DE8434578U1 - Vorrichtung zur gewinnung elektrischer oder mechanischer energie aus windkraft - Google Patents

Description

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Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer oder mechanischer Energie aus Windkraft nach den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Es sind Vorrichtungen der in Rede stehenden Art bekannt, bei denen der zum Antrieb von Schaufelrädern erforderliche Luftstrom von der Sogwirkung beschleunigter Luft erzeugt wird, der am Umfang eines quer angeströmten Rohres auftritt,. Im einzelnen wird Luft durch die offene untere Stirnfläche des Rohres angesaugt, durch ein Schaufelrad geleitet, dessen Drehachse mit der Vertikalachse des Rohres zusammenfällt, bis die Luft durch Öffnungen an der Mantelfläche* des Rohres abgesaugt wird. Die Nachteile derartiger Vorrichtngen liegen darin, daß die Druckwirkung der Luftströmung überhaupt nicht mehr ausgenützt wird und daß die vertikal durch das Rohr strömende

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Luft um 90 umgelenkt wird, bis sie an der Leeseite des Rohres austritt. Daraus ergibt sich auch eine ungleichmäßige Dr uckver tei 1 ung im Rohr , d .h:. -ι der ε durch* die; Sogwirkung entstehende Unterdruck ist auf der Leeseite stärker als auf der Luvseite, so daß dementsprechend das Schaufelrad ungleichmäßig belastet wird.

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Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung liegt darin, daß sie sich nicht selbsttätig nach der Windrichtung einstellt. Selbst wenn das Rohr frei drehbar ist, führt die erwähnte Ungleichmäßige Strömungsbelastung zu Pende1 bewegungen um die Drehachse, wobei beim Abreißen der Strömung am Profil und die dabei auftretenden Turbulenzen die Sogwirkung

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ί Der Neuerung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der in Rede stehenden Art vorzuschlagen, bei der bei einfaehern konstruktiven Aufbau die Leistung erheblich vergrößert wird und bei der eine selbsttätige genaue Einsteilung in die Windrichtung gewährleistet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden

Merkmalen des Anspruches 1. Die Unteransprüche 2 bis 6 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen.

Im speziellen besteht also die Windkraftanlage aus einem Rohr, das ein tropfenförmiges Profil hat. Die Luft tritt an ^e irier schl i tzf örmigen , « s i ch ?in Längsrichtung des Rohres erstreckenden Öffnung ein und treibt zwei syrrmetrisch angeordnete Schaufei rotor en, deren Drehachse parallel zur Achse des Rohres verlaufen, und tritt an mindestens zwei Auslaßöffnun-

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gen aus, die je an einer Seite des Rohres etwa im Abstand von j* 1/2 bis 2/3 der Quer sehnitts1ange vom Kopf des Tr opf enpr of ί -

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Es ist in der Aerodynamik und Flügelphysik, beispielsweise f durch die Arbeiten von Herrn Prof. Prandtl, bekannt, daß die ' Sogwirkung am Flügeiprofil erheblich größer ist als die / Druckwirkung der aufprallenden Luft. Da bei der Vorrichtung } gemäß der Neuerung keine wesentliche Richtungsänderung des

Luftstromes stattfindet, wird dementsprechend sowohl die Druckwirkung der durch die Einlaßöffnung einströmenden Luft als auch die Sogwirkung der durch die Auslaßöffnungen ausströmenden Luft ausgenützt. Da die Vorrichtung von außen nur ? als im Querschnitt tropfenförmiges Rohr ohne sichtbare beweg-I te Teile erscheint, ergibt sich eine harmonischere Einfügung

in die Landschaft als beispielsweise bei großen Windrädern. Γ Gefahren z.B. für Vögel werden vermieden.

Die nachfolgende Beschreibung dient der weiteren Erläuterung der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung.

* Die Figur zeigt eine schaubildliche Querschnittsansicht der Vor r ichtung;

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Bei der dargestellten bevorzugten Ausfuhrungsform sind zwei zylindrische Schaufelrotoren 1, 2 im Abstand voneinander angeordnet, wobei die Achsen 3 der Schaufel rotoren vertikal verlaufen. Ein Windkanal k besitzt eine schlitzförmige Einlaßöffnung 5 und zwei schlitzförmige Ausiaßöffnungen 6, 7. Die Schaufel rotor en 1, 2 sind in einem tropfenförmigen Gehiluse 8 untergebracht, dessen Ende als Windfahne 9 ausgebildet ist.

Im einzelnen besteht das Gehäuse 8 aus drei Teilen, wobei die beiden vorderen Teile 11 und 12 die Schaufe1 rotor en 1, 2 aufnehmen, während das dritte Teil 13 mit seinem hinteren Ende die Windfahne 9 bildet und sich mit seiner vorderen vorgezogenen Spitze 14 in einen keilförmigen Zwischenraum 15 erstreckt und den Windkanal 4 in die zu den Auslaßöffnungen 6, 7 führenden Zweigkanäle aufteilt.

Das Gehäuse S bildet also von außen gesehen ein im Querschnitt tropfenförmiges Rohr, das um eine Drehachse 14 drehbar ist und das sich durch die Wirkung der Windfahne 9 dementsprechend so einstellt, daß die Einlaßöffnung 5 gegen die Windrichtung gerichtet ist. Die Luftströmung im Windkanal k strömt die Schaufel rotoren 1, 2 tangential an und wird durch die starke Sogwirkung an den Auslaßöiinungen 6, 7 abgesaugt.

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Durch die tropfenförmige Profiigebung des Gehäuses S und die entsprechende Anordnung der Auslaßöffnungen 6, 7 ergibt sich eine starke Sogwirkung entsprechend der Theorie der Tragflächenprofile. Da die Sogwirkung stärker ist als die Druckwirkung der auf treffenden Windströmung, entsteht also an de;
vorgezogenen Spitze 1Λ des Teils 13 ein Unterdruck, der dazu führt, daß die Luftströmung durch die Einlaßöffnung 5 angesaugt wird.

Die Abmessungen des Gehäuses 8 richten sich nach dem Verwendungszweck der Vorrichtung.

Zur Versorgung eines Einsiedlerhofes, eines Forsthauses oder einer Almhütte mit einigen Kilowattstunden bei mittlerer
Windgeschwindigkeit, beträgt die Höhe des Rohres
etwa k m. Der Abstand der Einlaßöffnung 5 bis zum Ende der
Windfahne 9 beträgt 150 cm. Die größte Breite des Querschnitts beträgt 65 cm. Der Durchmesser der Schaufel rotoren und 2 beträgt 22 cm. Die Länge der Schaufel rotoren und dementsprechend auch die Länge der schlitzförmigen Einlaßöffnung 3 und der Auslaßöffnungen 6, 7 beträgt 3 m. Die Breite
der Einlaßöffnung ist etwa 20 cm, wobei diese gegen Einfliegen von Vögeln durch ein Drahtgitter oder durch Leitbleche
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Ein besonderer Vorteil der Vorrichtung liegt jedoch darin, daß sie auch sehr klein gehalten werden kann, d.h. z.B. bei Sportbooten genügt eine Höhe von 30 cm. Im letzteren Fall ersetzt die Vorrichtung die sonst übliche Windfahne bzw. die Steuerfahne für die automatische Ruder Steuerung. Einer der Schaufel rotoren ist über eine elektrische Leitung mit einer Windgeschwindigkeitsanzeige- und/oder Auswerteeinrichtung verbunden, während der zweite Schaufel rotor die für die Auswertung der Windrichtung erforderliche Spannung liefert und gegebenenfalls einen Autopiloten versorgt und steuert. Bei Nichtgebrauch, z.B. bei Hafenliegezeiten, wird dann die Leistung auf Baiterieladung umgeschaltet, so daß auch bei längeren Liegezeiten eine Entladung der Batterie verhindert wi r d.

Die Drehbewegung beider Schaufel rotoren kann über einen Z-Kei1 riementrieb auf einen elektrischen Generator übertragen werden. Bevorzugt wird jedoch, daß die Schaufel rotoren selbst als Generatoren ausgebildet werden, d.h. die äußere Schaufelf1äche ist mit exnem Magnetspu1enring verbundne, der sich um einen feststehenden Magnetkern dreht.

Die Teile 11, 12, und 13 können durch nicht dargestellte Schraubverbindungen verstellbar sein, so daß eine Anpassung

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des Windkanals k an die in einer bestimmten Gegend auftretende häufigste Windgeschwindigkeit möglich ist. Die Anpassung erfolgt dabei so, daß ein Abreißen der Strömung an den Auslaßöffnungen 6 und 7 möglichst vermieden wird. Diese Schraubverbindungen können zur Verbesserung der Stabilität die Einlaßöffnung überbrücken. Die Einlaßöffnung kann jedoch in vertikaler Richtung durch Zwischenstege unterbrochen sein, ebenso wie mehrere Schaufei rotor en 1, 2 in vertikaler Richtung hintereinander angeordnet sein können mit entsprechender Unterbrechung in Höhe der Zwischenstege.

Anstelle einer einzigen Auslaßöffnung 6 bzw. 7 an jeder Seite des tropfenförmigen Gehäuses 8 können auch mehrere Auslaßöffnungen im Abstand voneinander durch entsprechende Gestaltung des Teiles 13 vorgesehen werden, wobei durch Steuerung nicht dargestellter Klappen die Sogwirkung am Profil maximal ausgenützt werden kann.

Claims (6)

uEDUMöm'',',:'. Patentanwälte Steinsdorfstr. 21-22 · D-8000 München 22 · Tel. 089 / 22 94 41 · Telex: 5 22208 TELEFAX: GR.3 89/2716063 · GR.3 + RAPIFAX + RICOH 89/2720480 · GR.2 + INFOTEC 6000 89/1720481 Josef /.ambelli G 84 34 578.0 11125 SC/Le .U.Februar 1985 Neue Schutzansprüche:

1. (^Vorrichtung zur Gewinnung elektrischer oder mechanischer Energie aus Windkrafjt,, bei der die Leis.tung durch Sogwirkung erhöht wird, welche durch gewölbte, tragflächenförmige Leitprofile erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet , daß zwei zylindrische Schaufel rotor en (1, 2) in einem im Querschnitt tropfenförmigen Gehäuse (8) symmetrisch parallel zueinander und im Abstand voneinander angeordnet sind, daß eine schlitzförmige Einlaßöffnung (5) in der Mitte am Kopf des Tropfens und mindestens zwei schlitzförmige Auslaßöffnungen (6, 7) an beiden Seiten des Tropfens in Strömungsrichtung hinter den Schaufel rotoren (1, 2) angeordnet sindj ferner daß in dem Gehäuse zwischen den Einlaß-

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bzw. Auslaßöffnungen ein Windkanal Cf) zwischen den beiden Schaufel rotor en (1, 2) verläuft, daß die Drehachsen (3) der Schaufe1 rotor en (1, 2) seitlich neben dem Windkanal so angeordnet sind, daß die Schaufel rotor en tangential angeströmt werden, ferner daß das Tropfenende des Gehäuses (8) als Windfahne (9) ausgebildet ist, wobei das Gehäuse 'S) freidrehbar um seine vertikale Symnetrieachse gelagert ist.

2. Windkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (8) zylindrisch ausgebildet ist, wobei seine Höhe ein Vielfaches seiner Querschnittsbreite oder seiner Querschnittslänge beträgt und daß die Achsen der Schaufe1 rotor en (1, 2) sich über den größeren Teil der Höhe des Gehäuses (8) erstrecken.

3. Windkraftan lage nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß an jeder Seite des tropfenförmigen Gehäuses (8) mehrere schlitzförmige Auslaßöffnungen (6, 7) vorgesehen sind.

4. Windkraftanlage nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) aus mindestens drei Teilen (11, 12,13) besteht, wobei die ersten beiden Teile (11, 12) je einen der SchäUfe1 rotoren (1, 2) aufnehmen und das dritte Teil (13) mit einer Vorgezogenen

Spitze (14) einen kei1ίöfmigen Zwischenraum (15) zwischen dert

Windauslaßkanäle ausfüllt und mit seinem langgezogenen Ende die Windfahne (9) bildet.

5. Windkraftanlage nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Teile (11, 12, 13) des Gehäuses (8) zur Regulierung der Breite des Windkanals gegeneinander verstellbar sind.

6. Windkraftanlage nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaufe1 rotor en (1, 2) selbst als Generatoren zur Strömerzeugung ausgebildet sind, wobei der äußere Schaufe1radtei1 um einen feststehenden stabförmigen Magnetteil rotiert.

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