die Flügelstruktur
eingefügt wird.
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Es
wurde außerdem
experimentell verifiziert, dass das Eis unter bestimmten Umgebungs-
und Klimabedingungen überall
auf der Flügeloberfläche ansetzen
kann, der Flügel
also fast vollständig
mit wärmeleitenden
dünnen
Schichten bedeckt sein müsste.
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Die
daraus sich ergebenden Herstell- und Wartungskosten erreichen prohibitive
Höhen,
die es bei sicherlich nicht vollständig überzeugender Wirkung des Systems
entschieden unwirtschaftlich machen.
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Hinsichtlich
der Systeme nach (III) besteht eine Patentdokumentation, die Vorrichtungen
für die Zirkulation
von erwärmter
Luft im Innern des Flügelkörpers zeigt,
die das Flügelinnere
erwärmen
können und
ebenfalls die äußere Oberfläche über innere Wärmeleitung
des Materials, aus dem der Flügelkörper besteht.
Ein Beispiel ist das deutsche Patent Nr.
DE 196 21 485 , auf dessen Text für die Beschreibung und
die Details der relevanten Lösung
Bezug genommen werden kann.
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In
dem genannten Patent wird für
jeden Flügel
eine Zirkulation der Innenluft vorgenommen, was durch einen Lüfter gesteuert
wird, und die Luft wird mit Hilfe elektrischer Widerstände erwärmt. Alle
Komponenten sind in der Nabe des Rotors angeordnet. Insbesondere
sind zwei Rohre vorgesehen, die die erwärmte Luft im Vorderabschnitt
des Flügels
kanalisieren, während
ein Rohr die Luft aus dem hinteren Abschnitt des Flügels extrahiert,
um die Innenzirkulation der Luft zu ermöglichen.
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Die
genannte Lösung
zeigt als Charakteristikum kleine Auslassöffnungen im entfernten Ende
des Flügels,
um zu verhindern, dass sich kondensiertes Wasser sammelt, wo der
Strom kälter
ist, weil er vom Wärmegenerator
weiter entfernt ist. Das entfernte Ende des Flügels ist in der Tat der Ort,
wo die Eisbildung wahrscheinlicher ist. Um so viel Wärme wie möglich an
das genannte Ende zu bringen, kann innerhalb des Flügels außerdem in
der Nähe
der Vorderkante eine durchgehende Trägervorrichtung aus wärmeleitfähigem Material,
beispielsweise Aluminium, vorgesehen sein. Diese Lösung trägt zu einer
effizienten Wärmebrücke für das Erwärmen bei,
da der Rotorflügel
im allgemeinen aus einem Verbundwerkstoff mit reduzierter Wärmeleitfähigkeit,
beispielsweise Kunstharzglas, besteht.
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Dieses
System weist die folgenden Nachteile auf. Der erste Nachteil besteht
darin, dass bei den aktuellen Abmessungen von Flügeln, deren Dicke an einigen
Punkten 60 mm erreichen kann, viel Wärmeleistung an die im Flügel zirkulierende
Luft abzugeben ist, um den ganzen Flügelkörper einschließlich der
relevanten Außenfläche effektiv
aufzuheizen. Eine Windturbine, die mit einem solchen System ausgerüstet ist,
wird, wenn angenommen wird, dass das Zuführen und Übertragen der ganzen zum Verhindern
der Eisbildung erforderlichen Leistung gelingt, einen sehr niedrigen
Wirkungsgrad aufweisen, wenn die Gefahr der Vereisung besteht. Und
zwar aus dem Grunde, dass, um die Oberfläche des Flügels zu erwärmen, die ganze Flügelmasse
erwärmt
werden muss und die in Wärme
umzuwandelnde elektrische Leistung wirklich beachtlich ist.
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Es
ist auch bekannt, dass Lüfterhersteller von
der Verwendung von Lüftern
im Innern von rotierenden Elementen deutlich abraten, weil ein fehlerhafter
Betrieb und Ausfälle
aufgrund von Coriolis-Kräften,
die auf die rotierenden Teile von Lüftern einwirken, sehr wahrscheinlich
sind.
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Zusammenfassend
heißt
das, dass die beschriebene Lösung
mit erzwungener Luftzirkulation tatsächlich nur im Stillstand durchgeführt werden kann,
was zu all den sich daraus ergebenden logistischen Einschränkungen
führt,
die ohne weiteres zu erkennen sind.
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Die
Dokumente
DE 842 330 und
DE 198 02 574 stellen Eisbildungsverhinderungsanordnungen für ein Windturbinensystem
dar, bei dem jeder Windturbinenflügel mit einer Öffnung in
seiner aerodynamischen Fläche
versehen ist, die vorzugsweise im Endabschnitt der Flügelspanne
angeordnet ist, die in Verbindung mit einem Luftstrom steht, der
in die Flügel
strömt
und sich beim Überströmen von
elektrischen Generatoren-/Motorteilen erwärmt. Die Öffnungen in der aerodynamischen
Fläche
des Flügels sind
so angeordnet und konstruiert, dass der erwärmte Luftstrom im Flügel wegen
der Zentrifugalwirkung fortlaufend in den Flügel strömt und damit Wärme mit den
Innenteilen des Flügels
austauscht, um den Flügel
zu erwärmen.
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Zum
Stand der Technik gehört
auch das deutsche Gebrauchsmuster Nr.
DE 200 14 238 U1 . Nach
der Beschreibung in diesem Dokument wird die Luft im Innern des
Flügelkörpers so
zirkuliert, dass die Luft mittels Abwärme von den in der Gondel der Windturbine
vorhandenen elektrischen Vorrichtungen erwärmt wird. Es wird ein Ventilationssystem
verwendet, das ebenfalls mit dem in Betrieb befindlichen Rotor angetrieben
werden kann, da der Lüfter
für die zwangsweise
Luftzirkulation in der Gondel der Anordnung angeordnet ist. Außerdem ist
ein System zur durchgehenden Verteilung der erwärmten Luft innerhalb jedes
Flügels
vorgesehen.
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Das
Ausführungsbeispiel
hat den Nachteil, dass es ziemlich kompliziert und schwierig zu
verwirklichen ist, weil dabei Mittlerfluids zur Verwirklichung des
Wärmetausches
zwischen der Abwärme der
elektrischen Vorrichtungen und der im Flügelinnern zirkulierenden Luft
verwendet werden.
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Außerdem hat
auch dieses Beispiel den gleichen Nachteil wie das vorher zitierte
deutsche Patent '485,
d.h. die bemerkenswerte Dicke des Flügels, der aus schlecht leitenden
Materialien besteht, stellen keine wirksame und effiziente Beheizung
der Flügeloberflächen sicher.
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Die
durch die erzwungene Zirkulation des Fluidstroms in den elektrischen
Vorrichtungen reicht außerdem
sicher nicht aus, um das Problem der Eisanlagerung unter besonders
kritischen Umgebungsbedingungen zu verhindern. Dazu bedarf es immer einer
Hinzufügung
einer konsistenten Wärmemenge, die üblicherweise
durch den Joule-Effekt erzielt wird.
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Dabei
muss unterstrichen werden, dass die schlechte Wärmeleitfähigkeit des Flügelmaterials den
wirksamen Wärmeaustausch
zwischen dem Fluidstrom und dem Flügelkörper auf bemerkenswerte Weise
gefährdet.
Es kann zusammengefasst werden, dass selbst bei einem komplizierteren
Aufbau des Flügels,
bei dem wärmeleitende
metallische Teile, die bis ans äußerste Ende
reichen, eingebaut werden, die Anordnung nur eine schlechte Wirksamkeit zu
erreichen scheint. Die Wirksamkeit erhöht sich, wenn eine große Menge
elektrischer Leistung aus dem elektrischen Netz entnommen wird,
um den Flügelkörper von
Windturbinen zu beheizen, wobei dann die Gesamteffizienz der WECS
bei kritischen Betriebsbedingungen stark abfällt. Zusammengefasst kann gesagt
werden, dass es tatsächlich
die Art der Wärmeübertragung
in den zitierten patentierten Lösungen
ist, d.h. der inneren Wärmekonvektion
vom Flügelkörper zur
Außenfläche, die
die deutlichste Begrenzung für
die Wirksamkeit der Enteisung und der Eisverhinderung bildet. Diese
Art der Lösung
führt in der
Tat dazu, dass ein großer
Teil an Wärmeleistung verbraucht
wird, wobei es nicht möglich
ist, die Wärme
nur an die bestimmten Oberflächenbereiche
des Flügels
zu bringen, die von Eisbildung betroffen sind. Insbesondere ist
die Flügelspitze,
die am stärksten von
der Eisansammlung betroffen ist, genau der Bereich, wo der Innenraumluftstrom
mit der niedrigsten Temperatur ankommt, da er die Wärme bereits
an die Bereiche in der Nähe
der Flügelwurzel
abgegeben hat.
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Die
vorliegende Erfindung hat das Ziel, die oben genannten Nachteile
des Standes der Technik zu lösen
und beschreibt eine wesentlich verbesserte Anordnung zum Enteisen
und zum Verhindern der Eisbildung, die in Windenergie-Konvertersystemen verwendet
werden kann.
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Innerhalb
dieses Bereichs ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine
einfache und zuverlässige
Anordnung zum Enteisen und zum Verhindern der Eisansammlung zu verwirklichen,
die weniger Wartung erfordert und verringerte Kosten für die Realisierung
und den Einbau benötigt.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, in entscheidender
Weise die Anzahl der Tage im Jahr zu erhöhen, an denen die WECS fortlaufend
im Betrieb sein kann, im Gegensatz zu den Gegebenheiten der Systeme
mit bekannten Lösungen.
Die Anordnung zum Enteisen und zum Verhindern der Eisansammlung
nach der vorliegenden Erfindung kann außerdem die Stillstände vermeiden, die
ausschließlich
wegen der Gefahr der Eisbildung oder der tatsächlichen Eisansammlung auf
den Flügeln
eingelegt werden.
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Ein
weiteres Ziel ist die Garantie einer hohen Effizienz der WECS bei
besonders kritischen Betriebsbedingungen in Bezug auf Eisbildung,
indem ein Anhalten vermieden wird.
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Ein
weiteres Ziel der Anordnung zum Enteisen und Verhindern der Eisbildung
nach der vorliegenden Erfindung ist es, auch dann Eigenschaften zum
Verhindern der Eisbildung aufzuweisen, wenn der Rotor im Leerlauf
ist, d.h., wenn der elektrische Generator keine elektrische Leistung
produziert. Mit einem solchen System kann tatsächlich die Verwendung einer
externen Quelle für
elektrische Leistung, wie beispielsweise elektrischer Strom aus
dem allgemeinen Netz, vermieden werden.
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Ein
weiteres Ziel ist die Erleichterung der Wartungsarbeit für die einzelnen
Rotorflügel,
insbesondere das Reinigen der Oberflächen. Ein Problem, das in Verbindung
mit dem Betrieb von Windturbinen auftritt, ist das Ablagern von
organischen und anorganischen Rückständen aus
dem Fluidstrom am Flügel,
die sich insbesondere in den Bereichen ansammeln, die der Kante
des Flügelprofils
entsprechen, und deren fluid-dynamischen Eigenschaften verändern.
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Weiter
ist es ein Ziel, den Pegel der Geräuschbildung bei der Rotation
der Windturbinenflügel
zu verringern.
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Ein
weiteres Ziel ist das Verhindern oder Reduzieren der Ansammlung
der genannten festen Sedimente auf den Flügeln.
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Zum
Erreichen der genannten Ziele ist der Gegenstand der vorliegenden
Erfindung ein WECS mit einer Anordnung zum Enteisen und Verhindern der
Eisbildung sowie ein Verfahren zum Verhindern und Entfernen von
Eisansammlungen auf den Rotorflügeln
von Windturbinen eines WECS mit den Charakteristika gemäß der beigefügten Ansprüche.
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Weitere
Ziele, Charakteristika und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der angefügten Zeichnungen
deutlich; die Beispiele dienen lediglich der Erläuterung und sind keine Einschränkungen.
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1 zeigt
eine schematische und teilweise geschnittene Seitenansicht einer
Windturbine in einem WECS nach der vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt
eine Perspektivansicht eines Teils des Systems der 1,
insbesondere einen Teil eines Flügels
der Windturbine,
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3 zeigt
einen zweidimensionalen Abschnitt des Details der 2,
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4 zeigt
Schnittansichten möglicher
Ausführungsformen
eines Teils des Details der 2,
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5 zeigt
in schematischer Weise ein Verfahren zur Ausführung des Details der 2,
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6 zeigt
weitere Ansichten des Details der 4;
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7 und 12 zeigen
eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, sowie eine schematische
Ansicht eines zweiten Details der Windturbine der 1 bzw.
einer Variante des Details,
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8 erläutert die
gleiche Ansicht der 1 mit Einzelheiten des Verhaltens
des Luftstroms des WECS im Betrieb,
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9 zeigt
eine schematische Ansicht des Verhaltens der relevanten Lustströme einer
Variante des gesamten WECS gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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10 und 14 zeigen
jeweils eine zweite und eine dritte Variante einer möglichen
Konfiguration des WECS gemäß der Erfindung
in einer schematischen, teilweise geschnittenen Ansicht,
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11 zeigt
eine Vorderansicht einiger möglicher
Ausführungsformen
eines Details des WECS nach 10,
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13 zeigt
eine Draufsicht auf einen Teil des Details des WECS nach 12.
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In 1 ist
schematisch ein WECS zum Erzeugen elektrischer Leistung gezeigt,
das insgesamt mit 1 bezeichnet ist und von einem Fluid-
oder Windstrom getroffen wird, der als Pfeil mit V bezeichnet ist. Das
System umfasst bekannte bauliche Elemente wie einen Rotor, der als
Ganzes mit 2 bezeichnet ist, eine Gondel 3 und
einen Turm 4. Der Turm 4 wird im Erdreich oder
im Boden verankert, wo die Installation des Systems 1 vorgesehen
ist. Die auf dem Turm 4 angeordnete Gondel 3 wird
abhängig
von den Windeigenschaften durch bekannte Vorrichtungen und Anordnungen
ausgerichtet, die der Vereinfachung halber nicht dargestellt sind.
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Der
Rotor 2 ist durch die Tatsache charakterisiert, dass er
in seinem Zentrum eine Nabe 2F aufweist, die auf einer
Drehwelle 7 der Windturbine des WECS 1 befestigt
werden kann. Die genannte Nabe 2F trägt Anpassstücke oder „Anschlussstücke" 2E, die
mit ihr fest verbunden sind. Solche Anschlussstücke 2E sind dazu ausgelegt,
dass in ihnen jeder der Flügel 5 des
Rotors 2 mit Bolzen befestigt wird, was in den 7 und 12 zu
sehen ist. Der Rotor 2 des dargestellten Beispiels weist
drei im Wesentlichen identische Flügel 5 auf. Im vorderen
Teil der Gondel 3 ist dem genannten Rotor 2 eine
Verkleidung oder Haube 6 zugeordnet, die sowohl aerodynamische
als auch strukturelle Funktionen übernimmt. Alle Komponenten,
die die Rotationsbewegung des Rotors 2 in elektrische Leistung,
insbesondere in Wechselstrom zur Einspeisung in ein an das WECS 1 angeschlossenes
Netz, umwandeln, sind in der Gondel 3, genauer gesagt in
einer Kapsel 11 enthalten, deren Charakteristika später genauer
beschrieben werden.
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In
dem der Erläuterung
und nicht der Einschränkung
dienenden Beispiel der vorliegenden Erfindung sind, wie aus der
schematischen Darstellung der 1 zu erkennen
ist, in bekannter Weise an einer Welle befestigt und von außen nach
innen bezeichnet der Rotor 2 und das rotierende Teil R
eines Elektrosynchronmotors 9 angeordnet. Die genannte Welle 7 kann
gegenüber
einem feststehenden Lager 8 der Gondel 3 der Windturbine
des WECS 1 rotieren. Am Lager 8 wiederum ist der
statische Teil S des Elektromotors 9 fest angeordnet, das
dem rotierenden Teil R in bekannter Weise gegenüberliegt, um die Erzeugung
elektrischen Stroms zu ermöglichen, wenn
der rotierende Teil R sich bewegt und der Elektrosynchronmotor 9 unter
Strom steht. Der erzeugte Strom wird einem elektrischen Zwischenkreis
oder Inverter IN zugeleitet und dann mit der geeigneten Frequenz
und der vorgegebenen Spannung in das elektrische Netz eingespeist.
In der Gondel 3 ist eine weitere elektrische Einheit 10 vorhanden,
die elektrisch mit dem Inverter IN und/oder dem elektrischen Netz
verbunden ist und die elektrischen Hilfssysteme enthält, die
all die elektromechanischen Vorrichtungen versorgen kann, die für den Betrieb
der Teile des WECS 1 erforderlich sind. Dazu gehört beispielsweise
der kleine Elektromotor, der die Sub-Verteilungssysteme der Gondel
steuert, d.h. die Stellung oder den Neigungswinkel der Flügel 5 des
Rotors 2 abhängig
von den Windeigenschaften, aber nicht ein Windmessgerät zum Messen
von Windstärke
und -richtung und nicht ein Computer, der den Betrieb der genannten
Vorrichtung steuert, und viele andere bekannte elektrische Anordnungen,
die aus Gründen der
Vereinfachung nicht dargestellt wurden.
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Die
Kapsel 11, die an der Gondel 3 befestigt ist,
ist im Wesentlichen geschlossen und besteht aus einem Material mit
schlechter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise
aus einem Verbundmaterial von der Art des Kunstharzglases. Auf diese
Weise wird ein Speichervolumen für
die in der Windturbine des WECS 1 zirkulierende Luft gefunden.
Die thermisch von der äußeren Umgebung
isolierte Luft erwärmt sich,
wenn sie mit den erhitzten Teilen der elektrischen Vorrichtungen 9, 10,
IN in der Kapsel 11 in Kontakt kommt.
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Diese
Kapsel 11 weist hinten eine oder mehrere Öffnungen 11A auf,
die Fluidverbindung nach außen
haben, um die Luft durch eine oder mehrere Öffnungen 3A im hinteren
Bereich der Gondel in die Kapsel einzulassen. Vorn sind ein oder
mehrere Durchlassfenster 11L in einer Vorderwand 11P angeordnet,
die es der durch die Öffnungen 11A der
Kapsel 11 angesaugten Luft ermöglichen, von dem Speichervolumen
an die Nabe 2F des Rotors 2 zu gelangen.
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In 1 ist
weiter der Spitzenbereich 5E des Flügels 5 dargestellt,
der an seiner Oberfläche 5S Öffnungen
oder Löcher 12 aufweist,
die in Verbindung stehen mit dem Inneren des Flügels 5. Ein solcher
Flügel 5 ist
insbesondere in den 2 und 3 im Detail
dargestellt, wo eine perspektivische Ansicht des Spitzenbereichs 5E,
auf den der Wind V auftrifft, und ein verallgemeinerter Querschnitt 5P oder
Profil des Flügels 5 gezeigt
ist.
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Die
genannten Löcher
oder Öffnungen 12 können kreisförmig, elliptisch
oder von jedem anderen Querschnitt sein. Die genannten Öffnungen 12 können auch
eine gleiche oder eine unterschiedliche Form abhängig von dem Bereich der Oberfläche 5S haben,
wo sie angeordnet sind, wobei ihre Charakteristika den spezifischen
Studien und numerisch-experimentellen Untersuchungen entsprechend
ausgewählt
werden.
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2 zeigt
den Spitzenbereich 5E des Flügels 5, dessen Oberfläche 5S eine
erste Serie von Öffnungen
oder Löchern 12 in
der Nähe
der Vorderkante aufweist, und eine zweite Serie von Öffnungen 12T in
der Nähe
der Hinterkante. Die genannten Kanten sind an jedem Flügel 5 Profile,
die im Bezug stehen zu den Querschnitten 5P entlang der
Längsausdehnung
des Flügels 5.
Der Luftstrom durch die Öffnungen 12 in
der genannten Oberfläche 5S ist
durch Pfeile F angezeigt.
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Der
Spitzenbereich 5E ist innen durch zwei Trennwände 13A und 13B geteilt,
die in 3 deutlich zu sehen sind, und im Wesentlichen
drei Volumina darstellen: ein erstes Volumen 14 entsprechend der
ersten Serie 12L von Öffnungen 12,
ein zweites Volumen 15 entsprechend der zweiten Serie 12T der Öffnungen 12 und
schließlich
ein drittes Volumen 16, das zwischen den beiden anderen
angeordnet ist und sich entsprechend dem mittleren Teil der Profile
erstreckt. Im dritten Volumen 16 sind zwei Träger 17A und 17B angeordnet,
die eine Halterungsfunktion haben und der Oberfläche 5S des Flügels 5 in
bekannter Technik zugeordnet sind. Die Oberfläche 5S jedes Flügels 5 besteht
aus zwei Halbschalen 5U und 5L bzw. einer oberen
und einer unteren Halbschale, die im Allgemeinen aus einem Verbundmaterial
wie Kunstharzglas bestehen.
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In 4 sind
drei unterschiedliche Möglichkeiten
für die
Form der Öffnungen 12 in
der Oberfläche 5S des
Flügels 5 angegeben,
und zwar:
- 1) eine erste Möglichkeit nach der Ansicht 4a,
wo die Öffnung 12 einen
gleichbleibenden Querschnitt für
den Durchfluss der Luft von der inneren Oberfläche 5Si zur äußeren Oberfläche 5Se des Flügels 5 aufweist;
- 2) eine zweite Möglichkeit
nach der Ansicht 4b, wo die Öffnung 12 divergiert
und einen im Wesentlichen orthogonalen Schacht zur Richtung des
Stromes V außerhalb
des Flügels 5 wie
im Fall (1) aufweist;
- 3) eine dritte Möglichkeit
nach der Ansicht 4c, wo statt im Wesentlichen parallel
verlaufender Wandung und geneigtem Schacht die Öffnung 12 einen bestimmten
spitzen Winkel gegenüber
dem orthogonalen Schacht zur äußeren Oberfläche bildet,
und zwar mit einer solchen Orientierung, dass die hinausfließende Luft
eine Richtung hat, die der Richtung des Außenstroms V folgt.
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In 2 und 3 ist
auch das Verhalten der im Flügel
zirkulierenden Luftströme
gezeigt, wenn die Anordnung zum Enteisen und Verhindern der Eisbildung
ge mäß der vorliegenden
Erfindung in Betrieb ist. Ein solches Verhalten wird nachfolgend näher erläutert. Ein
erster Luftstrom, der das erste Volumen 14 in 2 betrifft,
ist mit F1 bezeichnet und ein Luftstrom im zweiten Volumen 15 ist
mit dem Pfeil F2 bezeichnet. Beide Luftströme F1 und F2 bewegen sich von
der Wurzel zur Spitze jedes Flügels 5.
Mit F wird dann auf den Fluidstrom hingewiesen, der in der Windturbine
des WECS 1 zirkuliert, der, wenn er an der Oberfläche 5S ankommt,
durch die Öffnungen 12 hinausfließt und einen
Fluidfilm bildet, wie nachfolgend näher beschrieben wird.
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In 3 ist
mit F die Luft im Flügel 5 bezeichnet,
die durch die Öffnungen 12 hinausfließt und sich mit
dem äußeren Fluidstrom
V mischt.
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5 und 6 zeigen
die besondere Herstellung der beiden Halbschalen 5U und 5L,
die die Außenhülle bilden,
d.h. die äußere Oberfläche 5S jedes
Flügels 5.
Insbesondere die genannten Halbschalen 5U und 5L sind
aus einander überlappenden Verbundfaserplatten 18 hergestellt,
in die die Löcher oder Öffnungen 12 bereits
eingearbeitet sind. Auf die Weise wird das Problem umgangen, dass
das Verbundfasermaterial durch mechanisches Bohren zum Erzeugen
der Öffnungen 12 geschwächt wird.
Derartige Platten 18 werden dann durch Kleben oder auf andere
bekannte Weise zu Halbschalen 5U und 5L verarbeitet,
die zusammengefügt
und mit der tragenden Flügelstruktur
durch bekannte technische Verfahren verbunden werden, die hier aus
Vereinfachungsgründen
nicht zitiert werden.
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6 zeigt
in den Ansichten 6a bis 6c die Anordung und das
Zusammenwirken der Platten 18 im Bereich jeder der Öffnungen 12.
Die Platten 18 bilden Grenzen 12B, die jede Passage
einzeln bilden, um die Öffnung 12 darzustellen,
und sind bereits so gefertigt, dass sie gegenüber jedem der Schächte der Öffnungen 12 in
der Oberfläche 5S des
Flügels 5 ausgerichtet
sind. Die Ansichten 6a, 6b, 6c entsprechen
den Ansichten 4a, 4b, 4c der oben beschriebenen
Arten von Öffnungen
12.
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7 zeigt
das Detail der Nabe 2F des Rotors 2 an der Stelle,
wo der Flügel 5 in
die Nabe 2F eingeführt
ist, und zwar in einer teilweise geschnittenen Ansicht des Zusammenbaus
an einer Schnittebene durch die mittlere Ebene des Flügels 5.
Außerdem
wird das Detail des Anschlussstücks 2E gezeigt, das
im Wesentlichen zylindrisch geformt ist und an seiner seitlichen
Fläche
eine Mündung 19 aufweist, die
zur Kapsel 11 der Gondel 3 gerichtet ist. Die
Nabe 2F ist so gefertigt, dass sie einen kreisförmigen Ring entsprechend
des Fensters 11L der Kapsel 11 bildet, wobei der
genannte Ring durch Mündungen 19 unterbrochen
ist, die jedem der Flügel 5 des
Rotors 2 entsprechen. Zwischen der Mündung 19, die das
Fließen
des Fluids durch das Fenster 11L der Kapsel 11 ermöglicht,
und dem Innenteil des Anschlussstücks 2E sind Halteelemente 20 vorgesehen,
die hier aus Vereinfachungsgründen
nicht detailliert beschrieben werden. Solche Halteelemente 20 können den
Luftstrom von der Kapsel 11 an die Mündung 19 und das Innere
des Anschlussstücks 2E ohne
Leck nach außen
ermöglichen,
selbst wenn der Rotor 2 sich bewegt, d.h., wenn die Windturbine
des WECS 1 in Betrieb ist. Die Wurzel 5R des Flügels 5 greift
an einer der Basen des Zylinders an, der das Anschlussstück 2E bildet.
-
In
der Schnittansicht der 7 ist die Anordnung der inneren
Umlenkplatten mit 21 bezeichnet; diese können den
inneren Luftstrom von der Kapsel 11 und der Nabe 2F umlenken.
Insbesondere ist im Flügel 5 eine
erste Umlenkplatte 21A vorhanden, die das genannte erste
Volumen 14 im genannten Flügel 5 definieren kann,
die auf bekannte Weise mit der ersten Trennwand 13A des
Spitzenbereiches 5E des Flügels 5 verbunden ist.
Auf ähnliche
Weise ist eine zweite Umlenkplatte 21B mit der zweiten
Trennwand 13B verbunden, um das zweite Volumen 15 im
Flügel 5 zu
definieren.
-
Eine
dritte Umlenkplatte 21C, die mit den genannten Umlenkplatten 21A und 21B verbunden
ist, ist im Anschlussstück 2E vorhanden
und bildet so, wenn der Flügel 5 einmal
mit dem Anschlussstück 2E zusammengefügt ist,
nur eine innere Umlenkplatte 21, um die Zirkulation des
Luftstrom in den beiden Volumina 14 und 15 umzulenken.
-
8 zeigt
die Zirkulation des Luftstroms F in der Windturbine des WECS 1,
mit deren Hilfe die Wirkung der Enteisung und Verhinderung der Eisbildung
nach der vorliegenden Erfindung erzielt wird. Die Modalitäten werden
nachfolgend erläutert.
-
Der
in der Windturbine des WECS 1 zirkulierende Pfad des Luftstroms
F, wenn der Rotor 2 in Betrieb ist, wird nachfolgend beschrieben.
-
Der
Luftstrom F fließt
durch die Öffnung 3A der
Gondel 3 hinein und durch die Öffnung 11A der Kapsel 11 in
das Speichervolumen, das durch den Innenraum der Kapsel 11 gebildet
wird. Hier überstreicht
er die elektrische Einheit 10, den Inverter IN und, nachdem
er durch die Löcher
des statischen Teils S geströmt
ist, den rotierenden Teil R des Elektromotors 9. Durch
das Fenster 11L erreicht der Strom F die Nabe 2F des
Rotors 2 und den inneren Teil des Flügels 5, d.h. das erste
und zweite Volumen 14 bzw. 15. In der Nabe 2F wird
der Strom F aufgrund der vorhandenen Umlenkplatten 21 (s. 7)
umgelenkt und bewegt sich in den Spitzenbereich 5E jedes Flügels 5,
wobei die Trennwände 13A und 13B in
den 2 und 3 deutlich gekennzeichnet sind.
Auf diese Weise werden in jedem der Flügel 5 zwei getrennte
Luftströme
F1 und F2 erzeugt, die jeweils von der Wurzel zur Spitze des Flügels 5 fließen, einer
in das erste Volumen 14 und der andere in das zweite Volumen 15,
bis sie durch die erste Serie 12L und die zweite Serie 12T von Öffnungen 12 in
der Oberfläche 5S jedes
Flügels 5 hinausströmen.
-
Ein
solches Verhalten des Luftstroms F wird im Wesentlichen durch die
globalen Druckunterschiede verursacht, die zwischen den inneren
und den äußeren Strömen bei
Beachtung der Drehbewegung des Rotors 2 und der relevanten
kinetischen Effekte entsprechend den bekannten Modalitäten erzeugt werden.
-
Es
wird Bezug genommen auf die 2, 3 und 4;
der aus den Löchern
oder Öffnungen 12 ausströmende Luftstrom
F wirkt zusammen mit dem Wind V, der auf den Flügel 5 auftrifft und
eine Luftschicht oder einen Luftfilm auf dem Flügel 5 außerhalb
der Fläche 5E mit
den Öffnungen 12 erzeugt, das
heißt
stromabwärts
davon. Ein solcher Luftfilm lenkt aufgrund der bekannten thermischen
und dynamischen Effekte den Fluidstrom des Windes V vom direkten
Auftreffen auf die äußere Fläche 5S des
Flügels 5 ab,
erwärmt
so den Strom und verhindert, dass Feuchtigkeitspartikel des Windes
V kondensieren und zu Eis werden.
-
Dieser
aus den Öffnungen 12 austretende Strom
verhindert das direkte Auftreffen des Windes V auf die Fläche 5S und
damit nicht nur das Auftreffen von Feuchtigkeitspartikeln, sondern
auch von Körpern
verhältnismäßig kleiner
Masse gegenüber
der Masse des ausströmenden
Luftstroms. Zum Beispiel sammeln sich kleine Insekten in großer Zahl
auf den Rotorflügeln
der Windturbine, weswegen das System periodisch gestoppt werden
muss, um sie zu entfernen.
-
Die
Löcher
oder Öffnungen 12 sind
in der Nähe
der Vorderkante und der Hinterkante jedes Profils 5P eines
Flügels 5 angeordnet,
da dies die Orte sind, wo die Flügeltemperatur
am niedrigsten und der Fluidstromdruck des Windes V, der auf die
Flächen 5S wirkt,
am höchsten
ist und damit die Gefahr der Ansammlung von Eispartikeln dort am
größten ist. Solch
eine besondere Anordnung von Öffnungen 12 ist
in dem beschriebenen Beispiel verwirklicht, eine andere Anordnung
könnte
jedoch in vorteilhafter Weise am gesamten Profil verwirklicht werden,
um zum Beispiel die Luft auch innerhalb des dritten Volumens 16 (siehe 3)
zu kanalisieren.
-
Um
die Gefahr der Vereisung besser zu verhindern, ist es angebracht,
einen Fluidluftstrom F zu erzeugen, der gleichmäßig aus den Öffnungen 12 nicht
nur entlang des gesamten Profils 5P fließt, sondern
entlang der gesamten Fläche 5S jedes
Flügels 5,
die von den Öffnungen
betroffen ist. Dafür
soll die Luft den geeigneten Enthalpie-Gehalt haben und die Öffnungen
und Kanäle
müssen
so bemessen sein, dass der hinausfließende Luftstrom F die geeigneten Werte
an Masse, Druck, Richtung, Versus (verse) und Intensität in Beziehung
zur Ausflussgeschwindigkeit aus den Öffnungen 12 aufweist.
Für diesen Zweck
können
die Öffnungen 12 in
der geeigneten Größe ausgelegt
sein, und einige Beispiele sind in 4 dargestellt.
-
Wie
bekannt, ermöglicht
die Öffnung 12 der Ansicht 4a ein
Ausströmen
des Fluidstroms F orthogonal zum Wind V, die Öffnung nach Ansicht 4b ermöglicht eine
Druckwiederherstellung und damit eine Verlangsamung der Ausflussgeschwindigkeit,
während
die Öffnung
nach Ansicht 4c tatsächlich
zur Energiezunahme des Fluidstroms (energizing the fluid stream)
des Windes V beitragen kann, der auf jedes Profil 5P auftrifft.
Ein solcher Prozess der Energiezunahme (energizing process), wie
er aus der aeronautischen Literatur bekannt ist, kann das aerodynamische
Gesamtverhalten des Flügels 5 verbessern
und darum die aerodynamische Effizienz, so dass der Gesamtwirkungsgrad
des WECS 1 erhöht
wird, das heißt,
eine größere Wellenleistung
der Windturbine erzielt wird. Wenn die im WECS 1 zirkulierende
Luft den geeigneten Enthalpie-Gehalt aufweist, dann kann der hinausströmende Luftstrom
F tatsächlich mit
einem hinsichtlich der Richtung des auf die Fläche 5S jedes Flügels 5 auftreffenden
Fluidstroms des Windes V bestimmten Winkel ein solches Ziel erreichen.
-
Zusammengefasst
besteht die vorliegende Erfindung aus einer Anordnung zum Enteisen
und zum Verhindern einer Vereisung ausgeführt in einem WECS, die die
fluid-thermodynamischen Effekte des austretenden Luftstroms an mindestens
einem Abschnitt des Windturbinen-Rotorflügels ausnutzt, welcher Luftstrom
wiederum einen Enthalpie-Gehalt aufweist, der sicher größer ist
als der des Windes, der die Windturbine bewegt. Außerdem nutzt
ein solches System die Wärme,
die von den elektrischen Vorrichtungen im Generator abgegeben wird
und während des
Betriebes notwendigerweise dissipiert, um den Enthalpie-Gehalt des
hinaus-fließenden Luft-Fluidstroms
zu erhöhen.
-
Das
Verhalten des Fluids F in dem beschriebenen WECS 1 kann
tatsächlich
zwei deutlich unterschiedliche Wirkungsweisen aufweisen, und zwar:
-
- 1) in Verbindung mit dem Rotor R und damit
der Erzeugung der elektrischen Leistung, wobei die Wärmedissipation
von all den elektrischen Vorrichtungen in der Kapsel 11 des
WECS 1 herrührt;
- 2) im Leerlauf des Rotors R des Elektromotors 9 und
damit ohne Erzeugung elektrischer Energie und Wärmedissipation.
-
Unter
der Bedingung (1) hat die aus der Umgebung des WECS stammende Luft
einen Druck, der im Wesentlichen gleich dem Druck der umgebenden Atmosphäre ist,
wird im Speichervolumen aufgewärmt,
wo sie mit den elektrischen Vorrichtungen 9, 10,
IN der Kapsel 11 in Kontakt kommt, bevor sie aus einem
solchen Volumen, d.h. aus der Kapsel 11, hinausfließt. Außerdem verliert
die Luft Feuchtigkeit und kondensiert in Kontakt mit den Wänden aller
Elemente des WECS 1. Darum fließt aus den Öffnungen 12 ein Luftstrom
F mit höherer
Temperatur und größerem Druck
gegenüber
dem Fluidstrom des Windes V, der die Flügelfläche 5S trifft, und
mit bedeutend geringerem Feuchtigkeitsgehalt aus.
-
Die
Bedingung (2) unterscheidet sich von (1) dadurch, dass kein bedeutender
thermischer Austausch zwischen dem Luftstrom F und den elektrischen
Vorrichtungen 9, 10, IN stattfindet, während der
Rest der beschriebenen Phänomene
und der Effekt der Eisverhinderung unverändert bleiben.
-
Es
soll unterstrichen werden, dass der aus den Öffnungen 12 austretende
Luftstrom F fluid-thermodynamisch nicht nur mit dem Fluidstrom des
Windes (V) interagiert, der auf die von den Öffnungen 12 betroffene äußere Fläche 5S auftrifft,
sondern mit jedem anderen Fluid oder Feststoff, der möglicherweise
auf der äußeren Fläche 5S des
Flügels 5 vorhanden
ist, beispielsweise Wasser oder Eis. Das WECS 1 könnte tatsächlich bei
heftigem Regen oder etwas Eis, das sich früher gebildet hat, betrieben
werden.
-
Ein
weiterer Punkt, der von Bedeutung ist, ist der pulsierende Charakter
des Luftstroms F in der Anordnung zum Enteisen und zur Verhinderung
der Eisbildung zumindest in dem Durchlass zwischen dem Speichervolumen,
d.h. der Kapsel 11 und der Nabe 2F, und von dort
ins Innere der Wurzel 5R des Flügels 5.
-
Tatsächlich fließt der Luftstrom
F nicht durchgehend gleichmäßig vom
Fenster 11L der Kapsel 11 und der Mündung 19 der
Nabe 2F, weil die Mündungen 19 nur
in Korrespondenz zu jedem der Flügel 5 angeordnet
sind. Darum wird das Fluid F jedes Mal in jeden Flügel 5 hineingesaugt,
wenn die relevante Mündung 19 mit
dem Fenster 11L gekoppelt ist. Jeder Flügel wird so intermittierend
in jeder Runde und während
einer bestimmten Winkelstellung des Rotors 2 versorgt.
Eine solche Intermittenz ist in Übereinstimmung
mit der Vorderwand 11P der Kapsel variabel, die mehrere
Fenster 11L in einem Umfang in einer Höhe enthält, die mit der der Mündungen 19 der Nabe 2F übereinstimmt.
Im besten Fall könnten
die genannten Fenster 11L einen im Wesentlichen fortlaufenden
kreisförmigen
Ring bilden.
-
Die
Intermittenz stellt sicher, dass der Luftstrom F für eine längere Zeit
im Speichervolumen bleibt und damit die Möglichkeit hat, beim Eintritt
in die Wurzel 5R jedes Flügels 5 einen größeren Enthalpie-Gehalt
aufzuweisen.
-
Mit
der oben gegebenen detaillierten Beschreibung auch des Betriebes
des repräsentativen und
nicht einschränkenden
Beispiels der vorliegenden Erfindung sind die nachfolgenden Vorteile
der Anordnung zum Enteisen und zur Verhinderung der Vereisung verdeutlicht
worden.
-
Die
Verwirklichung der Anordnung zum Enteisen und zur Verhinderung der
Vereisung ist einfach und zuverlässig,
sie benötigt
kein Steuersystem, wenn ihre verschiedenen Teile einmal auf geeignete Weise
dimensioniert wurden. Sie erfordert darum geringere Kosten für ihre Verwirklichung
und Ausführung
als bekannte Systeme, die auch noch weniger effektiv sind.
-
Außerdem bietet
sie einen eigensicheren Betrieb, da sie einfach im Aufbau ist und
keine Verwaltungs- und Steuersysteme benötigt, was zu einem sehr geringen
Risiko eines fehlerhaften Betriebes führt.
-
Ein
weiterer Vorteil ist die Sicherstellung eines hohen Wirkungsgrades
des WECS und das Verhindern von Betriebsausfällen selbst bei Betriebsbedingungen,
die besonders kritisch für
eine Eisbildung sind. Zusammengefasst heißt das, dass das WECS an bedeutend
mehr Tagen im Jahr durchgehend betrieben werden kann als Systeme,
die bekannte Lösungen
verwenden.
-
Der
hohe Wirkungsgrad der Anordnung zum Enteisen und Verhindern der
Eisbildung beruht auf den thermischen und fluid-dynamischen Wirkungen, die
durch das aus den Öffnungen
strömende
Fluid erzeugt werden. Der thermische Effekt beruht im Wesentlichen
auf einer Grenz-Thermoschicht mit erhöhter Enthalpie, wo die Tropfen
Wärme absorbieren, um
teilweise oder vollständig
zu verdampfen und damit das Anwachsen von Eis auf der Flügeloberfläche vermeiden.
Der fluid-dynamische
Effekt besteht in der Ablenkung, die der Luftfilm auf die Wassertropfen und
die auftreffenden Partikel unterschiedlicher Art (z.B. Insekten,
Sand) ausübt.
Dieser Effekt erzielt die größte Wirkung
bei einer bestimmten Geschwindigkeit und Partikelgröße.
-
Ein
weiterer Vorteil der Anordnung zum Enteisen und Verhindern der Eisbildung
besteht darin, dass sie auch dann wirksam ist, wenn der Rotor im Leerlauf
ist oder der Generator keine elektrische Leistung erzeugt. Das System
benötigt
für einen
korrekten Betrieb keine elektrische Leistung und braucht darum auch
keinen Strom aus dem elektrischen Netz, wie dies einige bekannte
Lösungen
erfordern.
-
Ein
weiterer Vorteil ist die Verringerung von Zahl und Länge der
Systemausfälle,
die durch das notwendige Entfernen von festen Ablagerungen auf den
Rotorflügeln
erforderlich werden.
-
Außerdem verändert das
System nicht die bauliche Festigkeit der Flügel, und die Garantie der Hersteller
für die
Rotorflügel
behält
ihre Gültigkeit.
-
Ein
weiterer Vorteil betrifft die Verringerung des durch die rotierenden
Flügel
erzeugten Geräusches
aufgrund der günstigen
Interaktion zwischen dem aus den Öffnungen des Rotorflügels austretenden
Fluidstrom und dem auf diesen Flügel
auftreffenden Hauptstrom.
-
Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass im Wesentlichen die gesamte
Wärme,
die von den elektrischen Vorrichtungen in dem WECS abgegeben wird,
zur Erhöhung
des Enthalpie-Gehalts des zirkulierenden Fluids genutzt wird, das
die Enteisung und die Verhinderung der Eisbildung bewirkt. Anders
ausgedrückt,
wenn der Rotor im Leerlauf ist, wird fast die gesamte Leistung,
die nicht von den Hauptlagern der WECS-Windturbine bzw. den entsprechenden
Turbinen und dem elektrischen Netz aufgenommen wird, zum Enteisen
und Verhindern der Eisbildung wiedergewonnen.
-
Selbstverständlich sind
für Fachleute
auf diesem Gebiet mehrere Varianten der Anordnung zum Enteisen und
Verhindern der Eisbildung an einem WECS nach der vorliegenden Erfindung
möglich, ohne
die Prinzipien der Neuheit der erfindungsgemäßen Idee zu überschreiten;
es ist auch selbstverständlich,
dass bei der praktischen Umsetzung die Form der beschriebenen Details
unterschiedlich sein kann und dass die Details durch technisch äquivalente
Elemente ersetzt werden könnten.
-
In 9 ist
eine schematische Ansicht einer Variante des WECS als Ganzes in
einer möglichen Ausführung dargestellt
und mit 1' bezeichnet.
Diese Variante hat im Hinblick auf das System nach 8 eine
geringfügig
unterschiedliche Konfiguration ihrer Teile, die dazu geeignet ist,
einen inneren Luftstrom F' mit
geringfügig
modifiziertem Verlauf zu erzeugen, der in derselben Figur gezeigt
ist.
-
Das
genannte WECS 1' ist
insbesondere von einer Art, die einen elektrischen Transformator
TR im Trageturm 4' aufweist,
das heißt
dem Boden entsprechend, um keine weiteren beachtlichen aufgehängten Massen
zu enthalten. In der Nähe
des Transformators TR sind in der Basis des Turms 4' Lufteingangsmöglichkeiten
für den
Eintritt des zirkulierenden Luftstroms F' im WECS 1' vorhanden, so dass der hereinfließende Luftstrom über den
genannten Transformator TR streicht. Solche Lufteingangsmöglichkeiten
sind die einzigen im ganzen System 1', da die Kapsel 11' in dieser variierten
Ausführung
hinten geschlossen ist. Dagegen weist die genannte Kapsel 11', die auch hier
ein Speichervolumen für
den Luftstrom F' darstellt, Öffnungen
auf, die das Fluid mit dem Turm 4' verbinden, um das Fluid F vom
Turm 4' in
die Kapsel 11' passieren
zu lassen.
-
Der
Luftstrom F' wird
darum in die Basis des Turms 4' gesaugt, streicht über den
Transformator TR und wird den Turm 4' hoch kanalisiert bis er in das Speichervolumen,
d.h. die Kapsel 11',
hineinfließt. Der übrige Pfad
entspricht völlig
dem des Systems in 1.
-
In
der Variante nach 9 nimmt der Luftstrom F, der
in dem WECS zirkuliert und aus den Öffnungen in den Rotorflügeln austritt,
weitere Wärme aus
dem Kontakt mit dem Transformator TR auf.
-
Vorteilhafterweise
ist der genannte Transformator mit geeigneten Rippen ausgestattet,
um den Übergang
von der Wärme
auf den Luftstrom zu ermöglichen,
so wie dies auch für
alle Vorrichtungen im Zusammenhang mit elektrischer Leistung gilt,
die in der Gondel des Systems vorhanden sind.
-
Es
wurde bereits darauf hingewiesen, dass heute Systeme konstruiert
werden, deren Türme
Höhen von über einhundert
Meter erreichen. Folglich favorisiert der zusätzliche Weg, den der Luftstrom
F' zurücklegt,
die Kondensation der Feuchtigkeit auch über den Kontakt mit den Innenwänden des
Turms oder den möglicherweise
vorgesehenen Serpentinen und geführten
Pfaden im Innern.
-
Die
beschriebene Variante ermöglicht
in vorteilhafter Weise eine Erhöhung
des Enthalpie-Gehalts des Luftstroms F, der die Aufgabe hat, die
fluid-thermodynamische
Wirkung auf die Flügel
der Windturbinen des WECS auszuüben,
und reduziert gleichzeitig seinen Feuchtigkeitsgrad. Auf diese Weise
wird die Effektivität
der Anordnung zum Enteisen und Verhindern der Vereisung gemäß der Erfindung verbessert,
da sie in der Lage ist, noch kritischeren Umgebungsbedingungen hinsichtlich
der Anlagerung von Eis auf den Rotorflügeln zu widerstehen.
-
In 10 ist
eine weitere mögliche
Variante der Anordnung zum Enteisen und Verhindern der Eisbildung
sowie des dieses System enthaltenden WECS als schematische Ansicht
dargestellt, das insgesamt mit 1'' bezeichnet
ist und in der der ebenfalls bezeichnete Luftstrom F'' das wichtigste Mittel zur Implementierung
des genannten Systems darstellt.
-
Diese
Variante unterscheidet sich vom System der 1 im Bereich
vor der Kapsel 11, zwischen der Kapsel und der Rotornabe 2F des
Systems 1''. In dem genannten
Bereich ist auf der Welle 7 eine zu bewegende Verteilerscheibe 22 installiert,
die dem vorderen Teil 11P der Kapsel 11 gegenüberliegt.
Beispiele für
eine passende Ausführung
der Verteilerscheibe 22 für das Erreichen einer Verteilung
und damit eines anderen Intermittenzverhaltens des Fluids F'' innerhalb der Wurzel 5R jedes
der Flügel 5 des Rotors 2 sind
in 11 dargestellt.
-
Auf
der genannten Verteilerscheibe 22 sind, eingefügt zwischen
einer Befestigungsöffnung 22C (siehe 11)
auf der Scheibe 22 und der Welle 7 des Systems 1'', an dem sie befestigt ist, Mittel
zum Verändern
der Winkelgeschwindigkeit zu sehen. Diese Mittel, die besonders
als Reduktions- bzw. Multiplikationsmechanismen und/oder kleine
Motoren bekannt sind, sind der Vereinfachung halber nicht dargestellt
und haben den Zweck, die Winkelgeschwindigkeit der genannten Scheibe 22 gegenüber der Welle 7,
an der sie befestigt ist, zu verändern.
-
In
der Ansicht 11a der 11 ist
eine Version einer Verteilerscheibe 22 gezeigt, die nur
eine Öffnung 22D aufweist,
deren Größe im Wesentlichen der
der Mündung 19 der
Nabe 2F des Rotors 2 entspricht, der sie gegenüberliegt.
In der An sicht 11b ist eine weitere Verteilerscheibe 22' mit drei Öffnungen gezeigt,
wobei jede Öffnung 22D die
gleichen Eigenschaften hat wie die einzige Öffnung 22D der Scheibe 22.
In der Ansicht 11c ist eine Verteilerscheibe 22'' gezeigt, die identische Öffnungen 22S aufweist,
die als Kreissektoren geformt und asymmetrisch gegenüber der
Mitte der Scheibe verteilt sind. Zwischen der Verteilerscheibe 22 und
der Vorderwand 11P sowie zwischen der Scheibe 22 und
der Mündung 19 sind bekannte
Halterungen eingefügt,
die aus Gründen Vereinfachung
nicht im Detail gezeigt sind.
-
Die
unterschiedlichen Anpassungsausführungen
der Verteilerscheiben 22, 22', 22'' ermöglichen
auf vorteilhafte Weise gemeinsam mit den erwähnten Mitteln zum Ändern der
Winkelgeschwindigkeit, unterschiedliche Möglichkeiten der Intermittenz zu
verwirklichen, mit der der Luftstrom F'' in
die Flügel 5 des
WECS eintritt.
-
Auf
diese Weise ist es auf vorteilhafte Weise möglich, eine bestimmte Intermittenz
zu erreichen, die sich möglicherweise
durch experimentelle Versuche als erforderlich herausstellt, wenn
einmal verifiziert wurde, dass solche Intermittenzwerte des Luftstroms
die Effektivität
der Anordnung zum Enteisen und Verhindern der Eisansammlung auf
dem WECS unter festgelegten Betriebs- und Umgebungsbedingungen tatsächlich verbessern.
-
Die
Verteilerscheiben 22, 22', 22'' der 11 können außerdem in
einer weiteren Variante des WECS gemäß der Erfindung verwendet werden.
Sie können
zusammen mit den genannten Mitteln zum Verändern der Winkelgeschwindigkeit
direkt innerhalb der Vorderwand 11P der Kapsel 11 des
WECS 1'' eingefügt werden
und die in der Konfiguration der 10 vorhandene
feststehende Trennwand ersetzen. In diesem Fall sind bekannte radiale
Halterungen zwischen der äußeren Seite
der Scheiben 22, 22', 22'' und der Innenseite der Vorderwand 11P der Kapsel 11 vorhanden,
um die erforderliche Isolierung des Speichervolumens des zirkulierenden
Luftstroms F'' zu erhalten.
-
Eine
solche Variante weist in vorteilhafter Weise eine geringere konstruktive
Komplexität
gegenüber
der Ausführung
nach 10 auf, erlaubt jedoch gleichzeitig eine große Variabilität der Intermittenz
des zirkulierenden Luftstroms F''.
-
12 zeigt
eine weitere Variante der Anordnung zum Enteisen und Verhindern
der Eisbildung des WECS gemäß der Erfindung.
Sie zeigt insbesondere eine schematische Perspektivansicht der Anordnung
des Flügels 5 und
des Anschlussstücks 2E', in der die
Passage für
den Luftstrom F in der Nabe des Rotors vorhanden ist, die aus Vereinfachungsgründen nicht
dargestellt ist. Das Anschlussstück 2E' weist im Gegensatz
zum Anschlussstück 2E der 1,
das aus einem einfachen, einteiligen Zylinder als Verbindungsmittel
zwischen der Nabe 2F und jedem der Flügel 5 besteht, Besonderheiten
auf, auch wenn es eine im wesentlichen zylindrische Form hat. So
ist im Innern des Anschlussstücks 2E' eine zweite
Verteilerscheibe 23 vorhanden, die an der Wurzel 5R des
Flügels 5 angeordnet
und damit im Anschlussstück 2E' zusammengefügt ist.
Die genannte zweite Scheibe 23 ist mit dem Anschlussstück 2E' mit Hilfe bekannter
und im Anschlussstück 2E' vorhandener
Vorrichtungen bewegbar gekoppelt; diese Vorrichtungen sind der Vereinfachung
halber nicht gezeigt. Dank dieser Anordnung kann die zweite Verteilerscheibe 23 im
Wesentlichen nur auf einer Welle rotieren, die im Wesentlichen mit
den Richtungen des Zylinders koinzidiert, der ihre seitliche Fläche bildet.
-
Es
wird darauf hingewiesen, dass in der Wurzel 5R des Flügels 5 die
Teilansicht der ersten Trennwand 13A und der zweiten Trennwand 13B vorhanden
ist, die das erste Innenvolumen 14 bzw. das zweite Innenvolumen 15 für die Passage
des relevanten Luftstroms F1 und F2 in Richtung des Endes des Flügels 5E und
damit für
Auslassöffnungen 12 begrenzen.
-
In 13 ist
eine Draufsicht auf die zweite Verteilerscheibe 23 in einer
möglichen
Ausführung gezeigt.
Daraus ist zu sehen, dass Fenster 24 die Form von Kreissektoren
haben, deren Abmessungen im Wesentlichen denen von Durchlassabschnitten der
Volumen 14 und 15 entsprechen oder geringfügig kleiner
sind.
-
Es
ist deutlich zu sehen, dass solche Durchlassabschnitte definiert
sind durch die Form und Anordnung von entsprechender erster Trennwand 13A bzw.
zweiter Trennwand 13B des Flügels 5, die eine bestimmte
Erweiterung sowohl im Sinne des Radius als auch des Umfangs identifizieren.
Darum ist eine erste Art 24A von Fenstern 24 vorgesehen,
um den Durchlass zum ersten Volumen 14 hin zu öffnen, das durch
die erste Trennwand 13A definiert ist, für die Passage
des Luftstroms F hin zur Fläche 5S des
Flügels 5 in
Entsprechung zur Vorderkante des relevanten Profils 5P.
In analoger Weise ist eine zweite Serie 24B von Fenstern 24 ausgebildet
für die
Passage des Luftstroms F in das zweite Volumen 15 und von da
zur Fläche 5S des
Flügels 5 in
der Nähe
der Hinterkante des relevanten Profils 5P.
-
In
diesem repräsentativen
Ausführungsbeispiel
ist die zweite Verteilerscheibe 23 praktisch in sechs identische
Winkelsektoren aufgeteilt, von denen drei dazu vorgesehen sind,
dem ersten Volumen 14 gegenüber zu liegen, und die beiden
Fenster 24A der ersten Serie umfassen, und die anderen
drei dazu vorgesehen sind, dem zweiten Volumen 15 gegenüber zu liegen,
und das einzige Fenster 24B der zweiten Serie umfassen.
Folglich sind im Wesentlichen drei Betriebsmöglichkeiten für diese
zweite Verteilerscheibe vorhanden:
- 1) Die Fenster 24 sind
auf die Volumen 14, 15 innerhalb des Flügels 5 ausgerichtet
angeordnet, um die Passage der Luftströme F1, F2 in das entsprechende
Volumen 14, 15 zu ermöglichen, wie in 12 gezeigt;
- 2) ein Fenster 24A der ersten Art ist in Ausrichtung
auf das erste Volumen 14 für die Passage des Luftstroms
F1 angeordnet, während
die Passage zum zweiten Volumen 15 unterbunden ist;
- 3) es ist kein Fenster in Ausrichtung mit den Volumen 14, 15 und
darum wird ihnen keine Luft zugeführt.
-
Die
Lösung
nach 12 und 13 ermöglicht in
vorteilhafter Weise weitere Einstellmöglichkeiten für die Anordnung
zum Enteisen und Verhindern der Vereisung am WECS, insbesondere
die Steuerung der Verteilung des Luftstroms, der bereitgestellt wird,
um durch die Löcher
oder Öffnungen
der Rotorflügel
nach außen
zu fließen.
So könnte
zum Beispiel der Luftstrom durch die Öffnungen nach außen für eine bestimmte
Zeitspanne unterbrochen werden, um den Enthalpie-Gehalt des nach
außen
fließenden Stroms
zu erhöhen.
-
Eine
weitere Variante des WECS, das die Anordnung zum Enteisen und Verhindern
der Eisbildung gemäß der Erfindung
enthält,
besteht in der Bereitstellung von Lüfter- und/oder Komprimiermitteln
in der Kapsel 11 der Gondel 3, um eine erzwungene Konvektion
des zum Durchfluss durch die Öffnungen 12 der
Rotorflügel 5 vorgesehenen
Luftstroms F durchzuführen.
-
Diese
Lösung
könnte
auf vorteilhafte Weise die Steuerung von zwei weiteren Parametern
zur Erhöhung
des Wirkungsgrades der Anordnung zum Enteisen und Verhindern der
Eisbildung ermöglichen, d.h.
der Masse und des Drucks des Luftstroms F als Ausgangssignal.
-
14 zeigt
die mögliche
Ausführung
eines Lüfters
und/oder Kompressionselementes 25 in einem WECS 1''' gemäß der Erfindung.
Im Einzelnen ist ein solches Element an der Drehwelle 7 zwischen dem
rotierenden Teil R des Elektromotors 9 und dem statischen
Teil S befestigt. Das Element 25 kann so ausgebildet sein,
dass es einstellbare Flügel
zur besseren Steuerung des Luftstroms F''' in der Kapsel 11 aufweist,
so dass es möglich
ist, die Parameter des Luftstroms F''' zu variieren.
-
Der
Pfad des Luftstroms F''' ist dem in 8 dargestellten
Pfad analog, der Unterschied besteht darin, dass es möglich ist,
gemäß der betreffenden thermodynamischen
Phänomene
eine Beschleunigung oder einen Druckanstieg einzuführen.
-
Eine
weitere Möglichkeit
der genannten Variante soll besonders hervorgehoben werden. Da die Möglichkeit
besteht, in der Kapsel einen Kompressor anzuordnen, kann dieser
den Druck des auf die Stromauslasslöcher oder -öffnungen gerichteten Luftstroms
entschieden erhöhen,
besonders auf die zweite Serie von Öffnungen (12T in 2)
in der Form der Ansicht 4c. Wie aus der aeronautischen
Literatur bekannt, trägt
das Hinausströmen
einer bestimmten Luftmasse mit einer bestimmten Geschwindigkeit
durch eine gewisse Öffnungsform
in der Umgebung der Hinterkante der Profile zu einer Verbesserung
des aerodynamischen Wirkungsgrades der Flügelcharakteristika bei und
ermöglicht
damit dem Flügel
auf einem Fluidstrom mit einem größerem Inzidenzwinkel zu operieren.
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Das
bedeutet zusammengefasst, dass mit einer solchen Lösung bei
gleichbleibender Installationsleistung im Laufe eines Jahres eine
größere elektrische
Arbeit im Laufe eines Jahres durch das WECS gemäß der vorliegenden Erfindung
erzielt wird.
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Außerdem wird
eine Reduzierung von strukturellen und dynamischen Massen erzielt,
da die in einem Jahr produzierte elektrische Arbeit die gleiche ist,
sowie eine Ersparnis bei den Kosten für die Installation, die Verwaltung
und die Wartung und außerdem
wird das Umfeld, wo das System aufgebaut ist, in einem geringeren
Maß beeinflusst.
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Eine
weitere Variante der Anordnung zum Enteisen und Verhindern der Eisbildung
gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass im Innern des Flügels Führungsmittel aus einem Material
mit schlechten Wärmeleiteigenschaften
vorgesehen sind, die den Luftstrom an die Flügelbereiche leiten, die wahlweise
mit Öffnungen 12 für das Hinausströmen versehen
sind.
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Eine
solche Variante ermöglichte
es, dass das Fluid praktisch unverändert seinen Enthalpie-Gehalt
behielte, bis die Luft durch die Löcher oder Öffnungen nach außen strömt, was
eine bessere Wirksamkeit bei der Verhinderung der Eisbildung zur Folge
hat.
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Bei
dem Problem des Enteisens der Flügel, d.h.,
wenn aus irgendwelchen Gründen
sich bereits Eis gebildet hat und entfernt werden soll, kann die Anordnung
zum Enteisen und Verhindern der Eisbildung in gleicher Weise wirksam
sein. Es sind tatsächlich
weitere Varianten des WECS und des darin enthaltenen Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich.
Indem der Luft in der Kapsel der Gondel Wärme zugeführt wird, beispielsweise über Thermo-Widerstände, die
für eine
ausreichende Zeit genug elektrische Leistung aus dem elektrischen
Netz entnehmen, ist es möglich,
die ersten Eisschichten, die sich entsprechend den Öffnungen
oder Löchern gebildet
haben, zu erwärmen,
bis die Eismassen von der Außenfläche der
Flügel
hinabgleiten und sie damit vom Eis befreien.
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Eine
weitere und interessante Variante besteht darin, innerhalb des WECS
eine kleine Luftkompressionsvorrichtung anzuordnen. Bei geeigneter Anordnung
der Düsen
der genannten Vorrichtung in dem ersten und zweiten Volumen im Innern
jedes der Rotorflügel,
das heißt,
dass die Düsen
zu den teilweise oder vollständig
mit Eis bedeckten Löchern
oder Öffnungen
hin gerichtet sind, kann stoßweise
komprimierte Luft abgegeben werden. Ein solches Vorgehen führt zu einem
leichten Brechen der Eismassen, die dann zu Boden fallen und den
Flügel
definitiv vom Eis befreien. Beide der hier zitierten Varianten können in
demselben WECS vorgesehen sein.
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Vorteilhafter
Weise ermöglicht
die Anordnung zum Enteisen und Verhindern der Eisbildung gemäß der vorliegenden
Erfindung weiter die Installation von Systemen und/oder Vorrichtungen,
die die sogenannte Enteisungswirkung bieten, auch wenn der Rotor
nicht in Betrieb ist. Obgleich die genannte Anordnung zum Enteisen
und Verhindern der Eisbildung einen ununterbrochenen Betrieb des
WECS auch bei besonders kritischen Umgebungsbedingungen ermöglicht,
kann ein Grund für
die Betriebsunterbrechung zum Beispiel eine erforderliche Wartungsarbeit
an dem WECS sein.
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Eine
weitere Variante der Ausführung
des WECS besteht darin, dass auf der Flügelfläche Löcher vorgesehen sind, die zum
Aufbringen von Fluids wie Alkohol oder oberflächenaktive Mittel auf die Außenfläche für die periodische
Reinigung der Flügel vorgesehen
sind. Die Wartung wird auf diese Weise in vorteilhafter Weise erleichtert,
indem die Flügel
gereinigt und in ihren Originalzustand zurückversetzt werden.
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Um
das Einfließen
einer größeren Fluid-Luft-Masse
in die innere Kapsel der Gondel zu erreichen, stellt eine weitere
Variante einen der Gondel zugeordneten dynamischen Lufteinlass bereit.
Ein solcher Lufteinlass ist in günstiger
Weise so geformt, dass ein Einlassabschnitt so orthogonal wie möglich gegenüber der
Windrichtung ist, und dass er einen Kanal durch die Kapsel bietet,
der den Wind in die Kapsel hinein leitet und damit in das Speichervolumen.
Hinsichtlich der Anordnung an der Gondel ist es von Vorteil, wenn
der Lufteinlass im hinteren Teil der Gondel vorgesehen ist, und
zwar aus zwei Gründen. Der
erste Grund besteht darin, dass kein besonders verwirbelter Einlass-Fluidstrom
vorkommt, der damit einen geringeren Druck hat als die umgebende
Atmosphäre.
Der zweite Grund liegt darin, dass ein solcher Fluidstrom alle elektrischen
Vorrichtungen oder Sys teme im Speichervolumen überstreichen soll, um so den
Enthalpie-Gehalt des aufgrund der Anordnung zum Enteisen und Verhindern
der Eisbildung zirkulierenden Luftstroms zu maximieren.
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Zur
Maximierung des Wärmeaustauschs kann
das WECS mit einer Windturbinenkapsel ausgestattet sein, die innen
mit einem Metall oder einem thermisch leitenden Material ausgekleidet
ist, das mit den Rippen der elektrischen Vorrichtungen verbunden
ist. Mit einer solchen Lösung
kann eine thermische Brücke
auf vorteilhafte Weise geschaffen werden, die den Wärmeaustausch
weiter erhöht
und damit die Konvektion innerhalb des Speichervolumens des Systems.