EP4115077A1 - Strömungsleitsystem für eine strömungskraftanlage, verfahren zur leitung einer fluidströmung mit dem strömungsleitsystem auf eine strömungskraftanlage - Google Patents

Strömungsleitsystem für eine strömungskraftanlage, verfahren zur leitung einer fluidströmung mit dem strömungsleitsystem auf eine strömungskraftanlage

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Publication number
EP4115077A1
EP4115077A1 EP21715134.9A EP21715134A EP4115077A1 EP 4115077 A1 EP4115077 A1 EP 4115077A1 EP 21715134 A EP21715134 A EP 21715134A EP 4115077 A1 EP4115077 A1 EP 4115077A1
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EP
European Patent Office
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flow
rotor
guide
control system
guide surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21715134.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Vitali Geiger
Arthur Geiger
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GEIGER UND BAYER VERTICAL POWERS GBR
Original Assignee
Geiger Vertical Powers Gbr Vertretungsberechtigte Gesellschafter Arthur Geiger und Vitali Geiger
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Geiger Vertical Powers Gbr Vertretungsberechtigte Gesellschafter Arthur Geiger und Vitali Geiger filed Critical Geiger Vertical Powers Gbr Vertretungsberechtigte Gesellschafter Arthur Geiger und Vitali Geiger
Publication of EP4115077A1 publication Critical patent/EP4115077A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/005—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  the axis being vertical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/20—Arrangements for mounting or supporting wind motors; Masts or towers for wind motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • F03D3/0436—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor
    • F03D3/0445—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor the shield being fixed with respect to the wind motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a flow control system for guiding a fluid flow flowing along an inflow direction to a flow power plant with at least one left rotor with a left rotor axis oriented transversely to the inflow direction and preferably at least one right rotor arranged transversely to the inflow direction and to the left rotor axis next to the left rotor with a right rotor axis aligned along the left rotor axis.
  • the flow control system is designed to deflect a portion of the fluid flow directed towards the inside (s) of the rotor or rotors onto the outside (s) of the rotor or rotors.
  • the flow control system comprises at least one left guide surface aligned along the left rotor axis for directing the fluid flow to the outside of the left rotor and preferably at least one right guide surface arranged transversely to the direction of flow and the rotor axes next to the left guide surface for directing the fluid flow to the outside of the right rotor.
  • the document EP 1 859 164 B1 discloses a device for utilizing wind energy, which has at least one guide surface which directs the wind for directing the wind flow onto a rotor converting the flow energy, so that the rotor, whose axis of rotation is arranged transversely to the direction of flow, is acted upon by the flow.
  • the document WO 2011/098957 A1 discloses a wind generator with a vertical axis and a rotor on which a plurality of radial blades are mounted.
  • a stator arranged around the rotor includes guide elements that direct the wind in and out of the rotor.
  • the document DE 102014007206 A1 discloses a wind power plant with at least two essentially vertically arranged rotors.
  • an inflow flow can be deflected by air guide surfaces of the rotor blades of the rotors running against the inflow flow.
  • the document DE 102013 101 977 A1 describes a wind power plant with two rotors rotatable about a vertical axis and a flow control system arranged in front of it in the direction of flow for guiding the wind to the outer sides of the rotors.
  • the flow control system comprises two guide surfaces, each of which comprises two guide elements.
  • the guide elements are arranged to be rotatable relative to a guide element frame and displaceable relative to one another.
  • the document DE 103 31 682 A1 discloses a wind power plant with at least one rotor with a vertical axis of rotation, which comprises a number of rotor blades distributed circumferentially at equal intervals around a free flow space in the area of the axis of rotation.
  • a guide surface construction partially enclosing the rotor comprises a lateral flow inlet which is delimited by two guide surfaces, of which the guide surface located upstream with respect to the direction of rotation of the rotor has a concavely curved horizontal cross section, and a flow outlet which is opposite the flow inlet.
  • the object of the invention is to provide a high-performance and low-maintenance flow control system for more efficient and, in particular at high flow speeds, operationally reliable use of the flow energy by a flow power plant with rotors with a rotor axis oriented transversely to the direction of flow, in particular by so-called “vertical flow power plants” create.
  • the subject matter of the present invention provides a flow control system according to claim 1 and claim 2, each of which solves the technical problem.
  • the object is also achieved by a flow power plant according to claim 12 and a method for guiding a fluid flow with the flow control system according to claim 13.
  • Advantageous refinements result from the dependent claims.
  • a flow control system is used to direct a fluid flow flowing along an inflow direction to a flow power plant with at least one left rotor with a left rotor axis oriented transversely to the inflow direction and preferably at least one right rotor arranged transversely to the inflow direction and to the left rotor axis next to the left rotor a right rotor axis aligned along the left rotor axis.
  • the fluid flow can for example comprise a wind flow or a water flow. If the direction of flow is horizontal, for example, the rotor axes are preferably aligned vertically.
  • the flow power plant can in particular comprise a so-called “vertical wind power plant”, for example according to the publication DE 102014007206 A1.
  • the “direction of flow” refers to the direction in which the fluid flow flows towards the flow power plant before it is deflected by the flow control system.
  • the term “along” is used synonymously with “essentially parallel” in the context of the invention.
  • the term “transversely” is used synonymously with “essentially orthogonal” in the context of the invention. These terms should not be understood as restricting to an exact parallelism or orthogonality in the mathematical sense, but also include slight deviations of, for example, 0 ° to 20 °, in particular 0 ° to 10 °, in particular 0 ° to 5 °, from the parallelism or Orthogonality a.
  • horizontal and vertical within the meaning of the invention each include slight deviations of, for example, 0 ° to 20 °, in particular 0 ° to 10 °, in particular 0 ° to 5 °, from an exact horizontality or verticality.
  • the flow control system is designed to deflect a portion of the fluid flow directed towards an inside of the left rotor running counter to the flow direction to an outside of the left rotor running with the flow direction.
  • the flow control system is designed to deflect a central portion of the fluid flow directed towards the inner sides of the rotors facing one another onto the outer sides of the rotors facing away from one another.
  • the insides of the rotors are shielded from the fluid flow, so that the rotor blades of the rotors on the insides can run against the direction of flow without being braked by the fluid flow.
  • the left rotor and the right rotor are thus efficiently driven in opposite directions to each other.
  • the flow control system and the rotors can be rotatably mounted, for example as described in DE 102014 007206 A1, in order to be able to align the flow power plant to the direction of flow.
  • the flow control system comprises at least one left guide surface for directing the fluid flow to the outside of the left rotor and preferably at least one right guide surface arranged transversely to the direction of flow and the rotor axes next to the left guide surface for directing the fluid flow to the outside of the right rotor.
  • the right guide surface is preferably arranged horizontally next to the left guide surface transversely to the flow direction.
  • the features and advantages described also relate to an embodiment without a right-hand guide surface for a flow power plant without a right-hand rotor.
  • the terms “rotors”, “rotor axes” and / or “guide surfaces” used in the plural below can be replaced according to the invention by the respective singular.
  • the flow control system comprises two guide element frames, each carrying a plurality of, for example two, three, four or more guide elements, the guide elements of a guide element frame interacting as a left guide surface and as a right guide surface.
  • the at least one guide element frame can for example be designed as a frame around an axis that is essentially parallel to the rotor axes, in particular vertical, convexly or concavely towards the direction of flow and / or designed essentially rectangular.
  • a convex or concave curvature allows a particularly low-loss deflection of the fluid flow.
  • the guide elements cooperate as a guide surface when they are designed to guide the fluid flow to the outside of the rotor associated with the guide surface.
  • the guide elements together to form a closed guide surface.
  • the guide elements are each to adjust at least one angle of attack of the guide elements relative to the direction of flow around an element axis of rotation aligned along the rotor axes, for example 45 ° to 315 °, in particular 90 ° to 270 °, preferably 180 °, rotatable with the Connected guide element frame, and the element axes of rotation of the guide elements are spaced from one another along the guide surface transversely to the rotor axes with at least one guide element distance.
  • the guide element spacing between adjacent element axes of rotation can be identical for all guide elements or different from one another.
  • the guide element spacing can be selected to be so large that an opening remains between adjacent guide elements at every angle of attack.
  • the guide element spacing is preferably less than or equal to a length of the guide elements along the guide surface transversely to the rotor axes, so that an opening between adjacent guide elements can be closed by a suitable setting of their angle of attack, the adjacent ones Guide elements can in particular overlap one another, for example can overlap over at least a quarter, a third or a half of the length of the guide elements.
  • the element axes of rotation are preferably aligned vertically and horizontally spaced from one another along the guide surface.
  • openings are provided between the individual guide elements so that fluid that has been transported by the rotors on their inside in the direction of flow behind the guide surfaces can exit through the openings. This prevents overpressure from building up behind the guide surfaces, which could hinder the movement of the rotors.
  • the fluid can be sucked out of the area behind the guide surfaces through the openings of fluid flowing past in front of the guide surfaces like a water jet pump, so that a negative pressure arises behind the guide surfaces, which additionally drives the rotors.
  • the pressure differences caused by the guide surfaces preferably result in flow vortices around the rotor axes, in particular within the rotors, from which kinetic energy can be withdrawn by additionally driving the rotors.
  • the opening areas of the openings between the guide elements and the angle of incidence of the guide elements relative to the direction of flow can be set so that optimal pressure and pressure for efficient drive of the rotors Flow conditions are created behind the guide elements.
  • the guide elements can be rotated at a high flow velocity of the fluid flow into a passage configuration in which the fluid flow can pass the guide surfaces with little flow resistance, so that the flow guide system is not damaged by too high a wind load acting on it.
  • the guide elements can even generate a lift that counteracts the wind load.
  • the rotatable guide elements therefore enable particularly safe operation.
  • the guide elements are preferably rotatable about their element axes of rotation independently of one another.
  • the guide elements are preferably connected to the at least one guide element frame in a displaceable manner transversely to the rotor axes in order to adjust the at least one guide element spacing along the guide surface.
  • the element axes of rotation are preferably connected to the at least one guide element frame in a horizontally displaceable manner along the guide surface.
  • the displaceable connection for example via a rail system, advantageously allows an opening area of openings between the guide elements to be set independently of the angle of incidence of the guide elements with respect to the direction of flow.
  • the left guide surface and the right guide surface preferably enclose an opening angle of, for example, 0 ° to 180 °, in particular 45 ° to 135 °, preferably 60 ° to 120 °, preferably at least in a plane oriented transversely to the rotor axes a guide element frame of the left guide surface and / or the right guide surface for setting the opening angle is rotatably mounted on a bearing device about an axis of rotation aligned along the rotor axes relative to the rotors.
  • the opening angle is preferably in a horizontal plane, and the axis of rotation is preferably oriented vertically.
  • the term “opening angle” denotes twice the angle of attack between the guide surface and the direction of flow. This means that when the guide surface is aligned along the direction of flow, the angle of attack and the opening angle are each 0 °, and when the guide surface is oriented transversely to the direction of flow, the angle of attack is 90 ° and the angle of opening is 180 °.
  • the size of the portion of the rotors can advantageously be adjusted which is shielded by the guide surfaces from direct flow by the fluid flow in the flow direction, so that the rotors are driven more or less strongly.
  • a rotation frequency of the rotors can be set to a value that is optimal for efficient power generation.
  • the rotors can be completely shielded at a sufficiently large opening angle, for example to stop them for maintenance purposes or to protect them from excessive flow rates.
  • the at least one guide element frame of the left guide surface and / or the right guide surface is preferably mounted on a bearing device along the flow direction relative to the associated rotor to adjust a guide surface distance of the respective guide surface from the associated rotor.
  • the at least one guide element frame of the left guide surface and / or the right guide surface for setting the inlet width is mounted on a bearing device transversely to the direction of flow and to the rotor axes relative to the rotors.
  • the entry gap is preferably between the guide surface and a flow obstacle for the fluid flow, for example a building wall, a building roof, a subsurface of the flow power plant and / or, which is arranged transversely to the direction of flow and to the rotor axis next to the guide surface a water bed of a body of water in which the flow power plant is arranged.
  • a flow obstacle for the fluid flow for example a building wall, a building roof, a subsurface of the flow power plant and / or, which is arranged transversely to the direction of flow and to the rotor axis next to the guide surface a water bed of a body of water in which the flow power plant is arranged.
  • the inlet width is preferably transverse to the flow direction in a horizontal plane, and the left guide surface and / or right guide surface is preferably mounted horizontally relative to the rotors transversely to the flow direction.
  • a variable portion of the fluid flow can reach the inside of the rotors through the entry gap with an adjustable width, for example in order to optimally adjust their rotation frequency.
  • the entry gap is preferably at least partially, in particular completely, covered by a slat, the slat being spaced apart from the guide surfaces by a slat spacing against the direction of flow.
  • the slat is preferably displaceable by an adjusting device for adjusting the slat spacing along the direction of flow relative to the guide surfaces, so that optimal pressure and flow conditions can advantageously be set behind the guide surfaces for an efficient drive of the rotors.
  • the slat preferably has, in a sectional plane oriented transversely to the rotor axes, a profile which is curved about an axis oriented along the rotor axes and which can in particular be configured like a slat of a wing of an aircraft.
  • the cutting plane is preferably aligned horizontally and the profile is preferably bent about a vertical axis.
  • the flow control system preferably comprises at least one motorized drive device, preferably with an overload protection, for setting and preferably for locking the at least one angle of attack of the guide elements, the at least one guide element distance of the guide elements, the guide surface distance of at least one guide surface from the associated rotor, the opening angle of the Guide surfaces, the entry width of the entry gap between the guide surfaces and / or the slat spacing of the slat from the guide surfaces.
  • the aforementioned variables can be set in a simple manner, in particular in an automated manner.
  • the drive device preferably allows passive locking without absorbing energy, for example by means of a mechanical lock and / or a locking mechanism. This minimizes the energy consumption of the drive device.
  • the overload protection which can for example comprise a slip clutch and / or a locking body clutch, advantageously prevents a Damage to the flow control system, for example due to an excessively high flow velocity of the fluid flow.
  • the flow control system preferably comprises at least one sensor system for measuring the fluid flow and at least one control device communicatively connected to the sensor system and the at least one drive device for the automatic evaluation of measurement data of the sensor system and for the automatic control of the at least one drive device depending on the measurement data.
  • the sensor system preferably comprises at least one sensor for measuring a flow velocity and / or flow direction of the fluid flow.
  • the control device preferably comprises a computer device that can be arranged, for example, locally in the flow control system and / or remotely therefrom.
  • the computer device can include, for example, a computer system (embedded PC) embedded in the flow control system and / or a network server.
  • a computer system embedded PC
  • network server embedded PC
  • the flow control system can be automatically adapted to the fluid flow in order to ensure an efficient drive of the rotors at all times, even with changing flow conditions.
  • the flow control system preferably comprises a plurality of guide surfaces arranged one above the other along the rotor axes, in particular vertically, the opening angles between guide surfaces arranged next to one another transversely to the direction of flow, the entry widths of the inlet gap between guide surfaces arranged next to one another crosswise to the direction of flow and / or the slat spacing of the slat of guide surfaces arranged next to one another transversely to the direction of flow for the guide surfaces arranged one above the other are preferably adjustable independently of one another.
  • the individual guide surfaces can be made smaller and lighter and thus easier to produce, assemble and hold.
  • a flow velocity of a fluid flow along the rotor axes is often not homogeneous, but depends, for example, on a vertical height above a floor. With a plurality of guide surfaces arranged one above the other, even with a non-homogeneous flow velocity ideal pressure and flow conditions for an efficient drive of the rotors can be set everywhere.
  • the flow control system preferably comprises a plurality of guide elements arranged one above the other along the rotor axes, in particular vertically, the setting angles and / or the guide element spacings of the guide elements arranged one above the other preferably being adjustable independently of one another.
  • the guide elements In a sectional plane oriented transversely to the rotor axes, the guide elements have an airfoil profile with a profile nose oriented counter to the fluid flow, a profile top side of the airfoil profile facing away from the fluid flow flowing along the direction of flow.
  • the cutting plane In the case of a horizontal flow direction, the cutting plane is preferably oriented horizontally.
  • the fluid flow is deflected, compressed and intensified particularly efficiently, in particular without turbulence, and the fluid flowing past the guide elements can generate a vacuum behind the guide surfaces on the inside of the rotors in the direction of flow behind the guide surfaces on the inside of the rotors , in particular by generating flow vortices around the rotor axes, preferably within the rotors, additionally drives.
  • two flow vortices running in opposite directions can arise, which can mutually reinforce one another.
  • the invention relates to a flow power plant for generating energy from a fluid flow flowing along an inflow direction with at least one left rotor with a left rotor axis oriented transversely to the inflow direction and preferably at least one right rotor with a right rotor arranged transversely to the inflow direction and to the left rotor axis next to the left rotor right rotor axis aligned along the left rotor axis.
  • the flow power plant can in particular have one or more of the features of the wind power plant described in DE 102014 007206 A1.
  • the flow power plant comprises a flow control system according to the invention for deflecting a portion of the fluid flow directed towards the inside (s) of the rotor or rotors to the outside (s) of the rotor or rotors, wherein the at least one left guide surface of the flow control system is arranged to direct the fluid flow to the outside of the left rotor, and preferably the at least one right guide surface of the flow control system is arranged to guide the fluid flow to the outside of the right rotor.
  • the invention relates to a method for guiding a fluid flow flowing along an inflow direction with a flow control system according to the invention to a flow power plant with at least one left rotor with a left rotor axis oriented transversely to the inflow direction and preferably at least one transverse to the inflow direction and to the left rotor axis next to the left Rotor arranged right rotor with an aligned along the left rotor axis right rotor axis.
  • the flow power plant can in particular have one or more of the features of the wind power plant described in DE 102014007206 A1.
  • the flow control system is used according to the invention to deflect a portion of the fluid flow directed towards the inside (s) of the rotor or rotors to the outside (s) of the rotor or rotors, the at least one left guide surface of the flow control system for directing the fluid flow is used on the outside of the left rotor, and wherein preferably the at least one right guide surface of the flow control system is used to guide the fluid flow to the outside of the right rotor.
  • the method according to the invention preferably comprises setting a rotation frequency of the rotor or rotors with the flow control system, in particular by setting the at least one angle of incidence of the guide elements, the at least one guide element distance of the guide elements, the guide surface distance of at least one guide surface from the associated rotor, the The opening angle of the guide surfaces, the entry width of the entry gap between the guide surfaces and / or the slat spacing of the slat from the guide surfaces.
  • the method according to the invention preferably comprises compressing and / or intensifying the fluid flow through the flow control system on the outside of the rotor or on the outside of the rotors.
  • the method according to the invention preferably comprises generating a negative pressure between the at least one guide surface and the rotor or rotors by means of the flow control system.
  • the method according to the invention preferably comprises generating at least one flow vortex driving the rotor or the rotors by the flow control system.
  • the aforementioned configurations bring about a particularly efficient use of the energy of the fluid flow to drive the rotor or rotors.
  • the present invention relates in particular to a controllable flow control system for increasing the efficiency of energy systems with a vertical rotor axis (wind or water power systems).
  • energy systems with two counter-rotating, vertical-axis rotors as they are also known from the document DE 10 2014007206 A1.
  • the flow control system consists essentially of a plurality of controllable, aerodynamically shaped guide elements (or profiles) arranged next to one another and one above the other within a guide element frame (or frame), which is also controllable.
  • the angular position of the individual profiles and the frame is dependent on the individual flow conditions (in particular on the flow velocity) on site.
  • One goal is to increase the efficiency and competitiveness of energy systems with a vertical rotor axis compared to conventional systems.
  • the flow is preferably not only optimally deflected onto the side of the rotor or rotors running with the flow, but also compressed and reinforced as required, which also leads to an increase in efficiency.
  • the flow vortices known from fluid mechanics can be generated around the rotor axis (s) through the pressure differences generated by the flow control system and through the movement of the rotor or rotors.
  • the kinetic energy of these flow vortices can then also be used and continue to drive the rotor or rotors, which once again leads to an increase in efficiency.
  • a speed of the rotor or rotors can be set to a value that is optimal for efficient power generation, largely independently of the flow speed of the fluid flow impinging on the flow control system.
  • the guide elements can be rotated into a passage configuration in which the fluid flow can pass the guide surfaces with little flow resistance, so that the flow control system, in particular a mast carrying the flow control system, is not too high the wind load acting on it is damaged.
  • the guide elements can even generate a lift that counteracts the wind load.
  • the rotatable guide elements therefore enable particularly safe operation of the flow control system and a flow power plant equipped with it.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of a flow power plant according to the invention with a flow control system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a further schematic cross section of the flow power plant from FIG. 1 with a fluid flow driving the flow power plant.
  • FIG. 3 shows a schematic cross section of a further flow power plant according to the invention with a flow control system according to the invention with a slat.
  • FIG. 4 shows a further schematic cross section of the flow power plant from FIG. 1 in a flow-through configuration.
  • FIG. 5 shows a further schematic cross section of the flow power plant from FIG. 1 in a braking configuration.
  • FIG. 6 shows a schematic cross section of a further flow power plant according to the invention with only one rotor and with a flow control system according to the invention.
  • FIG. 7 shows a perspective, schematic representation of a further flow power plant according to the invention with a flow control system according to the invention with several guide surfaces arranged one above the other.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of a flow power plant 200 according to the invention with a flow control system 100 according to the invention.
  • the flow power plant 200 is designed to generate energy from a fluid flow, in particular wind, flowing along an, for example, horizontal, flow direction A, and comprises a left rotor 210 with a left rotor axis 211 oriented transversely to flow direction A, in particular vertically, and a left rotor axis 211 transverse to Inflow direction A and to the left rotor axis 211 next to the left rotor 210 right rotor 220 with a right rotor axis 221 aligned along the left rotor axis 211.
  • the flow control system 100 and the rotors 210, 220 can be rotatably mounted on a central carrier 230 around the central carrier 230 in order to be able to align the flow power plant 200 to the direction of flow A.
  • a rotatable mounting is described in detail, for example, in the document DE 102014007206 A1.
  • the flow control system 100 is used to deflect a central portion of the rotors 210, 220 which is directed towards the inner sides 201 of the rotors 210, 220 which face one another Fluid flow designed on the outer sides 202 of the rotors 210, 220 facing away from one another.
  • the flow control system 100 comprises a left guide surface 110 for directing the fluid flow to the outside 202 of the left rotor 210 and a right guide surface 120 for the conduit, which is arranged transversely to the direction of flow A and the rotor axes 211, 212, in particular horizontally, next to the left guide surface 110 of fluid flow onto the outside 202 of the right rotor 220.
  • the flow control system 100 comprises a plurality of guide elements 140, each of which interacts as one of the guide surfaces 110, 120, and in each case a guide element frame 130 carrying the guide elements 140, which can comprise, for example, a substantially rectangular frame.
  • the flow control system 100 comprises, for example, two guide element frames 130, each of which carries a plurality of, for example three, guide elements 140, the guide elements 140 each of a guide element frame 130 interacting as a left guide surface 110 and a right guide surface 120.
  • the guide surfaces 110, 120 are, for example, each spaced apart from the associated rotor 210, 220 by a guide element spacing d, which for both guide surfaces 110, 120 can be identical or different from one another.
  • At least one guide element 140 of at least one guide surface 110, 120, in particular each guide element 140 can have an airfoil profile with a profile nose 142 aligned against the fluid flow in a section plane aligned transversely to the rotor axes 211, 221, in particular horizontal, with a profile top side 143 of the airfoil profile is preferably facing away from the fluid flow flowing in along the direction of flow A.
  • the guide elements 140 are each connected to the guide element frame 130 so as to be able to rotate about an, in particular vertical, element rotation axis aligned along the rotor axes 211, 221 in order to set an angle of incidence ⁇ of the guide elements 140 with respect to the direction of flow A.
  • FIG. 1 shows only the angle of incidence ⁇ of a guide element 140.
  • the remaining guide elements 140 can be aligned with the same setting angle a or with setting angles a that are different from one another.
  • the guide elements 140 can be aligned, for example, with an angle of incidence ⁇ that increases in the direction of flow.
  • the element axes of rotation 141 of the guide elements 140 are spaced apart from one another by a guide element spacing a along the guide surface 110 120 transversely to the rotor axes 211, 221, in particular horizontally.
  • only one guide element spacing a is shown in FIG.
  • the distances between the element axes of rotation 141 of the remaining guide elements 140 can be identical to or different from the guide element distance a shown.
  • the left guide surface 110 and the right guide surface 120 enclose an opening angle ⁇ , which is preferably variable, for example from 45 ° to 135 °, in a plane oriented transversely to the rotor axes 211, 221, in particular a horizontal plane.
  • the one guide element frame 130 of the left guide surface 110 and / or the right guide surface 120 is preferably for setting the opening angle ⁇ on a bearing device (not shown) about an axis of rotation aligned along the rotor axes 211, 221, in particular vertically, relative to the rotors 210 , 220 rotatably mounted.
  • an inlet gap 116 for the fluid flow with an inlet width oriented transversely to the direction of flow A and to the rotor axes 211, 221, for example horizontally, can be arranged.
  • FIG. 2 shows a further schematic cross section of the flow power plant 200 from FIG. 1.
  • a central part of the fluid flow directed towards the mutually facing inner sides 201 of the rotors 210, 220 is directed and compressed by the guide surfaces 110, 120 onto the outer sides 202 of the rotors 210, 220 facing away from one another.
  • the resulting negative pressure in the intermediate space 240 ensures that further fluid flows from the inner sides 201 of the rotors 210, 220 into the intermediate space 240 and additionally drives the rotors 210, 220.
  • flow vortices running in opposite directions to one another can occur around the rotor axes 211,
  • FIG. 3 shows a schematic cross section of a further flow power plant 200 according to the invention with a flow control system 100 according to the invention.
  • the flow control system 100 shown in Figure 3 differs from the flow control system 100 shown in Figure 1 in that the inlet gap 116 between the left guide surface 110 and the right guide surface 120 is at least partially, in particular completely, covered by a slat 117, wherein the slat 117 is spaced apart from the guide surfaces 110, 120 against the direction of flow A by a slat spacing, so that between the slat 117 and the guide surfaces 110, 120 fluid from the space 240 between guide surfaces 110,
  • the slat 117 preferably has, in a section plane oriented transversely to the rotor axes 211, 221, in particular horizontal, a profile curved around an axis, especially vertical, oriented along the rotor axes 211, 221, in particular a slat profile known from wing construction.
  • FIG. 4 shows a further schematic cross section of the flow power plant 200 from FIG. 1 in a flow configuration of the flow control system 100, with the fluid flow and the rotation of the rotors 210, 220 being outlined by arrows as in FIG.
  • the guide elements 140 in FIG. 4 have a smaller angle of incidence ⁇ to the direction of flow A of the fluid flow. This can be a part of the fluid flow between the guide elements 140 and through the space 240 between guide surfaces 110, 120 and rotors 210, 220 reach the inner sides 201 of the rotors 210, 220 directly, whereby the rotors 210, 220 are driven less strongly than in the one in Figure 2 position of the guide elements 140 shown.
  • a less powerful drive of the rotors 210, 220 can be advantageous, for example, if a flow velocity of the fluid flow is so high that the position of the guide elements 140 shown in FIG Overload of a generator driven by the rotors could lead.
  • FIG. 5 shows a further schematic cross section of the flow power plant 200 from FIG. 1 in a braking configuration of the flow control system 100, wherein, as in FIG. 2, the fluid flow and the rotation of the rotors 210, 220 are outlined by arrows.
  • the guide elements 140 in FIG. 5 have an even smaller, in particular negative, angle of incidence ⁇ to the direction of flow A of the fluid flow.
  • a larger part of the fluid flow between the guide elements 140 and through the space 240 between guide surfaces 110, 120 and rotors 210, 220 is directed directly to the inner sides 201 of the rotors 210, 220, whereby the rotors 210, 220, in particular to a standstill , can be braked.
  • Such a braking of the rotors 210, 220 can be advantageous, for example, to protect the rotors 210, 220 from damage caused by an excessively high flow velocity of the fluid flow and / or for maintenance work.
  • FIG. 6 shows a schematic cross section of a further flow power plant 200 according to the invention with a flow control system 100 according to the invention for guiding a fluid flow flowing along a flow direction A onto the flow power plant 200.
  • the flow power plant comprises a left rotor 210 with a left rotor axis 211 oriented transversely to the direction of flow A, but, in contrast to the flow power plant 200 shown in FIG. 1, no right rotor.
  • the flow control system 100 is designed to deflect a portion of the fluid flow directed towards an inside 201 of the left rotor 210 running against the direction of flow A onto an outside 202 of the left rotor 210 running with the direction of flow.
  • the flow control system 100 comprises a left guide surface 110 for guiding the fluid flow onto the outside 202 of the left rotor 210.
  • a right guide surface and a right rotor for example a flow obstacle 250, in particular a building wall, is arranged transversely to the direction of flow A and to the left rotor axis 211 next to the left guide surface 110 and the left rotor 210, in particular horizontally next to it.
  • an entry gap 116 for the fluid flow with an entry width oriented transversely to the direction of flow A and to the left rotor axis 211, for example horizontally, can be arranged.
  • the left guide surface 110 can be constructed essentially exactly like the left guide surface 110 of the flow control system 100 from FIG Direction of flow A can be too curved.
  • the fluid flow flowing past the sides of the guide elements 140 facing the direction of flow A sucks through the openings between the guide elements 140, in particular supported by an airfoil profile in FIG Guide elements 140, fluid out of the space 240 between the left guide surface 110, the left rotor 210 and the flow obstacle 250.
  • the resulting negative pressure in the intermediate space 240 ensures that further fluid flows in from the inside 201 of the left rotor 210 into the intermediate space 240 and additionally drives the left rotor 210.
  • a flow vortex can arise around the left rotor axis 211, which can transmit additional kinetic energy to the rotor 210.
  • FIG. 7 shows a perspective, schematic representation of a further flow power plant 200 according to the invention with a flow control system 100 according to the invention.
  • the flow power plant 200 and the flow control system 100 can essentially be constructed as shown in FIG.
  • the flow power plant 200 can each comprise a plurality of, for example two, left rotors 210 and right rotors 220 arranged one above the other along the rotor axes 221, 222.
  • the flow control system 100 can comprise a plurality of, for example two, left guide surfaces 110 and right guide surfaces 120 arranged one above the other along the rotor axes 221, 222.
  • the opening angles between guide surfaces 110, 120 arranged next to one another transversely to the direction of flow and / or the angles of incidence of the guide elements 140 arranged one above the other for the guide surfaces 110, 120 arranged one above the other can be set independently of one another.
  • the flow control system 100 can advantageously be set to flow conditions that are variable along the rotor axis 221, 222.
  • the fluid flow can be stronger in a region of the flow power plant 200 that is further away from a subsurface of the flow power plant 200 than in the vicinity of the subsurface.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Strömungsleitsystem (100) zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung (A) anströmenden Fluidströmung auf eine Strömungskraftanlage (200) mit einem linken Rotor (210) mit einer quer zur Anströmrichtung (A) ausgerichteten linken Rotorachse (211) und bevorzugt einem quer zur Anströmrichtung (A) und zur linken Rotorachse (211) neben dem linken Rotor (210) angeordneten rechten Rotor (220) mit einer entlang der linken Rotorachse (211) ausgerichteten rechten Rotorachse (221). Das Strömungsleitsystem (100) ist zur Ablenkung eines auf die Innenseite(n) (201) des Rotors (210) oder der Rotoren (210, 220) gerichteten Anteils der Fluidströmung auf die Außenseite(n) (202) des Rotors (210) oder der Rotoren (210, 220) ausgelegt, und umfasst eine linke Leitfläche (110) zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite (202) des linken Rotors (210) und bevorzugt eine quer zur Anströmrichtung (A) und den Rotorachsen (211, 212) neben der linken Leitfläche (110) angeordnete rechte Leitfläche (120) zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite (202) des rechten Rotors (220). Das Strömungsleitsystem (100) umfasst eine Mehrzahl von Leitelementen (140), die als eine der Leitflächen (110, 120) zusammenwirken, und einen die Leitelemente (140) tragenden Leitelementrahmen (130),wobei die Leitelemente (140) jeweils zur Einstellung eines Anstellwinkels (α) der Leitelemente (140) gegenüber der Anströmrichtung (A) um eine entlang der Rotorachsen (211, 221) ausgerichtete Elementdrehachse (141) drehbar mit dem Leitelementrahmen (130) verbundenen sind, und die Elementdrehachsen (141) der Leitelemente (140) entlang der Leitfläche (110, 120) quer zu den Rotorachsen (211, 221) mit einem Leitelementabstand (a) voneinander beabstandet sind.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung: Strömungsleitsystem für eine Strömungskraftanlage, Verfahren zur Leitung einer Fluidströmung mit dem Strömungsleitsystem auf eine Strömungskraftanlage
Technisches Gebiet
[1] Die Erfindung betrifft ein Strömungsleitsystem zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung anströmenden Fluidströmung auf eine Strömungskraftanlage mit zumindest einem linken Rotor mit einer quer zur Anströmrichtung ausgerichteten linken Rotorachse und bevorzugt zumindest einem quer zur Anströmrichtung und zur linken Rotorachse neben dem linken Rotor angeordneten rechten Rotor mit einer entlang der linken Rotorachse ausgerichteten rechten Rotorachse.
[2] Das Strömungsleitsystem ist zur Ablenkung eines auf die Innenseite(n) des Rotors oder der Rotoren gerichteten Anteils der Fluidströmung auf die Außenseite(n) des Rotors oder der Rotoren ausgelegt. Das Strömungsleitsystem umfasst zumindest eine entlang der linken Rotorachse ausgerichtete linke Leitfläche zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des linken Rotors und bevorzugt zumindest eine quer zur Anströmrichtung und den Rotorachsen neben der linken Leitfläche angeordnete rechte Leitfläche zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des rechten Rotors.
Stand der Technik
[3] Bei Strömungskraftanlagen, die eine Strömungsenergie einer Fluidströmung mit einem Rotor mit quer zur Anströmrichtung ausgerichteter Rotorachse in elektrische Energie umwandeln, beispielsweise bei sogenannten „vertikalen Windkraftanlagen“, besteht das Problem, dass die Rotorblätter jeweils die Hälfte einer Umdrehung um die Rotorachse gegen die Fluidströmung laufen müssen, wodurch die Effizienz solcher Strömungskraftanlagen begrenzt ist. Zur Erhöhung der Effizienz sind im Stand der Technik unterschiedliche Konzepte mit Strömungsleitsystemen für die Fluidströmung bekannt:
[4] Die Druckschrift EP 1 859 164 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Nutzung von Wndenergie, die zur Lenkung der Wndströmung auf einen die Strömungsenergie umsetzenden Rotor mindestens eine den Wnd lenkende Leitfläche aufweist, sodass der Rotor, dessen Drehachse quer zur Strömungsrichtung angeordnet ist, mit der Strömung beaufschlagt ist.
[5] Die Druckschrift WO 2011/098957 A1 offenbart einen Windgenerator mit vertikaler Achse und einem Rotor, an dem eine Vielzahl von Radialblättern montiert sind. Ein um den Rotor angeordneter Stator umfasst Leitelemente, die den Wind in und aus dem Rotor lenken.
[6] Die Druckschrift DE 102014007206 A1 offenbart eine Windkraftanlage mit zumindest zwei im Wesentlichen vertikal angeordneten Rotoren. Dabei kann ein Anströmfluss durch Luftleitflächen von gegen den Anströmfluss laufenden Rotorblättern der Rotoren abgelenkt werden.
[6a] Die Druckschrift DE 102013 101 977 A1 beschreibt eine Windkraftanlage mit zwei um eine vertikale Achse drehbaren Rotoren und einem in Strömungsrichtung davor angeordneten Strömungsleitsystem zur Leitung des Windes auf die Außenseiten der Rotoren. Das Strömungsleitsystem umfasst zwei Leitflächen, die jeweils zwei Leitelemente umfassen. Die Leitelemente sind gegenüber einem Leitelementrahmen drehbar und gegeneinander verschieblich angeordnet.
[6b] Die Druckschrift DE 103 31 682 A1 offenbart eine Windkraftanlage mit zumindest einem Rotor mit vertikaler Rotationsachse, der eine Anzahl von Rotorblättern umfasst, die in Umfangsrichtung in gleichen Abständen verteilt um einen freien Durchströmraum im Bereich der Rotationsachse herum angeordnet sind. Eine den Rotor teilweise umschließende Leitflächenkonstruktion umfasst einen seitlichen Strömungseinlass, der von zwei Leitflächen begrenzt wird, von denen die in Bezug auf die Umlaufrichtung des Rotors stromaufwärts gelegene Leitfläche einen konkav gewölbten horizontalen Querschnitt aufweist, und einen Strömungsauslass, der dem Strömungseinlass gegenüberliegt.
[7] Auch mit den vorgenannten Konzepten kann nur ein Teil der Strömungsenergie zum Antrieb der Rotoren genutzt werden, der oft auch von der Anströmrichtung und einer Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung abhängt, sodass die Effizienz entsprechender Strömungskraftanlagen in der Regel geringer ist als bei Strömungskraftanlagen mit entlang der Anströmrichtung ausgerichteter Rotorachse, beispielsweise bei sogenannten „horizontalen Windkraftanlagen“.
Technische Aufgabe [8] Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst leistungsstarkes und wartungsarmes Strömungsleitsystem zur effizienteren und, insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten, betriebssicheren Nutzung der Strömungsenergie durch eine Strömungskraftanlage mit Rotoren mit quer zur Anströmrichtung ausgerichteter Rotorachse, insbesondere durch sogenannte „vertikale Strömungskraftanlagen“, zu schaffen.
Technische Lösung
[9] Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt ein Strömungsleitsystem gemäß Anspruch 1 und gemäß Anspruch 2 bereit, das jeweils die technische Aufgabe löst. Ebenso wird die Aufgabe durch eine Strömungskraftanlage gemäß Anspruch 12 und ein Verfahren zur Leitung einer Fluidströmung mit dem Strömungsleitsystem gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Beschreibung der Ausführungsarten
[10] Ein erfindungsgemäßes Strömungsleitsystem ist zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung anströmenden Fluidströmung auf eine Strömungskraftanlage mit zumindest einem linken Rotor mit einer quer zur Anströmrichtung ausgerichteten linken Rotorachse und bevorzugt zumindest einem quer zur Anströmrichtung und zur linken Rotorachse neben dem linken Rotor angeordneten rechten Rotor mit einer entlang der linken Rotorachse ausgerichteten rechten Rotorachse ausgelegt.
[11] Die Begriffe „rechts“ und „links“ sind im Sinne der Erfindung nicht einschränkend zu verstehen, sondern dienen lediglich der Unterscheidung mehrerer einander entsprechender Elemente, beispielsweise Rotoren oder Leitflächen. Grundsätzlich können die Begriffe „links“ und „rechts“ erfindungsgemäß vertauscht werden.
[12] Die Fluidströmung kann beispielsweise eine Windströmung oder eine Wasserströmung umfassen. Wenn die Anströmrichtung beispielsweise horizontal ist, sind die Rotorachsen vorzugsweise vertikal ausgerichtet. Die Strömungskraftanlage kann insbesondere eine sogenannte „vertikale Windkraftanlage“, beispielsweise gemäß der Druckschrift DE 102014007206 A1, umfassen.
[13] Als „Anströmrichtung“ wird im Sinne der Erfindung die Richtung bezeichnet, in die die Fluidströmung auf die Strömungskraftanlage zu strömt, bevor sie durch das Strömungsleitsystem abgelenkt wird. [14] Der Begriff „entlang“ wird im Sinne der Erfindung gleichbedeutend mit „im Wesentlichen parallel“ verwendet. Der Begriff „quer“ wird im Sinne der Erfindung gleichbedeutend mit „im Wesentlichen orthogonal“ verwendet. Diese Begriffe sollen nicht als auf eine im mathematischen Sinne exakte Parallelität bzw. Orthogonalität beschränkend verstanden werden, sondern schließen auch geringfügige Abweichungen von beispielsweise 0° bis 20°, insbesondere 0° bis 10°, insbesondere 0° bis 5°, von der Parallelität bzw. Orthogonalität ein. Analog schließen auch die Begriffe „horizontal“ und „vertikal“ im Sinne der Erfindung jeweils geringfügige Abweichungen von beispielsweise 0° bis 20°, insbesondere 0° bis 10°, insbesondere 0° bis 5°, von einer exakten Horizontalität bzw. Vertikalität ein.
[15] Das Strömungsleitsystem ist in einer Ausgestaltung zur Ablenkung eines auf eine gegen die Anströmrichtung laufende Innenseite des linken Rotors gerichteten Anteils der Fluidströmung auf eine mit der Anströmrichtung laufende Außenseite des linken Rotors ausgelegt.
[16] Das Strömungsleitsystem ist in einer bevorzugten Ausgestaltung zur Ablenkung eines auf die aufeinander zugewandten Innenseiten der Rotoren gerichteten zentralen Anteils der Fluidströmung auf die voneinander abgewandten Außenseiten der Rotoren ausgelegt ist. Dadurch werden, insbesondere wie durch die in DE 10 2014007206 A1 beschriebenen Luftleitflächen, die Innenseiten der Rotoren von der Fluidströmung abgeschirmt, sodass die Rotorblätter der Rotoren an den Innenseiten gegen die Anströmrichtung laufen können, ohne durch die Fluidströmung gebremst zu werden. Der linke Rotor und der rechte Rotor werden somit auf effiziente Weise zueinander gegenläufig angetrieben.
[17] Das Strömungsleitsystem und die Rotoren können, beispielsweise wie in DE 102014 007206 A1 beschrieben, drehbar gelagert sein, um die Strömungskraftanlage zur Anströmrichtung ausrichten zu können.
[18] Das Strömungsleitsystem umfasst zumindest eine linke Leitfläche zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des linken Rotors und bevorzugt zumindest eine quer zur Anströmrichtung und den Rotorachsen neben der linken Leitfläche angeordnete rechte Leitfläche zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des rechten Rotors. Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung ist die rechte Leitfläche vorzugsweise quer zur Anströmrichtung horizontal neben der linken Leitfläche angeordnet. [19] Im Folgenden wird das Strömungsleitsystem weiter anhand einer Ausgestaltung mit zumindest einer linken Leitfläche und zumindest einer rechten Leitfläche für eine Strömungskraftanlage mit zumindest einem linken Rotor und zumindest einen rechten Rotor beschrieben. Die beschriebenen Merkmale und Vorteile beziehen sich erfindungsgemäß auch auf eine Ausgestaltung ohne rechte Leitfläche für eine Strömungskraftanlage ohne rechten Rotor. Insbesondere können die im Folgenden im Plural verwendeten Begriffe „Rotoren“, „Rotorachsen“ und/oder „Leitflächen“ erfindungsgemäß durch den jeweiligen Singular ersetzt werden.
[20] Das Strömungsleitsystem umfasst zwei Leitelementrahmen, die jeweils eine Mehrzahl von, beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr, Leitelementen tragen, wobei die Leitelemente jeweils eines Leitelementrahmens als linke Leitfläche und als rechte Leitfläche Zusammenwirken.
[21] Der zumindest eine Leitelementrahmen kann beispielsweise als Rahmengestell, um eine zu den Rotorachsen im Wesentlichen parallele, insbesondere vertikale, Achse konvex oder konkav auf die Anströmrichtung zu gewölbt und/oder im Wesentlichen rechteckig ausgestaltet sein. Eine konvexe oder konkave Wölbung erlaubt eine besonders verlustarme Ablenkung der Fluidströmung.
[22] Die Leitelemente wirken als Leitfläche zusammen, wenn sie dazu ausgelegt sind, die Fluidströmung auf die Außenseite des zu der Leitfläche zugehörigen Rotors zu leiten. Dazu ist es erfindungsgemäß möglich, aber nicht erforderlich, dass die Leitelemente zusammen eine geschlossene Leitfläche bilden.
[23] Die Leitelemente sind jeweils zur Einstellung zumindest eines Anstellwinkels der Leitelemente gegenüber der Anströmrichtung um eine entlang der Rotorachsen ausgerichtete Elementdrehachse, beispielsweise um 45° bis 315°, insbesondere um 90° bis 270°, bevorzugt um 180°, drehbar, mit dem Leitelementrahmen verbunden, und die Elementdrehachsen der Leitelemente sind entlang der Leitfläche quer zu den Rotorachsen mit zumindest einem Leitelementabstand voneinander beabstandet.
[24] Der Leitelementabstand benachbarter Elementdrehachsen kann für alle Leitelemente identisch oder voneinander unterschiedlich sein. Der Leitelementabstand kann so groß gewählt sein, dass zwischen benachbarten Leitelementen bei jedem Anstellwinkel eine Öffnung verbleibt. Der Leitelementabstand ist bevorzugt kleiner oder gleich einer Länge der Leitelemente entlang der Leitfläche quer zu den Rotorachsen, sodass eine Öffnung zwischen benachbarten Leitelementen durch eine geeignete Einstellung ihrer Anstellwinkel verschließbar ist, wobei die benachbarten Leitelemente insbesondere einander überlappen können, beispielsweise auf zumindest einem Viertel, einem Drittel oder einer Hälfte der Länge der Leitelemente überlappen können.
[25] Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung sind die Elementdrehachsen vorzugsweise vertikal ausgerichtet und entlang der Leitfläche horizontal voneinander beabstandet.
[26] Dadurch, dass die Elementdrehachsen voneinander beabstandet sind, sind Öffnungen zwischen den einzelnen Leitelementen vorgesehen, sodass Fluid, das von den Rotoren an deren Innenseite in Anströmrichtung hinter die Leitflächen transportiert wurde, durch die Öffnungen austreten kann. Dadurch wird verhindert, dass hinter den Leitflächen ein Überdruck entsteht, der die Bewegung der Rotoren behindern könnte.
[27] Weiterhin kann das Fluid durch die Öffnungen von vor den Leitflächen vorbeiströmendem Fluid wie bei einer Wasserstrahlpumpe aus dem Bereich hinter den Leitflächen herausgesogen werden, sodass hinter den Leitflächen ein Unterdrück entsteht, der die Rotoren zusätzlich antreibt. Vorzugsweise entstehen durch die von den Leitflächen verursachten Druckunterschiede Strömungswirbel um die Rotorachsen, insbesondere innerhalb der Rotoren, denen kinetische Energie entzogen werden kann, indem sie die Rotoren zusätzlich antreiben.
[28] Dadurch, dass die Leitelemente drehbar sind, können die Öffnungsflächen der Öffnungen zwischen den Leitelementen und die Anstellwinkel der Leitelemente gegenüber der Anströmrichtung, beispielsweise abhängig von einer Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung, so eingestellt werden, dass zum effizienten Antrieb der Rotoren optimale Druck- und Strömungsverhältnisse hinter den Leitelementen geschaffen werden. Insbesondere können die Leitelemente bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung in eine Durchlass- Konfiguration gedreht werden, in der die Fluidströmung die Leitflächen mit geringem Strömungswiderstand passieren kann, so dass das Strömungsleitsystem nicht durch eine zu hohe darauf einwirkende Windlast beschädigt wird. Bei geeigneter aerodynamischer Ausgestaltung der Leitelemente können die Leitelemente sogar einen der Windlast entgegenwirkenden Auftrieb erzeugen. Durch die drehbaren Leitelemente ist also ein besonders sicherer Betrieb möglich.
[29] Für besonders umfassende Einstellmöglichkeiten sind die Leitelemente vorzugsweise voneinander unabhängig um ihre Elementdrehachsen drehbar. Für eine besonders effiziente Ablenkung der Fluidströmung kann es beispielsweise vorteilhaft sein, die Leitelemente mit einem in Strömungsrichtung zunehmenden Anstellwinkel auszurichten.
[30] Die Leitelemente sind vorzugsweise zur Einstellung des zumindest einen Leitelementabstands entlang der Leitfläche quer zu den Rotorachsen verschieblich mit dem zumindest einen Leitelementrahmen verbunden. Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung sind die Elementdrehachsen vorzugsweise entlang der Leitfläche horizontal verschieblich mit dem zumindest einen Leitelementrahmen verbunden.
[31] Die verschiebliche Verbindung, beispielsweise über ein Schienensystem, erlaubt es vorteilhafterweise eine Öffnungsfläche von Öffnungen zwischen den Leitelementen unabhängig vom Anstellwinkel der Leitelemente gegenüber der Anströmrichtung einzustellen.
[32] Die linke Leitfläche und die rechte Leitfläche schließen vorzugsweise in einer quer zu den Rotorachsen ausgerichteten Ebene einen Öffnungswinkel von beispielsweise 0° bis 180°, insbesondere 45° bis 135°, bevorzugt 60° bis 120°, ein, wobei bevorzugt der zumindest eine Leitelementrahmen der linken Leitfläche und/oder der rechten Leitfläche zur Einstellung des Öffnungswinkels an einer Lagervorrichtung um eine entlang der Rotorachsen ausgerichtete Drehachse gegenüber den Rotoren drehbar gelagert ist. Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung liegt der Öffnungswinkel vorzugsweise in einer horizontalen Ebene, und die Drehachse ist vorzugsweise vertikal ausgerichtet.
[33] In einer Ausgestaltung des Strömungsleitsystems mit nur einer Leitfläche bezeichnet der Begriff „Öffnungswinkel“ das Doppelte des Anstellwinkels zwischen der Leitfläche und der Anströmrichtung. Das heißt, bei einer Ausrichtung der Leitfläche entlang der Anströmrichtung betragen Anstellwinkel und Öffnungswinkel jeweils 0°, bei einer Ausrichtung der Leitfläche quer zur Anströmrichtung beträgt der Anstellwinkel 90° und der Öffnungswinkel 180°.
[34] Durch eine Einstellung des Öffnungswinkels kann vorteilhafterweise die Größe des Anteils der Rotoren eingestellt werden, der durch die Leitflächen von einer direkten Anströmung durch die Fluidströmung in Anströmrichtung abgeschirmt wird, sodass die Rotoren mehr oder weniger stark angetrieben werden. So kann beispielsweise eine Rotationsfrequenz der Rotoren auf einen zur effizienten Stromerzeugung optimalen Wert eingestellt werden. Insbesondere können die Rotoren bei einem ausreichend großen Öffnungswinkel vollständig abgeschirmt werden, beispielsweise um sie zu Wartungszwecken anzuhalten oder vor einer zu hohen Strömungsgeschwindigkeit zu schützen.
[35] Der zumindest eine Leitelementrahmen der linken Leitfläche und/oder der rechten Leitfläche ist vorzugsweise zur Einstellung eines Leitflächenabstands der jeweiligen Leitfläche von dem zugehörigen Rotor an einer Lagervorrichtung entlang der Anströmrichtung gegenüber dem zugehörigen Rotor verschieblich gelagert. Durch eine Einstellung des Leitflächenabstands kann, insbesondere abhängig von einer Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung und/oder von einem Öffnungswinkel der Leitflächen, eine verlustarme, insbesondere turbulenzarme, Übertragung der Fluidströmung von den Leitflächen auf die Rotoren sichergestellt werden.
[36] Zwischen der linken Leitfläche und der rechten Leitfläche ist vorzugsweise ein Eintrittsspalt für die Fluidströmung mit einer quer zur Anströmrichtung und zu den Rotorachsen ausgerichteten Eintrittsbreite angeordnet, wobei bevorzugt der zumindest eine Leitelementrahmen der linken Leitfläche und/oder der rechten Leitfläche zur Einstellung der Eintrittsbreite an einer Lagervorrichtung quer zur Anströmrichtung und zu den Rotorachsen gegenüber den Rotoren verschieblich gelagert ist.
[37] In einer Ausgestaltung des Strömungsleitsystems mit nur einer Leitfläche ist der Eintrittsspalt vorzugsweise zwischen der Leitfläche und einem quer zur Anströmrichtung und zur Rotorachse neben der Leitfläche angeordneten Strömungshindernis für die Fluidströmung, beispielsweise einer Gebäudewand, einem Gebäudedach, einem Untergrund der Strömungskraftanlage und/oder einem Gewässerbett eines Gewässers, in dem die Strömungskraftanlage angeordnet ist.
[38] Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung liegt die Eintrittsbreite vorzugsweise quer zur Anströmrichtung in einer horizontalen Ebene, und die linke Leitfläche und/oder rechte Leitfläche ist vorzugsweise quer zur Anströmrichtung horizontal gegenüber den Rotoren verschieblich gelagert.
[39] Durch den Eintrittsspalt mit einstellbarer Breite kann ein variabler Anteil der Fluidströmung an die Innenseite der Rotoren gelangen, beispielsweise um deren Rotationsfrequenz optimal einzustellen.
[40] Der Eintrittsspalt ist vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von einem Vorflügel überdeckt, wobei der Vorflügel entgegen der Anströmrichtung mit einem Vorflügelabstand von den Leitflächen beabstandet ist. [41] Zwischen einem derart angeordneten Vorflügel und den Leitflächen kann Fluid, das von den Rotoren an deren Innenseite in Anströmrichtung hinter die Leitflächen transportiert wurde, austreten. Dadurch wird wie durch die Öffnungen zwischen den Leitelementen verhindert, dass hinter den Leitflächen ein die Rotoren bremsender Überdruck entsteht. Idealerweise wird hinter den Leitflächen ein Unterdrück erzeugt, der die Rotoren zusätzlich antreibt.
[42] Der Vorflügel ist vorzugsweise durch eine Einstellvorrichtung zur Einstellung des Vorflügelabstands entlang der Anströmrichtung gegenüber den Leitflächen verschieblich, sodass vorteilhafterweise hinter den Leitflächen für einen effizienten Antrieb der Rotoren optimale Druck- und Strömungsverhältnisse eingestellt werden können.
[43] Der Vorflügel hat bevorzugt in einer quer zu den Rotorachsen ausgerichteten Schnittebene ein um eine entlang der Rotorachsen ausgerichtete Achse gebogenes Profil, das insbesondere wie bei einem Vorflügel einer Tragfläche eines Flugzeugs ausgestaltet sein kann. Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung ist die Schnittebene vorzugsweise horizontal ausgerichtet und das Profil vorzugsweise um eine vertikale Achse gebogen.
[44] Durch einen gebogenen Vorflügel kann die Strömung besonders effizient, insbesondere ohne Turbulenzen, abgelenkt werden.
[45] Das Strömungsleitsystem umfasst vorzugsweise zumindest eine motorisierte Antriebsvorrichtung, bevorzugt mit einer Überlastsicherung, zur Einstellung und bevorzugt zur Arretierung des zumindest einen Anstellwinkels der Leitelemente, des zumindest einen Leitelementabstands der Leitelemente, des Leitflächenabstands zumindest einer Leitfläche von dem zugehörigen Rotor, des Öffnungswinkels der Leitflächen, der Eintrittsbreite des Eintrittsspalts zwischen den Leitflächen und/oder des Vorflügelabstands des Vorflügels von den Leitflächen.
[46] Mit Hilfe der motorisierten Antriebsvorrichtung, die beispielsweise zumindest einen Elektromotor umfassen kann, können die genannten Größen auf einfache Weise, insbesondere automatisiert, eingestellt werden.
[47] Die Antriebsvorrichtung erlaubt vorzugsweise eine passive Arretierung ohne Energieaufnahme, beispielsweise durch eine mechanische Sperre und/oder ein Sperrgetriebe. Dadurch wird der Energieverbrauch der Antriebsvorrichtung minimiert.
[48] Die Überlastsicherung, die beispielsweise eine Rutschkupplung und/oder eine Sperrkörperkupplung umfassen kann, verhindert vorteilhafterweise eine Beschädigung des Strömungsleitsystems, beispielsweise durch eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung.
[49] Das Strömungsleitsystem umfasst vorzugsweise zumindest ein Sensorsystem zur Vermessung der Fluidströmung und zumindest eine kommunikativ mit dem Sensorsystem und der zumindest einen Antriebsvorrichtung verbundene Steuervorrichtung zur automatischen Auswertung von Messdaten des Sensorsystems und zur automatischen Steuerung der zumindest einen Antriebsvorrichtung abhängig von den Messdaten.
[50] Das Sensorsystem umfasst vorzugsweise zumindest einen Sensor zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder Strömungsrichtung der Fluidströmung. Die Steuervorrichtung umfasst vorzugsweise ein Computergerät, dass beispielsweise lokal in dem Strömungsleitsystem und/oder entfernt davon angeordnet sein kann.
Das Computergerät kann beispielsweise ein in dem Strömungsleitsystem eingebettetes Computersystem (Embedded PC) und/oder einen Netzwerkserver umfassen.
[51] Mit Hilfe des Sensorsystems und der Steuervorrichtung kann das Strömungsleitsystem automatisch an die Fluidströmung angepasst werden, um auch bei wechselnden Strömungsverhältnissen jederzeit einen effizienten Antrieb der Rotoren sicherzustellen.
[52] Das Strömungsleitsystem umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von entlang der Rotorachsen, insbesondere vertikal, übereinander angeordneten Leitflächen, wobei die Öffnungswinkel zwischen quer zur Anströmrichtung nebeneinander angeordneten Leitflächen, die Eintrittsbreiten des Eintrittsspalts zwischen quer zur Anströmrichtung nebeneinander angeordneten Leitflächen und/oder die Vorflügelabstände des Vorflügels von quer zur Anströmrichtung nebeneinander angeordneten Leitflächen für die übereinander angeordneten Leitflächen bevorzugt voneinander unabhängig einstellbar sind.
[53] Wenn eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Leitflächen vorgesehen ist, können die einzelnen Leitflächen kleiner und leichter ausgeführt und somit einfacher zu produzieren, montieren und haltern sein.
[54] Häufig ist eine Strömungsgeschwindigkeit einer Fluidströmung entlang der Rotorachsen nicht homogen, sondern hängt beispielsweise von einer vertikalen Höhe über einem Boden ab. Durch eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Leitflächen können auch bei einer nicht homogenen Strömungsgeschwindigkeit überall ideale Druck- und Strömungsverhältnisse für einen effizienten Antrieb der Rotoren eingestellt werden.
[55] Das Strömungsleitsystem umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von entlang der Rotorachsen, insbesondere vertikal, übereinander angeordneten Leitelementen, wobei die Anstellwinkel und/oder die Leitelementabstände der übereinander angeordneten Leitelemente bevorzugt voneinander unabhängig einstellbar sind.
[56] Aus der Mehrzahl von übereinander angeordneten Leitelementen ergeben sich die gleichen Vorteile wie aus der Mehrzahl von übereinander angeordneten Leitflächen.
[57] Die Leitelemente haben in einer quer zu den Rotorachsen ausgerichteten Schnittebene ein Tragflächenprofil mit einer der Fluidströmung entgegen ausgerichteten Profilnase, wobei eine Profiloberseite des Tragflächenprofils der entlang der Anströmrichtung anströmenden Fluidströmung abgewandt ist. Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung ist die Schnittebene vorzugsweise horizontal ausgerichtet.
[58] Durch zumindest ein erfindungsgemäß ausgerichtetes Tragflächenprofil wird die Fluidströmung besonders effizient, insbesondere ohne Turbulenzen, abgelenkt, verdichtet und verstärkt, und das an den Leitelementen vorbeiströmende Fluid kann in Anströmrichtung hinter den Leitflächen an den Innenseiten der Rotoren einen Unterdrück erzeugen, der die Rotoren, insbesondere durch die Erzeugung von Strömungswirbeln um die Rotorachsen, vorzugsweise innerhalb der Rotoren, zusätzlich antreibt. Besonders vorteilhaft können bei zwei zueinander gegenläufigen Rotoren zwei zueinander gegenläufige Strömungswirbel entstehen, die sich gegenseitig verstärken können.
[59] Die Erfindung betrifft eine Strömungskraftanlage zur Energiegewinnung aus einer entlang einer Anströmrichtung anströmenden Fluidströmung mit zumindest einem linken Rotor mit einer quer zur Anströmrichtung ausgerichteten linken Rotorachse und vorzugsweise zumindest einem quer zur Anströmrichtung und zur linken Rotorachse neben dem linken Rotor angeordneten rechten Rotor mit einer entlang der linken Rotorachse ausgerichteten rechten Rotorachse. Die Strömungskraftanlage kann insbesondere eines oder mehrere der Merkmale der in DE 102014 007206 A1 beschriebenen Windkraftanlage aufweisen.
[60] Die Strömungskraftanlage umfasst ein erfindungsgemäßes Strömungsleitsystem zur Ablenkung eines auf die Innenseite(n) des Rotors oder der Rotoren gerichteten Anteils der Fluidströmung auf die Außenseite(n) des Rotors oder der Rotoren, wobei die zumindest eine linke Leitfläche des Strömungsleitsystems zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des linken Rotors angeordnet ist, und vorzugsweise die zumindest eine rechte Leitfläche des Strömungsleitsystems zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des rechten Rotors angeordnet ist.
[61] Durch die Ausstattung der Strömungskraftanlage mit dem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem ergeben sich die zum erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem beschriebenen Ausgestaltungsmöglichkeiten und Vorteile.
[62] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung anströmenden Fluidströmung mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem auf eine Strömungskraftanlage mit zumindest einem linken Rotor mit einer quer zur Anströmrichtung ausgerichteten linken Rotorachse und vorzugsweise zumindest einem quer zur Anströmrichtung und zur linken Rotorachse neben dem linken Rotor angeordneten rechten Rotor mit einer entlang der linken Rotorachse ausgerichteten rechten Rotorachse. Die Strömungskraftanlage kann insbesondere eines oder mehrere der Merkmale der in DE 102014007206 A1 beschriebenen Windkraftanlage aufweisen.
[63] Das Strömungsleitsystem wird erfindungsgemäß zur Ablenkung eines auf die Innenseite(n) des Rotors oder der Rotoren gerichteten Anteils der Fluidströmung auf die Außenseite(n) des Rotors oder der Rotoren verwendet, wobei die zumindest eine linke Leitfläche des Strömungsleitsystems zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des linken Rotors verwendet wird, und wobei vorzugsweise die zumindest eine rechte Leitfläche des Strömungsleitsystems zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des rechten Rotors verwendet wird.
[64] Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Strömungsleitsystems ergeben sich die zum erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem beschriebenen Ausgestaltungsmöglichkeiten und Vorteile.
[65] Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise ein Einstellen einer Rotationsfrequenz des Rotors oder der Rotoren mit dem Strömungsleitsystem, insbesondere durch ein Einstellen des zumindest einen Anstellwinkels der Leitelemente, des zumindest einen Leitelementabstands der Leitelemente, des Leitflächenabstands zumindest einer Leitfläche von dem zugehörigen Rotor, des Öffnungswinkels der Leitflächen, der Eintrittsbreite des Eintrittsspalts zwischen den Leitflächen und/oder des Vorflügelabstands des Vorflügels von den Leitflächen. Dadurch kann die Rotationsfrequenz weitgehend unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung auf einen zur effizienten Stromerzeugung optimalen Wert eingestellt werden.
[66] Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise ein Verdichten und/oder Verstärken der Fluidströmung durch das Strömungsleitsystem an der Außenseite des Rotors oder den Außenseiten der Rotoren.
[67] Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise ein Erzeugen eines Unterdrucks zwischen der zumindest einen Leitfläche und dem Rotor oder den Rotoren durch das Strömungsleitsystem.
[68] Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise ein Generieren zumindest eines den Rotor oder die Rotoren antreibenden Strömungswirbels durch das Strömungsleitsystem.
[69] Durch die vorgenannten Ausgestaltungen wird, wie im Detail schon zum erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem beschrieben, eine besonders effiziente Nutzung der Energie der Fluidströmung zum Antrieb des Rotors oder der Rotoren bewirkt.
Weitere Vorteile der Erfindung
[70] Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein steuerbares Strömungsleitsystem zur Effizienzsteigerung von Energieanlagen mit vertikaler Rotorachse (Wind- oder Wasserkraftanlagen). Insbesondere aber Energieanlagen mit zwei zueinander gegenläufigen, vertikalachsigen Rotoren, wie sie auch aus der Druckschrift DE 10 2014007206 A1 bekannt sind.
[71] Das Strömungsleitsystem besteht in einer Ausgestaltung im Wesentlichen aus mehreren nebeneinander und übereinander angeordneten, steuerbaren, aerodynamisch geformten Leitelementen (oder Profilen) innerhalb eines Leitelementrahmens (oder Rahmengestells), welches ebenfalls steuerbar ist. Die Winkelstellung der einzelnen Profile und des Rahmengestells ist dabei von den individuellen Strömungsverhältnissen (insbesondere von der Strömungsgeschwindigkeit) vor Ort abhängig.
[72] Ein Ziel ist es, die Effizienz und Wettbewerbsfähigkeit von Energieanlagen mit vertikaler Rotorachse gegenüber marktüblichen Anlagen zu erhöhen.
[73] Erreicht wird dies insbesondere, indem die Anteile der Strömung, die normalerweise entgegen der Laufrichtung auf den Rotor oder die Rotoren treffen und dessen Effizienz schmälern würden, stattdessen auf die mit der Strömung laufende Seite des Rotors oder der Rotoren abgelenkt werden.
[74] Vorzugsweise wird die Strömung nicht nur auf die mit der Strömung laufende Seite des Rotors oder der Rotoren optimal abgelenkt, sondern auch nach Bedarf verdichtet und verstärkt, was ebenfalls zu einer Effizienzsteigerung führt.
[75] Des Weiteren können durch von dem Strömungsleitsystem erzeugte Druckunterschiede und durch die Bewegung des Rotors oder der Rotoren die aus der Strömungslehre bekannten Strömungswirbel um die Rotorachse(n) erzeugt werden. Die kinetische Energie dieser Strömungswirbel kann dann zusätzlich genutzt werden und den Rotor oder die Rotoren weiter antreiben, was noch einmal zu einer Steigerung der Effizienz führt.
[76] Mit Hilfe des Strömungsleitsystems kann eine Drehzahl des Rotors oder der Rotoren weitgehend unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der auf das Strömungsleitsystem treffenden Fluidströmung auf einen für eine effiziente Stromerzeugung optimalen Wert eingestellt werden.
[77] Insbesondere können die Leitelemente bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung in eine Durchlass-Konfiguration gedreht werden, in der die Fluidströmung die Leitflächen mit geringem Strömungswiderstand passieren kann, so dass das Strömungsleitsystem, insbesondere ein das Strömungsleitsystem tragender Mast, nicht durch eine zu hohe darauf einwirkende Windlast beschädigt wird. Bei geeigneter aerodynamischer Ausgestaltung der Leitelemente können die Leitelemente sogar einen der Windlast entgegenwirkenden Auftrieb erzeugen. Durch die drehbaren Leitelemente ist also ein besonders sicherer Betrieb des Strömungsleitsystems und einer damit ausgestatteten Strömungskraftanlage möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[78] Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung und anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft erfindungsgemäße Gegenstände dargestellt sind. Merkmale, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Merkmale nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
[79] Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem. [80] Figur 2 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage aus Figur 1 mit einer die Strömungskraftanlage antreibenden Fluidströmung.
[81] Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem mit einem Vorflügel.
[82] Figur 4 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage aus Figur 1 in einer Durchfluss-Konfiguration.
[83] Figur 5 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage aus Figur 1 in einer Brems-Konfiguration.
[84] Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage mit nur einem Rotor und mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem.
[85] Figur 7 zeigt eine perspektivische, schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem mit mehreren übereinander angeordneten Leitflächen.
Fig.1
[86] Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage 200 mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem 100.
[87] Die Strömungskraftanlage 200 ist zur Energiegewinnung aus einer entlang einer, beispielsweise horizontalen, Anströmrichtung A anströmenden Fluidströmung, insbesondere Wind, ausgelegt und umfasst einen linken Rotor 210 mit einer quer zur Anströmrichtung A, insbesondere vertikal, ausgerichteten linken Rotorachse 211 und einem quer zur Anströmrichtung A und zur linken Rotorachse 211 neben dem linken Rotor 210 angeordneten rechten Rotor 220 mit einer entlang der linken Rotorachse 211 ausgerichteten rechten Rotorachse 221.
[88] Das Strömungsleitsystem 100 und die Rotoren 210, 220 können an einem Zentralträger 230 um den Zentralträger 230 drehbar gelagert sein, um die Strömungskraftanlage 200 zur Anströmrichtung A ausrichten zu können. Eine solche drehbare Lagerung ist beispielsweise in der Druckschrift DE 102014007206 A1 detailliert beschrieben.
[89] Das Strömungsleitsystem 100 ist zur Ablenkung eines auf die aufeinander zugewandten Innenseiten 201 der Rotoren 210, 220 gerichteten zentralen Anteils der Fluidströmung auf die voneinander abgewandten Außenseiten 202 der Rotoren 210, 220 ausgelegt.
[90] Das Strömungsleitsystem 100 umfasst eine linke Leitfläche 110 zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite 202 des linken Rotors 210 und eine quer zur Anströmrichtung A und den Rotorachsen 211, 212, insbesondere horizontal, neben der linken Leitfläche 110 angeordnete rechte Leitfläche 120 zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite 202 des rechten Rotors 220.
[91] Das Strömungsleitsystem 100 umfasst eine Mehrzahl von Leitelementen 140, die als jeweils eine der Leitflächen 110, 120 Zusammenwirken, und jeweils einen die Leitelemente 140 tragenden Leitelementrahmen 130, der beispielsweise ein im Wesentlichen rechteckiges Rahmengestell umfassen kann. Das Strömungsleitsystem 100 umfasst beispielsweise zwei Leitelementrahmen 130, die jeweils eine Mehrzahl von, beispielsweise drei, Leitelementen 140 tragen, wobei die Leitelemente 140 jeweils eines Leitelementrahmens 130 als linke Leitfläche 110 und als rechte Leitfläche 120 Zusammenwirken.
[92] Die Leitflächen 110, 120 sind beispielsweise jeweils mit einem Leitelementabstand d, der für beide Leitflächen 110, 120 identisch oder voneinander verschieden sein kann, von dem zugehörigen Rotor 210, 220 beabstandet.
[93] Zumindest ein Leitelement 140 zumindest einer Leitfläche 110, 120, insbesondere jedes Leitelement 140, kann in einer quer zu den Rotorachsen 211, 221 ausgerichteten, insbesondere horizontalen, Schnittebene ein Tragflächenprofil mit einer der Fluidströmung entgegen ausgerichteten Profilnase 142 aufweisen, wobei eine Profiloberseite 143 des Tragflächenprofils vorzugsweise der entlang der Anströmrichtung A anströmenden Fluidströmung abgewandt ist.
[94] Die Leitelemente 140 sind jeweils zur Einstellung eines Anstellwinkels a der Leitelemente 140 gegenüber der Anströmrichtung A um eine entlang der Rotorachsen 211, 221 ausgerichtete, insbesondere vertikale, Elementdrehachse drehbar mit dem Leitelementrahmen 130 verbundenen.
[95] In Figur 1 ist der Übersichtlichkeit halber nur der Anstellwinkel a eines Leitelements 140 gezeigt. Erfindungsgemäß können die übrigen Leitelemente 140 mit dem gleichen Anstellwinkel a oder mit voneinander verschiedenen Anstellwinkeln a ausrichtbar sein. Die Leitelemente 140 können beispielsweise mit einem in Strömungsrichtung zunehmenden Anstellwinkel a ausgerichtet sein. [96] Die Elementdrehachsen 141 der Leitelemente 140 sind entlang der Leitfläche 110 120 quer zu den Rotorachsen 211, 221, insbesondere horizontal, mit einem Leitelementabstand a voneinander beabstandet. In Figur 1 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Leitelementabstand a gezeigt. Erfindungsgemäß können die Abstände der Elementdrehachsen 141 der übrigen Leitelemente 140 identisch zu dem gezeigten Leitelementabstand a oder davon verschieden sein.
[97] Die linke Leitfläche 110 und die rechte Leitfläche 120 schließen in einer quer zu den Rotorachsen 211, 221 ausgerichteten, insbesondere horizontalen, Ebene einen Öffnungswinkel ß ein, der bevorzugt variabel, beispielsweise von 45° bis 135°, einstellbar, ist.
[98] Der eine Leitelementrahmen 130 der linken Leitfläche 110 und/oder der rechten Leitfläche 120 ist vorzugsweise zur Einstellung des Öffnungswinkels ß an einer Lagervorrichtung (nicht dargestellt) um eine entlang der Rotorachsen 211, 221, insbesondere vertikal, ausgerichtete Drehachse gegenüber den Rotoren 210, 220 drehbar gelagert.
[99] Zwischen der linken Leitfläche 110 und der rechten Leitfläche 120 kann ein Eintrittsspalt 116 für die Fluidströmung mit einer quer zur Anströmrichtung A und zu den Rotorachsen 211, 221, beispielsweise horizontal, ausgerichteten Eintrittsbreite angeordnet sein.
Fig.2
[100] Figur 2 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage 200 aus Figur 1.
[101] Zur Verdeutlichung der Funktion des Strömungsleitsystems 100 sind in Figur 2 zusätzlich die Fluidströmung und eine davon angetriebene Rotation der Rotoren 210, 220 durch Pfeile skizziert. Damit Figur 2 nicht zu unübersichtlich wird, wurden gegenüber Figur 1 einige Bezugszeichen weggelassen.
[102] Ein zentraler, auf die aufeinander zugewandten Innenseiten 201 der Rotoren 210, 220 gerichteter Teil der Fluidströmung wird von den Leitflächen 110, 120 auf die voneinander abgewandten Außenseiten 202 der Rotoren 210, 220 gelenkt und verdichtet.
[103] Die auf die Außenseiten 202 der Rotoren 210, 220 treffende, verdichtete Fluidströmung treibt die Rotoren 210, 220 zu einer zueinander gegenläufigen Rotation um die jeweiligen Rotorachse 211, 221 an. [104] Die an den der Anströmrichtung A entgegengewandten Seiten der Leitelemente 140 vorbeiströmende Fluidströmung saugt durch die Öffnungen zwischen den Leitelementen 140, insbesondere unterstützt durch ein Tragflächenprofil der Leitelemente 140, Fluid aus dem Zwischenraum 240 zwischen den Leitflächen 110, 120 und den Rotoren 210, 220 heraus.
[105] Der dadurch in dem Zwischenraum 240 entstehende Unterdrück sorgt dafür, dass weiteres Fluid von den Innenseiten 201 der Rotoren 210, 220 in den Zwischenraum 240 nachströmt und dabei die Rotoren 210, 220 zusätzlich antreibt. Dabei können insbesondere zueinander gegenläufige Strömungswirbel um die Rotorachsen 211,
221 entstehen, die zusätzliche Bewegungsenergie an die Rotoren 210, 220 übertragen können.
Fig.3
[106] Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage 200 mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem 100.
[107] Das in Figur 3 gezeigte Strömungsleitsystem 100 unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten Strömungsleitsystem 100 darin, dass der Eintrittsspalt 116 zwischen der linken Leitfläche 110 und der rechten Leitfläche 120 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von einem Vorflügel 117 überdeckt ist, wobei der Vorflügel 117 entgegen der Anströmrichtung A mit einem Vorflügelabstand von den Leitflächen 110, 120 beabstandet ist, sodass zwischen dem Vorflügel 117 und den Leitflächen 110, 120 Fluid aus dem Zwischenraum 240 zwischen Leitflächen 110,
120 und Rotoren 210, 220 austreten kann.
[108] Der Vorflügel 117 hat bevorzugt in einer quer zu den Rotorachsen 211, 221 ausgerichteten, insbesondere horizontalen, Schnittebene ein um eine entlang der Rotorachsen 211, 221 ausgerichtete, insbesondere vertikale, Achse gebogenes Profil, insbesondere ein aus dem Tragflächenbau bekanntes Vorflügelprofil.
Fig.4
[109] Figur 4 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage 200 aus Figur 1 in einer Durchfluss-Konfiguration des Strömungsleitsystems 100, wobei wie in Figur 2 die Fluidströmung und die Rotation der Rotoren 210, 220 durch Pfeile skizziert sind.
[110] Im Unterschied zu Figur 2 haben die Leitelemente 140 in Figur 4 einen geringeren Anstellwinkel a zu der Anströmrichtung A der Fluidströmung. Dadurch kann ein Teil der Fluidströmung zwischen den Leitelementen 140 hindurch und durch den Zwischenraum 240 zwischen Leitflächen 110, 120 und Rotoren 210, 220 direkt an die Innenseiten 201 der Rotoren 210, 220 gelangen, wodurch die Rotoren 210, 220 weniger stark angetrieben werden als in der in Figur 2 gezeigten Stellung der Leitelemente 140.
[111] Ein weniger starker Antrieb der Rotoren 210, 220 kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn eine Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung so hoch ist, dass die in Figur 2 gezeigte Stellung der Leitelemente 140 zu einer ineffizienten Energiegewinnung, einer Beschädigung der Rotoren 210, 220 oder einer Überlastung eines durch die Rotoren angetriebenen Generators führen könnte.
Fig.5
[112] Figur 5 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage 200 aus Figur 1 in einer Brems-Konfiguration des Strömungsleitsystems 100, wobei wie in Figur 2 die Fluidströmung und die Rotation der Rotoren 210, 220 durch Pfeile skizziert sind.
[113] Im Verhältnis zu Figur 4 haben die Leitelemente 140 in Figur 5 einen noch geringeren, insbesondere negativen, Anstellwinkel a zu der Anströmrichtung A der Fluidströmung. Dadurch wird ein größerer Teil der Fluidströmung zwischen den Leitelementen 140 hindurch und durch den Zwischenraum 240 zwischen Leitflächen 110, 120 und Rotoren 210, 220 direkt an die Innenseiten 201 der Rotoren 210, 220 gelenkt, wodurch die Rotoren 210, 220, insbesondere bis zum Stillstand, abgebremst werden können.
[114] Ein solches Abbremsen der Rotoren 210, 220 kann beispielsweise zum Schutz der Rotoren 210, 220 vor Beschädigung durch eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung und/oder für Wartungsarbeiten vorteilhaft sein.
Fig.6
[115] Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage 200 mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem 100 zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung A anströmenden Fluidströmung auf die Strömungskraftanlage 200.
[116] Die Strömungskraftanlage umfasst einen linken Rotor 210 mit einer quer zur Anströmrichtung A ausgerichteten linken Rotorachse 211, aber im Gegensatz zur in Figur 1 gezeigten Strömungskraftanlage 200 keinen rechten Rotor. [117] Das Strömungsleitsystem 100 ist zur Ablenkung eines auf eine gegen die Anströmrichtung A laufende Innenseite 201 des linken Rotors 210 gerichteten Anteils der Fluidströmung auf eine mit der Anströmrichtung laufende Außenseite 202 des linken Rotors 210 ausgelegt.
[118] Das Strömungsleitsystem 100 umfasst eine linke Leitfläche 110 zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite 202 des linken Rotors 210.
[119] Anstelle einer rechten Leitfläche und einem rechten Rotor ist quer zur Anströmrichtung A und zur linken Rotorachse 211 neben der linken Leitfläche 110 und dem linken Rotor 210, insbesondere horizontal daneben, beispielsweise ein Strömungshindernis 250, insbesondere eine Gebäudewand, angeordnet.
[120] Zwischen der linken Leitfläche 110 und dem Strömungshindernis 250 kann ein Eintrittsspalt 116 für die Fluidströmung mit einer quer zur Anströmrichtung A und zu der linken Rotorachse 211, beispielsweise horizontal, ausgerichteten Eintrittsbreite angeordnet sein.
[121] Die linke Leitfläche 110 kann im Wesentlichen genau so aufgebaut sein, wie die linke Leitfläche 110 des Strömungsleitsystems 100 aus Figur 1, wobei der Leitelementrahmen 130 beispielsweise um eine zu der linken Rotorachse 211 im Wesentlichen parallelen, insbesondere vertikale, Achse konvex auf die Anströmrichtung A zu gewölbt sein kann.
[122] Zur Verdeutlichung der Funktion des Strömungsleitsystems 100 sind in Figur 6 wie in Figur 2 zusätzlich die Fluidströmung und eine davon angetriebene Rotation des linken Rotors durch Pfeile skizziert.
[123] Ein auf die gegen die Anströmrichtung A laufende Innenseite 201 des linken Rotors
210 gerichteter Teil der Fluidströmung wird von der linken Leitfläche 110 auf die mit der Anströmrichtung A laufende Außenseite 202 des linken Rotors 210 gelenkt und verdichtet.
[124] Die auf die Außenseite 202 des linken Rotors 210 treffende, verdichtete Fluidströmung treibt den linken Rotor 210 zu einer Rotation um die linke Rotorachse
211 an.
[125] Die an den der Anströmrichtung A entgegengewandten Seiten der Leitelemente 140 vorbeiströmende Fluidströmung saugt durch die Öffnungen zwischen den Leitelementen 140, insbesondere unterstützt durch ein Tragflächenprofil der Leitelemente 140, Fluid aus dem Zwischenraum 240 zwischen der linken Leitfläche 110, dem linken Rotor 210 und dem Strömungshindernis 250 heraus.
[126] Der dadurch in dem Zwischenraum 240 entstehende Unterdrück sorgt dafür, dass weiteres Fluid von der Innenseite 201 des linken Rotors 210 in den Zwischenraum 240 nachströmt und dabei den linken Rotor 210 zusätzlich antreibt. Dabei kann insbesondere ein Strömungswirbel um die linke Rotorachse 211 entstehen, der zusätzliche Bewegungsenergie an den Rotor 210 übertragen kann.
Fig.7
[127] Figur 7 zeigt eine perspektivische, schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage 200 mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem 100. Die Strömungskraftanlage 200 und das Strömungsleitsystem 100 können im Wesentlichen so aufgebaut sein, wie in Figur 1 dargestellt.
[128] Die Strömungskraftanlage 200 kann jeweils eine Mehrzahl von, beispielsweise zwei, entlang der Rotorachsen 221, 222 übereinander angeordneten linken Rotoren 210 und rechten Rotoren 220 umfassen.
[129] Entsprechend kann das Strömungsleitsystem 100 eine Mehrzahl von, beispielsweise zwei, entlang der Rotorachsen 221, 222 übereinander angeordneten linken Leitflächen 110 und rechten Leitflächen 120 umfassen.
[130] Vorzugsweise sind die Öffnungswinkel zwischen quer zur Anströmrichtung nebeneinander angeordneten Leitflächen 110, 120 und/oder die Anstellwinkel der übereinander angeordneten Leitelemente 140 für die übereinander angeordneten Leitflächen 110, 120 voneinander unabhängig einstellbar. Dadurch kann das Strömungsleitsystem 100 vorteilhafterweis auf entlang der Rotorachse 221, 222 variable Strömungsverhältnisse eingestellt werden. Beispielsweise kann die Fluidströmung an einer weiter von einem Untergrund der Strömungskraftanlage 200 entfernten Bereich der Strömungskraftanlage 200 stärker sein als in der Nähe des Untergrunds.
Liste der Bezugszeichen
100 Strömungsleitsystem 202 Außenseite
110 linke Leitfläche 210 linker Rotor
116 Eintrittsspalt 211 linke Rotorachse Vorflügel 220 rechter Rotor rechte Leitfläche 221 rechte Rotorachse Leitelementrahmen 230 Zentralträger Leitelement 240 Zwischenraum Elementdrehachse 250 Strömungshindernis Profilnase a Anstellwinkel Profiloberseite ß Öffnungswinkel Strömungskraftanlage a Leitelementabstand Innenseite A Anströmrichtung d Leitflächenabstand

Claims

Ansprüche
[Anspruch 1] Strömungsleitsystem (100) zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung (A) anströmenden Fluidströmung auf eine Strömungskraftanlage (200) mit zumindest einem linken Rotor (210) mit einer quer zur Anströmrichtung (A) ausgerichteten linken Rotorachse (211), a. wobei das Strömungsleitsystem (100) zur Ablenkung eines auf eine gegen die Anströmrichtung (A) laufende Innenseite (201) des linken Rotors (210) gerichteten Anteils der Fluidströmung auf eine mit der Anströmrichtung laufende Außenseite (202) des linken Rotors (210) ausgelegt ist, b. wobei das Strömungsleitsystem (100) zumindest eine linke Leitfläche (110) zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite (202) des linken Rotors (210) umfasst, gekennzeichnet durch c. eine Mehrzahl von Leitelementen (140), die als die zumindest eine linke Leitfläche (110) Zusammenwirken, i. wobei die Leitelemente (140) in einer quer zu den Rotorachsen (211, 221) ausgerichteten Schnittebene ein Tragflächenprofil mit einer der Fluidströmung entgegen ausgerichteten Profilnase (142) aufweisen, ii. wobei eine Profiloberseite (143) des Tragflächenprofils der entlang der Anströmrichtung (A) anströmenden Fluidströmung abgewandt ist, und d. zumindest einen die Leitelemente (140) tragenden Leitelementrahmen (130), i. wobei die Leitelemente (140) jeweils zur Einstellung zumindest eines Anstellwinkels (a) der Leitelemente (140) gegenüber der Anströmrichtung (A) um eine entlang der linken Rotorachse (211) ausgerichtete Elementdrehachse (141) drehbar mit dem Leitelementrahmen (130) verbundenen sind, und ii. die Elementdrehachsen (141) der Leitelemente (140) entlang der linken Leitfläche (110) quer zu der linken Rotorachse (211) mit zumindest einem Leitelementabstand (a) voneinander beabstandet sind, iii. sodass Öffnungen zwischen den einzelnen Leitelementen (140) vorgesehen sind, durch die Fluid, das von dem linken Rotor (210) an dessen Innenseite (201) in Anströmrichtung (A) hinter die linke Leitfläche (110) transportiert wurde, austreten kann.
[Anspruch 2] Strömungsleitsystem (100) zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung (A) anströmenden Fluidströmung auf eine Strömungskraftanlage (200) mit zumindest einem linken Rotor (210) mit einer quer zur Anströmrichtung (A) ausgerichteten linken Rotorachse (211) und zumindest einem quer zur Anströmrichtung (A) und zur linken Rotorachse (211) neben dem linken Rotor (210) angeordneten rechten Rotor (220) mit einer entlang der linken Rotorachse (211) ausgerichteten rechten Rotorachse (221), a. wobei das Strömungsleitsystem (100) zur Ablenkung eines auf die aufeinander zugewandten Innenseiten (201) der Rotoren (210, 220) gerichteten zentralen Anteils der Fluidströmung auf die voneinander abgewandten Außenseiten (202) der Rotoren (210, 220) ausgelegt ist, b. wobei das Strömungsleitsystem (100) zumindest eine linke Leitfläche (110) zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite (202) des linken Rotors (210) und c. zumindest eine quer zur Anströmrichtung (A) und den Rotorachsen (211, 212) neben der linken Leitfläche (110) angeordnete rechte Leitfläche (120) zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite (202) des rechten Rotors (220) umfasst, gekennzeichnet durch d. zwei Leitelementrahmen (130), die jeweils eine Mehrzahl von Leitelementen (140) tragen, wobei die Leitelemente (140) jeweils eines Leitelementrahmens (130) als die linke Leitfläche (110) und als die rechte Leitfläche (120) Zusammenwirken, i. wobei die Leitelemente (140) in einer quer zu den Rotorachsen (211, 221) ausgerichteten Schnittebene ein Tragflächenprofil mit einer der Fluidströmung entgegen ausgerichteten Profilnase (142) aufweisen, ii. wobei eine Profiloberseite (143) des Tragflächenprofils der entlang der Anströmrichtung (A) anströmenden Fluidströmung abgewandt ist, und iii. wobei die Leitelemente (140) jeweils zur Einstellung zumindest eines Anstellwinkels (a) der Leitelemente (140) gegenüber der Anströmrichtung (A) um eine entlang der Rotorachsen (211, 221) ausgerichtete Elementdrehachse (141) drehbar mit dem zugehörigen Leitelementrahmen (130) verbunden sind, und iv. wobei die Elementdrehachsen (141) der Leitelemente (140) entlang der Leitfläche (110, 120) quer zu den Rotorachsen (211, 221) mit zumindest einem Leitelementabstand (a) voneinander beabstandet sind, v. sodass Öffnungen zwischen den einzelnen Leitelementen (140) vorgesehen sind, durch die Fluid, das von den Rotoren (210, 220) an deren Innenseiten (201) in Anströmrichtung (A) hinter die Leitflächen (110, 120) transportiert wurde, austreten kann.
[Anspruch 3] Strömungsleitsystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (140) zur Einstellung des zumindest einen Leitelementabstands (a) entlang der Leitfläche (110, 120) quer zu den Rotorachsen (211, 221) verschieblich mit dem zugehörigen Leitelementrahmen (130) verbunden sind, sodass eine Öffnungsfläche der Öffnungen zwischen den Leitelementen (140) unabhängig vom Anstellwinkel (a) der Leitelemente (140) gegenüber der Anströmrichtung (A) einstellbar ist.
[Anspruch 4] Strömungsleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass a. die linke Leitfläche (110) und die rechte Leitfläche (120) in einer quer zu den Rotorachsen (211, 221) ausgerichteten Ebene einen Öffnungswinkel (ß) einschließen, b. wobei der Leitelementrahmen (130) der linken Leitfläche (110) und/oder der rechten Leitfläche (120) zur Einstellung des Öffnungswinkels (ß) an einer Lagervorrichtung um eine entlang der Rotorachsen (211, 221) ausgerichtete Drehachse gegenüber den Rotoren (210, 220) drehbar gelagert ist.
[Anspruch 5] Strömungsleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitelementrahmen (130) der linken Leitfläche (110) und/oder der rechten Leitfläche (120) zur Einstellung eines Leitflächenabstands (d) der jeweiligen Leitfläche (110, 120) von dem zugehörigen Rotor (210, 220) an einer Lagervorrichtung entlang der Anströmrichtung (A) gegenüber dem zugehörigen Rotor (210, 220) verschieblich gelagert ist.
[Anspruch 6] Strömungsleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der linken Leitfläche (110) und der rechten Leitfläche (120) ein Eintrittsspalt (116) für die Fluidströmung mit einer quer zur Anströmrichtung (A) und zu den Rotorachsen (211, 221) ausgerichteten Eintrittsbreite angeordnet ist.
[Anspruch 7] Strömungsleitsystem (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitelementrahmen (130) der linken Leitfläche (110) und/oder der rechten Leitfläche (120) zur Einstellung der Eintrittsbreite an einer Lagervorrichtung quer zur Anströmrichtung (A) und zu den Rotorachsen (211, 221) gegenüber den Rotoren (210, 220) verschieblich gelagert ist.
[Anspruch 8] Strömungsleitsystem (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Eintrittsspalt (116) zumindest teilweise von einem Vorflügel (117) überdeckt ist, wobei der Vorflügel (117) entgegen der Anströmrichtung (A) mit einem Vorflügelabstand von den Leitflächen (110, 120) beabstandet ist, b. wobei der Vorflügel (117) bevorzugt durch eine Einstellvorrichtung (118) zur Einstellung des Vorflügelabstands entlang der Anströmrichtung (A) gegenüber den Leitflächen (110, 120) verschieblich ist, und/oder c. wobei der Vorflügel (117) bevorzugt in einer quer zu den Rotorachsen (211, 221) ausgerichteten Schnittebene ein um eine entlang der Rotorachsen (211, 221) ausgerichtete Achse gebogenes Profil hat.
[Anspruch 9] Strömungsleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch zumindest eine motorisierte Antriebsvorrichtung (150), bevorzugt mit einer Überlastsicherung, zur Einstellung und bevorzugt zur Arretierung a. des zumindest einen Anstellwinkels (a) der Leitelemente (140), und/oder b. des Öffnungswinkels (ß) der Leitflächen (110, 120), c. bevorzugt des zumindest einen Leitelementabstands (a) der Leitelemente (140), d. bevorzugt des Leitflächenabstands (d) zumindest einer Leitfläche (110, 120) von dem zugehörigen Rotor (210, 220), e. bevorzugt der Eintrittsbreite des Eintrittsspalts zwischen den Leitflächen (110, 120) und/oder f. bevorzugt des Vorflügelabstands des Vorflügels (117) von den Leitflächen (110, 120).
[Anspruch 10] Strömungsleitsystem (100) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch a. zumindest ein Sensorsystem (151) zur Vermessung der Fluidströmung und b. zumindest eine kommunikativ mit dem Sensorsystem (151) und der zumindest einen Antriebsvorrichtung (150) verbundene Steuervorrichtung (152) zur automatischen Auswertung von Messdaten des Sensorsystems (151) und zur automatischen Steuerung der zumindest einen Antriebsvorrichtung (150) abhängig von den Messdaten.
[Anspruch 11] Strömungsleitsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch a. eine Mehrzahl von entlang der Rotorachsen (211, 221) übereinander angeordneten Leitflächen (110, 120), b. wobei die Öffnungswinkel (ß) zwischen quer zur Anströmrichtung (A) nebeneinander angeordneten Leitflächen (110, 120), die Eintrittsbreiten des Eintrittsspalts (116) zwischen quer zur Anströmrichtung (A) nebeneinander angeordneten Leitflächen (110, 120) und/oder die Vorflügelabstände des Vorflügels (117) von quer zur Anströmrichtung (A) nebeneinander angeordneten Leitflächen (110, 120) für die übereinander angeordneten Leitflächen (110, 120) voneinander unabhängig einstellbar sind, und/oder c. eine Mehrzahl von entlang der Rotorachsen (211, 221) übereinander angeordneten Leitelementen (140), d. wobei die Anstellwinkel (a) und/oder die Leitelementabstände (a) der übereinander angeordneten Leitelemente (140) voneinander unabhängig einstellbar sind.
[Anspruch 12] Strömungskraftanlage (200) zur Energiegewinnung aus einer entlang einer Anströmrichtung (A) anströmenden Fluidströmung mit a. zumindest einem linken Rotor (210) mit einer quer zur Anströmrichtung (A) ausgerichteten linken Rotorachse (211) und b. bevorzugt zumindest einem quer zur Anströmrichtung (A) und zur linken Rotorachse (211) neben dem linken Rotor (210) angeordneten rechten Rotor (220) mit einer entlang der linken Rotorachse (211) ausgerichteten rechten Rotorachse (221), gekennzeichnet durch c. ein Strömungsleitsystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Ablenkung eines auf die Innenseite(n) (201) des Rotors (210) oder der Rotoren (210, 220) gerichteten Anteils der Fluidströmung auf die Außenseite(n) (202) des Rotors (210) oder der Rotoren (210, 220), i. wobei die zumindest eine linke Leitfläche (110) des Strömungsleitsystems (100) zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite (202) des linken Rotors (210) angeordnet ist, und ii. bevorzugt die zumindest eine rechte Leitfläche (120) des Strömungsleitsystems (100) zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite (202) des rechten Rotors (220) angeordnet ist.
[Anspruch 13] Verfahren zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung (A) anströmenden Fluidströmung mit einem Strömungsleitsystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 auf eine Strömungskraftanlage (200) mit zumindest einem linken Rotor (210) mit einer quer zur Anströmrichtung (A) ausgerichteten linken Rotorachse (211) und bevorzugt zumindest einem quer zur Anströmrichtung (A) und zur linken Rotorachse (211) neben dem linken Rotor (210) angeordneten rechten Rotor (220) mit einer entlang der linken Rotorachse (211) ausgerichteten rechten Rotorachse (221), a. wobei das Strömungsleitsystem (100) zur Ablenkung eines auf die Innenseite(n) (201) des Rotors (210) oder der Rotoren (210, 220) gerichteten Anteils der Fluidströmung auf die Außenseite(n) (202) des Rotors (210) oder der Rotoren (210, 220) verwendet wird, b. wobei die zumindest eine linke Leitfläche (110) des Strömungsleitsystems (100) zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite (202) des linken Rotors (210) verwendet wird, und c. wobei bevorzugt die zumindest eine rechte Leitfläche (120) des Strömungsleitsystems (100) zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite (202) des rechten Rotors (220) verwendet wird.
[Anspruch 14] Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch a. ein Einstellen einer Rotationsfrequenz des Rotors (210) oder der Rotoren (210, 220) mit dem Strömungsleitsystem (100); b. ein Verdichten und/oder Verstärken der Fluidströmung durch das Strömungsleitsystem (100) an der Außenseite (202) des Rotors (210) oder den Außenseiten (202) der Rotoren (210, 220), c. ein Erzeugen eines Unterdrucks zwischen der zumindest einen Leitfläche (110, 120) und dem Rotor (210) oder den Rotoren (210, 220) durch das Strömungsleitsystem (100) und/oder d. ein Generieren zumindest eines den Rotor (210) oder die Rotoren (210, 220) antreibenden Strömungswirbels durch das Strömungsleitsystem (100).
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