NL1033514C2 - Rotor in de richting, windmolen en werkwijze. - Google Patents

Description

ROTOR IN DE RICHTING, WINDMOLEN EN WERKWIJZE

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een 5 rotorinrichting voor gebruik bij het winnen van windenergie. Voorts heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een windmolen omvattende een dergelijke rotorinrichting volgens de onderhavige uitvinding voor gebruik bij het winnen van windenergie. Voorts heeft de onderhavige uit-10 vinding betrekking op een werkwijze met betrekking tot een dergelijke rotor en/of windmolen.

Het is bekend om windenergie te winnen voor het gebruik daarvan. Hiervoor worden windmolens gebruikt in vele soorten en maten. Het is bijvoorbeeld mogelijk wind-15 molens te gebruiken voor het overbrengen van windenergie in de vorm van kinetische energie. Voorts is het mogelijk om elektrische energie op te wekken onder toepassing van windenergie. Hiervoor is een veelheid aan soorten van windmolens bekend. Voorbeelden hiervan omvatten windmolens 20 met een as die is gerangschikt in de windrichting en windmolens met een as die is gerangschikt loodrecht op de windrichting. Voorbeelden van deze laatste zijn de Savoni-us rotor en de Darrieus rotor.

Een voordeel van dergelijke rotoren is dat deze 25 functioneren met elke windrichting die loodrecht is gericht op de as. Een belangrijk nadeel van windmolens met een rotor als in de lengterichting van de wind is dat deze slechts bij bepaalde windsnelheden aan de wind kunnen worden blootgesteld teneinde schade daaraan te voorkomen. De 30 windmolens met de loodrecht op de windgerichte rotoras kennen dit nadeel niet. De windmolens met de verticaal op de windgerichte rotoras hebben echter een verder nadeel, namelijk dat deze slechts een beperkt rendement kennen 1033514 2 vanwege het principe van het verschil in weerstand tussen de aangedreven rotorbladen en de retourbladen.

Teneinde dit nadeel te ondervangen of tenminste te beperken en de mogelijkheid te verschaffen voor een verbe-5 terd rendement verschaft de onderhavige uitvinding een ro-torinrichting voor gebruik bij het winnen van windenergie, omvattende: - ten minste een rotoras die tijdens gebruik in hoofdzaak dwars op de wind rangschikbaar is, 10 - ten minste twee met de rotoras gekoppelde rotor bladen die zodanig zijn gerangschikt dat tijdens gebruik ten minste een rotorblad in hoofdzaak beweegt in de richting van de wind en ten minste een rotorblad in hoofdzaak beweegt tegen de richting van de wind, en 15 - een eerste winddeflector die zodanig rangschik baar is dat deze tijdens gebruik wind die een rotorblad afremt, afbuigt van de rotorbladen.

Door de toepassing van de winddeflector wordt een belangrijke weerstand die een standaard rotorinrichting 20 met dwars op de wind rangschikbare rotoras ondervindt weggenomen of tenminste beperkt. Het beginsel van bijvoorbeeld de Savonius rotor is dat de rotorbladen roteren dankzij een verschil in weerstand tussen de bladen die met de richting van de wind mee roteren en de bladen die tegen 25 de richting van de wind roteren. De onderhavige uitvinding is gegrond op de gedachte om de weerstand van de bladen die roteren in de richting van de wind verder te verlagen ten opzichte van de weerstand van de bladen die roteren in de richting van de wind. De oplossing omvat dat de windde-30 flector de winddruk op de terugkerende (tegen de wind in draaiende) rotoren vermindert.

In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm omvat de rotorinrichting een tweede winddeflector die zodanig is 3 gerangschikt dat deze tijdens gebruik wind die een rotorblad versneld afbuigt in de richting van de rotorbladen. Hierdoor wordt de winddruk op de aandrijvende (met de wind mee bewegende) rotorbladen vergroot waardoor de efficiën-5 tie van de rotor kan worden verbeterd. De combinatie van de eerste en tweede winddeflectoren verschaft een verhoogde winddruk op het aanzichtoppervlak van de rotorbladen gezien vanaf de richting waar de wind vandaan komt.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat rota-10 tiemiddelen voor het roteerbaar onder rotatie als bevestigen van de eerste en of tweede winddeflector. Hierdoor wordt het bijvoorbeeld mogelijk de eerste en/of tweede winddeflector zodanig in de wind gericht te houden dat de wind zo optimaal mogelijk zou aandrukken tegen het aange-15 dreven deel van het rotorblad of de rotorbladen.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de rotorinrichting een deflector oriëntatie-eenheid, omvattende bij voorkeur een windvaan, voor het ten opzichte van de wind en/of de rotoras in een wenselijke oriëntatie 20 brengen en/of houden van de eerste en/of tweede windde- flector. Naast de genoemde windvaan is dit tevens mogelijk door middel van bijvoorbeeld een motoraangedreven deflec-tororiëntatie-eenheid die bijvoorbeeld windrichtinginfor-matie ontvangt van een windrichtingmeter. Voor het meten 25 van de windrichting kan eventueel informatie worden gebruikt die afkomstig is van de rotorinrichting zelf.

De eerste en/of tweede winddeflector omvat bij voorkeur een omhullingsdeel met bij voorkeur een in hoofdzaak cilindervorm. De cilindervorm sluit nauw aan bij een 30 Savonius rotor. Het is bijvoorbeeld evenzeer mogelijk een omhullingsdeel met een bolle vorm toe te passen die aansluit bij een Darrieus rotor. Vanzelfsprekend strekt de 4 genoemde cilindervorm zich slechts uit over een gedeelte van de omtrek van de rotor.

Met behulp van een inlaatgeleidingsorgaan kan in een verdere voorkeursuitvoeringsvorm de winddeflector aan 5 de in hoofdzaak tijdens gebruik naar de wind toegekeerde zijde. Het inlaatgeleidingsorgaan kan een bepaalde vorm van de voorzijde van de eerste winddeflector zijn. Het kan echter ook een additioneel orgaan zoals een windgelei-dingsvin omvatten. Een dergelijke windgeleidingsvin wordt 10 toegepast voor het op enige afstand van de rotorbladen splitsen van de wind. Hierbij zal een deel van de wind buiten de rotor om worden geleid waardoor effectief de weerstand van de terugkerende rotorbladen wordt verminderd. Anderzijds zal een deel van de windrichting de aan-15 gedreven rotorbladen worden geleid hetgeen op effectieve wijze veroorzaakt dat de druk hierop groter wordt. De exacte vorm van het inlaatgeleidingsorgaan en/of de windgeleidingsvin kan binnen het begrip van de onderhavige uitvinding door het vakman in detail worden bepaald bij 20 het ontwerpen van specifieke uitvoeringsvormen volgens de onderhavige uitvinding.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de eerste en/of tweede winddeflector in hoofdzaak aan de tijdens gebruik van de wind afgewende zijde een uitlaatgelei-25 dingsorgaan. Met behulp van een dergelijk uitlaatgelei-dingsorgaan kan de uitstromende of wegstromende luchtstroom zodanig worden geleid dat weerstandverhogende turbulenties kunnen worden voorkomen of verminderd. Voorts kan een optimale menging van de luchtstromen die om de ro-30 torinrichting stromen en de lucht die er doorheen stroomt worden gerealiseerd met behulp van het uitlaatgeleidings-orgaan.

5

Een verdere maatregel die de weerstand van de re-tourrotorbladen kan doen verminderen is het verschaffen van zijdelingse luchtuitstroomopeningen. Deze kunnen bijvoorbeeld zijn aangebracht in het cilindervormige deel van 5 de eerste winddeflector. Een voordeel van een dergelijk luchtuitstroomopening is dat de remmende druk op de re-tourbladen kan worden verminderd.

Bij verdere voorkeur worden deze luchtuitstroomopeningen voorzien van een bovenwindse afscherming. Een 10 voordeel hiervan is dat de uitstromende lucht niet of minder wordt belemmerd door de langsstromende lucht.

In een verdere voorkeursuitvoeringsvorm omvat de rotorinrichting meerdere etages van rotorbladen waarbij de rotorbladen per etage onderling in een andere oriëntatie 15 ten opzichte van de rotoras rangschikbaar kunnen zijn. Een voordeel hiervan is dat met een minimaal aantal bladen per etage een maximale continuïteit in de windvang kan worden bereikt. Indien bijvoorbeeld twee bladen tegenover elkaar staan per etage is toch een windvang mogelijk met een 20 soortgelijke equivalent als met vier bladen per etage. Hierdoor wordt de aandrijving gelijkmatiger.

Een verder aspect van de onderhavige uitvinding betreft een windmolen omvattende een rotorinrichting volgens de onderhavige uitvinding, waarbij de windmolen een 25 dynamo of generator voor het omzetten van bewegingsenergie in elektrische energie en/of een overbrengmechanisme voor overdracht van bewegingsenergie aan een aan te drijven apparaat of systeem omvat. Een dergelijke windmolen heeft voordelen die eveneens aanwezig zijn bij de rotorinrich-30 ting volgens de onderhavige uitvinding zoals in het voorgaande is omschreven.

Een verder aspect van de onderhavige uitvinding betreft een werkwijze voor het gebruiken van de inrichting 6 zoals in het voorgaande is omschreven, waarbij de werkwijze stappen omvat voor het plaatsen en aansluiten en/of stappen van de gewonnen windenergie.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de on-5 derhavige uitvinding zullen in het navolgde worden beschreven aan de hand van voorkeursuitvoeringsvormen onder verwijzing naar de aangehechte figuren, waarbij - Fig. 1 een schematische doorsnede is van een eerste voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige 10 uitvinding met drie rotorbladen per etage, - Fig. 2 een weergave is in perspectief van een verdere uitvoeringsvorm met twee rotorbladen en twee etages .

Een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavi-15 ge uitvinding (fig. 1) betreft een windmolen 1. De windmolen is in doorsnede weergegeven. De windmolen betreft een Savonius type windmolen met een rotor 2. De rotor 2 omvat drie rotorbladen 3,4,5. De drie rotorbladen zijn bevestigd aan een rotoras 6. Hoewel in deze voorkeursuitvoeringsvorm 20 drie rotorbladen zijn getoond zijn ook configuraties mogelijk met 2,4,5 of zes rotorbladen en eventueel meer.

Zoals gebruikelijk bij een Savonius type windmolen roteren de rotorbladen. De rotorbladen roteren binnen een in hoofdzaak cilindervormige ruimte die is aangeduid mid-25 dels de onderbroken cirkelvormige lijn die de einden van de rotorbladen omschrijft.

De centrale as 6 zal door de aandrijving van de rotorbladen roteren en middels deze bewegingsenergie kan een inrichting of een dynamo voor het genereren van elek-30 trische energie worden aangedreven. Deze onderdelen zijn op zichzelf niet getoond. Voor het aanpassen van de rota-tiesnelheid van de as aan een eventuele aan te drijven in- 7 richting of dynamo kan een eveneens niet getoonde transmissie worden voorzien.

De werking van de Savonius windmolen berust op het verschil in weerstand tussen de rotorbladen die met de 5 wind mee bewegen en de rotorbladen die tegen de wind in roteren. Er zijn verschillende types van Savonius rotoren bekend waaronder rotoren met twee afzonderlijke halve bollen als rotorblad en rotoren met twee gebogen bladen die tegenover elkaar staan. Een bekende optimalisatie bij 10 Savonius rotoren is dat de wind tussen de bladen geleid kan worden zodat de tegen de wind in bewegende bladen enige additionele push verkrijgen van de wind die eerst in de met de wind meebewegende bladen wordt ingevangen.

De eenvoud van de bekende Savonius rotor is ook 15 een oorzaak voor de beperkingen daarvan. De gewonnen energie wordt bijvoorbeeld beperkt tot het verschil in weerstand van de aangedreven rotorbladen ten opzichte van de retonerende rotorbladen. Teneinde dit verschil te vergroten is het een doel van de onderhavige uitvinding om de 20 weerstand op de retonerende rotorbladen te verminderen.

Een verder doel is om de weerstand op de aangedreven rotorbladen relatief te vergroten.

De rotorbladen roteren onder invloed van de wind in de richting van de pijlen w in de richting van de pijl 25 R. Het tegen de wind in bewegende rotorblad 4 is onder invloed van dezelfde wind als de rotorbladen die met de wind meebewegen 3,5. In het geval dat er twee rotorbladen zijn zal het aangedreven rotorblad zich ten opzichte van het rotorblad 4 gespiegeld bevinden ten opzichte van de as 6. 30 De winddeflector 11 dient voor het tegenhouden van de wind waar het rotorblad 4 tegenin moet bewegen. In zijn eenvoudigste vorm is de winddeflector 12 een ongeveer halve ronde cilinder, hetgeen in de figuur is weergegeven 8 door de wanddelen 12 en 15. Deze wanddelen dienen voor het langs het rotorblad 4 of althans het gedeelte van de ruimte van de rotor waardoor het rotorblad tegen de wind in beweegt af te schermen. In deze eenvoudigste uitvoerings-5 vorm met alleen de wanddelen 12 en 15 is ook de deflector 21 niet aanwezig. De wind wordt derhalve afgebogen om de winddeflectorwand 12,15 en kan verder vrijelijk bewegen om de windmolen 1. Alternatieve uitvoeringsvormen omvatten verder respectievelijk de delen 13,19,17,18,20,16,21 zoals 10 in het navolgende zal worden beschreven.

In een verdere uitvoeringsvorm is de winddeflec-tor 11 omvattende de wanddelen 12 en 15 uitgebreid met een vin 13 met een voorste rand 14. Deze vin heeft een zodanige vorm dat zoveel mogelijk wind voor de aandrijving van 15 de rotor geschikte richting wordt gedrongen in de richting van de rotorruimte. In de figuur is deze vin met een naar de voorzijde gebolde vorm getoond. In een alternatief is een dergelijke vorm recht of hol. Een verder doel van een dergelijke vin is het limiteren van wervelingen aan de 20 voorzijde van de rotor. Met de voorzijde wordt bedoeld de zijde waar de wind vandaan komt.

Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is de deflector 11 voorzien van een windgeleidingsorgaan 16 aan de achterzijde daarvan. Met de achterzijde wordt bedoeld de 25 zijde waar de wind naartoe blaast. Dit windgeleidingsorgaan ofwel spoiler 16 dient voor het beperken van turbulentie waar de wind die onder deflector heen waait weer samen komt met de wind die de rotorbladen aandrijft. Ook bij deze spoiler kan de vorm daarvan afhankelijk zijn van 30 de omstandigheden en door de vakman binnen het begrip van de onderhavige uitvinding nader worden gespecificeerd.

In een verdere uitvoering is de cilinderwand 12,15 voorzien van openingen 17 respectievelijk 18 voor het 9 daardoor laten uitstromen van lucht die wordt voortgestuwd door de terugroterende bladen, zoals hier in figuur middels blad 4 is getoond. Teneinde de door deze openingen 17,18 uitstromende lucht een voorspoedige doorgang te la-5 ten is verder voorzien in kleppen 19,20 die deze uitstromende opening afschermen tegen de langsstromende wind. Voorts is het voordelig dat achter de kleppen 19,20 door langsstromende wind een onderdruk zou ontstaan hetgeen de voortstuwing van de terugroterende rotor zoals die in de 10 positie van de rotor 4 is getoond wordt gestimuleerd doordat lucht uit de linkerruimte van de rotorruimte wordt gezogen door deze onderdruk. Ook hierbij kan de vorm van de kleppen 19,20 door de vakman afhankelijk van de omstandigheden experimenteel worden bepaald binnen het begrip van 15 de onderhavige uitvinding.

Een verdere uitvoering is aan de andere zijde van de deflector 11 van de rotorruimte die is weggegeven middels de onderbroken cirkellijn een tweede deflector 21 die bedoeld is voor het invangen van de wind voor het aandrij-20 ven van de rotorbladen die met hun hoge weerstandzijde worden aangedreven door de wind. Elke vorm van deze deflector kan worden bepaald afhankelijk van de omstandigheden, zoals de vorm van het rotorblad, veel voorkomende windsoorten en -snelheden en dergelijke. De vorm aan de 25 voorzijde nabij de rand 22 dient voor het minimaliseren van turbulentie en het maximaliseren van het effect van de voortstuwing van de rotorbladen. Ook aan de achterzijde van deze deflector 21 kan een vorm zijn voorzien die binnen het begrip van de onderhavige uitvinding door de vak-30 man kan worden bepaald in afhankelijkheid van de parameters van de uitvoeringsvorm.

Bij voorkeur is de windmolen 1 roteerbaar zodat deze kan worden gericht naar de wind. Doordat de rotor op 10 zichzelf in elke richting dezelfde werking heeft volstaat het dat de deflectoren ten opzichte van de wind roteerbaar zijn. Verder zijn de deflectoren eventueel ten opzichte van elkaar enigszins roteerbaar om een optimale werking te 5 verschaffen bij elke windrichting. Hierbij is bijvoorbeeld ook de vorm van de inlaat en uitlaat 13,16,22 van de deflectoren instelbaar met bijvoorbeeld de windsnelheid.

Voor het richten van de deflectoren kan bijvoorbeeld de spoiler 16 een bepaalde lengte hebben dat deze 10 een sturende werking verkrijgt. Het is echter evenzeer mogelijk afzonderlijk van deze deflectoren een vaan hiermee te koppelen zodanig dat deze extra vaan (niet getoond) kan zorg dragen voor een juiste oriëntatie ten opzichte van de windrichting. Verder is het mogelijk een windrichtingmeter 15 met een sturingsmechanisme en een aandrijving bijvoorbeeld in de vorm van een elektromotor te verschaffen. Hierbij kan bijvoorbeeld op basis van gegevens van één windrichtingmeter een aantal windmolens in de juiste richting gericht worden.

20 In Fig. 2 wordt is een uitvoering in perspectief getoond omvattende twee etages met elk twee bladen. Hierbij is de rangschikking van de winddeflectoren in hoofdzaak gelijk aan die van de eerder beschreven uitvoeringsvorm. De etages zijn begrensd en gescheiden middels in 25 hoofdzaak ronde platen 31,32,33. De rotorbladen 23 en 24 van de bovenste etage zijn in bovenaanzicht gezien 90 graden versprongen/geroteerd ten opzichte van de rotorbladen 25 en 27 van de onderste etage.

Een voordeel van de onderhavige uitvinding is dat 30 deze de Savonius rotor intrinsiek efficiënter maakt bij alle windsnelheden doordat de weerstand van de aangedreven rotorbladen vergroot wordt ten opzichte van de tegen de wind in bewegende rotorbladen. Hierdoor wordt een windmo- 11 len met bijvoorbeeld een Savonius rotor in meer omstandigheden toepasbaar danwel rendabel.

In het voorgaande is de onderhavige uitvinding beschreven aan de hand van enkele voorkeursuitvoeringsvor-5 men. Verschillende aspecten van verschillende uitvoeringen worden beschreven geacht in combinatie met elkaar waarbij alle combinaties die op basis van dit document door een vakman kunnen worden gemaakt dienen te worden meegelezen. Deze voorkeursuitvoeringsvormen zijn niet beperkend voor 10 de beschermingsomvang van deze tekst. De gevraagde rechten worden bepaald in de aangehechte conclusies.

1033514

Claims (14)

1. Rotorinrichting voor gebruik bij het winnen van windenergie, omvattende: 5. ten minste een rotoras die tijdens gebruik in hoofdzaak dwars op de wind rangschikbaar is, - ten minste twee met de rotoras gekoppelde rotorbladen die zodanig zijn gerangschikt dat tijdens gebruik ten minste een rotorblad in hoofdzaak beweegt in de rich- 10 ting van de wind en ten minste een rotorblad in hoofdzaak beweegt tegen de richting van de wind, en - een eerste winddeflector die zodanig rangschikbaar is dat deze tijdens gebruik wind die een rotorblad afremt, afbuigt van de rotorbladen. 15

2. Rotorinrichting volgens conclusie 1 omvattende een tweede winddeflector die zodanig rangschikbaar is dat deze tijdens gebruik wind, die een rotorblad versnelt, afbuigt in de richting van de rotorbladen. 20

3. Rotorinrichting volgens conclusie 1 of 2 omvattende rotatiemiddelen voor het roteerbaar om de rotoras bevestigen van de eerste en/of winddeflector.

4. Rotorinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies omvattende een deflectororiëntatie-eenheid, omvattende bij voorkeur een windvaan, voor het ten opzichte van de wind en/of de rotoras in een wenselijke oriëntatie brengen en/of houden van de eerste en/of 30 tweede winddeflector.

5. Rotorinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies waarbij de eerste en/of tweede wind- 1033514 deflector een omhullingsdeel omvat met bij voorkeur een in hoofdzaak cilindervorm.

6. Rotorinrichting volgens een of meer van de 5 voorgaande conclusies waarbij de eerste en/of winddeflector in hoofdzaak aan de tijdens gebruik naar de wind toegekeerde zijde een inlaatgeleidingsorgaan omvat.

7. Rotorinrichting volgens conclusie 6 waarbij het 10 inlaatgeleidingsorgaan van de eerste winddeflector een windgeleidingsvin omvat voor het splitsen van de wind op enige afstand van de rotorbladen.

8. Rotorinrichting volgens een of meer van de 15 voorgaande conclusies waarbij de eerste en/of tweede wind-deflector in hoofdzaak aan de tijdens gebruik van de wind afgewende zijde een uitlaatgeleidingsorgaan omvat.

9. Rotorinrichting volgens een of meer van de 20 voorgaande conclusies waarbij de eerste winddeflector zijdelingse luchtuitstroomopeningen omvat.

10. Rotorinrichting volgens conclusie 9 waarbij de luchtuitstroomopeningen zijn voorzien van een bovenwindse 25 afscherming.

11. Rotorinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies waarbij de rotoras zich in de ge-bruikspositie in een in hoofdzaak verticale oriëntatie be- 30 vindt.

12. Rotorinrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies omvattende meerdere etages van ro- torbladen waarbij de rotorbladen per etage onderling in een andere oriëntatie ten opzichte van de rotoras rang-schikbaar kunnen zijn.

13. Windmolen omvattende een rotorinrichting vol gens een of meer van de voorgaande conclusies, omvattende een dynamo of generator voor het omzetten van bewegings-energie in elektrische energie en/of een overbrengmecha-nisme voor overdracht van bewegingsenergie aan een aan te 10 drijven apparaat of systeem.

14. Werkwijze voor het gebruiken van een inrichting volgens een of meer van de voorgaande conclusies omvattende stappen voor het plaatsen en aansluiten en/of 15 stappen voor het afnemen van de gewonnen windenergie. 1033514