NL1041478B1 - Inrichting voor het omzetten van windenergie in althans mechanische energie. - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het omzetten van windenergie in althans mechanische energie, omvattende een door wind om een rotatie-aslijn roteerbaar aandrijfbare rotor en een daaromheen opgestelde mantel met een windinlaatopening en een winduitlaatopening, waarbij een centrale aslijn van de mantel in hoofdzaak samenvalt met de rotatie-aslijn van de rotor, gekenmerkt door ten minste één aan de winduitlaatopening van de mantel aangebrachte klep, die instelbaar is tussen een eerste, vrijgavetoestand waarin de ten minste ene klep de winduitlaatopening in hoofdzaak vrijgeeft en een tweede, afsluittoestand waarin de ten minste ene klep althans een deel van de winduitlaatopening in hoofdzaak afsluit.

Description

INRICHTING VOOR HET OMZETTEN VAN WINDENERGIE IN ALTHANS MECHANISCHE ENERGIE

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het omzetten van windenergie in althans mechanische energie, omvattende een door wind om een rotatie-aslijn roteerbaar aandrijfbare rotor en een daaromheen opgestelde mantel met een windinlaatopening en een winduitlaatopening, waarbij een centrale aslijn van de mantel in hoofdzaak samenvalt met de rotatie-aslijn van de rotor.

Een dergelijke inrichting voor het omzetten van windenergie in althans mechanische energie is op zichzelf bekend, en wordt ook wel een windturbine of windmolen genoemd. In het bijzonder kan de uitvinding zien op een relatief kleine windturbine, ook wel een microturbine of stedelijke windturbine genoemd, welke windturbine in een bebouwde omgeving en in het bijzonder eventueel op een gebouw kan worden opgesteld. De uitvinding kan meer in het bijzonder zien op een zogeheten horizontale windturbine, waarbij de rotatie-aslijn van de rotor en de centrale aslijn van de mantel in gebruik van de windturbine in hoofdzaak horizontaal zijn opgesteld.

Het is een doel van de uitvinding om de op zichzelf bekende inrichting van de in de aanhef vermelde soort te verbeteren. In het bijzonder kan het een doel van de uitvinding zijn om de efficiëntie van de op zichzelf bekende inrichting te verhogen.

Dit doel wordt bereikt met een inrichting van de in de aanhef vermelde soort, die volgens de uitvinding wordt gekenmerkt door ten minste één aan de winduitlaatopening van de mantel aangebrachte klep, die instelbaar is tussen een eerste, vrijgavetoestand waarin de ten minste ene klep de winduitlaatopening in hoofdzaak vrijgeeft en een tweede, afsluittoestand waarin de ten minste ene klep althans een deel van de winduitlaatopening in hoofdzaak afsluit.

In de vrijgavetoestand kan de wind in hoofdzaak ongehinderd de mantel verlaten via de winduitlaatopening. In de afsluittoestand wordt althans een deel, in het bijzonder de omtrekszone van de winduitlaatopening, afgesloten, waardoor althans in hoofdzaak wordt voorkomen, dat de wind in de mantel stroomt via de winduitlaatopening, dus in een opwaartse, tegenstroomse richting.

Bij variërende windsnelheden en/of bij een verandering van de windrichting kan het voorkomen, dat er kortstondig een zeer lage druk aan de uitlaatopening ten opzichte van een luchtdruk rondom de turbine en/of aan de inlaatopening ontstaat, wat een tegenstroom van wind kan veroorzaken en waardoor wind via de winduitlaatopening in de mantel kan stromen. Dit heeft een nadelig effect op de efficiëntie van de turbine, omdat hierdoor de rotor vanaf een verkeerde zijde kan worden aangestroomd, welke daardoor stil kan komen te staan. Om dit te voorkomen is het voordelig wanneer de inrichting volgens de uitvinding van kleppen is voorzien, die de winduitlaatopening althans gedeeltelijk tijdelijk in hoofdzaak kunnen afsluiten.

Opgemerkt wordt, dat de mantel elke geschikte dwarsdoorsnedevorm kan omvatten.

Hierbij heeft de mantel althans in het gebied van de rotor bij voorkeur een cirkelvormige dwarsdoorsnedevorm, zodat het deel van de mantel waar de rotor is opgesteld in hoofdzaak cilindrisch is. De windinlaatopening en/of de winduitlaatopening van de mantel kan ook een in hoofdzaak cirkelvormige dwarsdoorsnedevorm bezitten. In dat geval heeft de mantel bij voorkeur op willekeurig welke locatie van zijn lengte een cirkelvormige dwarsdoorsnedevorm. Alternatief kan de windinlaatopening en/of de winduitlaatopening elke andere geschikte dwarsdoorsnedevorm bezitten, zoals bijvoorbeeld ovaal. In het geval van een dergelijke niet-cirkelvormige dwarsdoorsnedevorm van de windinlaatopening en/of de winduitlaatopening verloopt de mantel bij voorkeur geleidelijk over naar de cirkelvormige-dwarsdoorsnedevorm in het gebied van de rotor.

Het is in het bijzonder voordelig wanneer de ten minste ene klep zich automatisch opent wanneer de lucht in stroomafwaartse richting via de winduitlaatopening uit de mantel stroomt, en zich automatisch sluit wanneer de lucht in een tegengestelde, stroomopwaartse richting via de winduitlaatopening in de mantel dreigt te stromen. Hiertoe kan de ten minste ene klep een keerklep zijn, zodanig, dat de ten minste ene klep zich door de windkracht automatisch instelt van zijn afsluittoestand naar zijn vrijgavetoestand wanneer de wind vanaf de windinlaatopening naar de winduitlaatopening stroomt en zich automatisch instelt van zijn vrijgavetoestand naar zijn afsluittoestand wanneer de wind door de winduitlaatopening in de mantel dreigt te stromen.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is de ten minste ene klep van een flexibel materiaal vervaardigd.

Een dergelijke klep van een flexibel materiaal kan automatisch worden opengeblazen naar zijn vrijgavetoestand wanneer de wind in stroomafwaartse richting stroomt en kan automatisch worden dichtgeblazen naar zijn afsluittoestand wanneer de wind in stroomopwaartse richting stroomt.

Bijvoorbeeld kan het flexibele materiaal een doek zijn.

In een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding strekt de ten minste ene klep zich over ten minste een deel van de omtrek van de uitlaatopening uit en is met één omtrekseindzone daarvan met de mantel verbonden, waarbij de andere omtrekseindzone vrij hangt.

De vrij hangende omtrekseindzone kan hierbij eenvoudig worden verplaatst tussen de vrijgavetoestand en de afsluittoestand van de klep.

Alternatief kan de klep stijf zijn uitgevoerd. In dat geval is het voordelig wanneer de ten minste ene klep zich over ten minste een deel van de omtrek van de uitlaatopening uitstrekt en met één omtrekseindzone daarvan zwenkbaar met de mantel is verbonden, zodanig, dat de ten minste ene klep zwenkbaar is tussen zijn vrijgavetoestand en zijn afsluittoestand.

In een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat de inrichting ten minste één nabij de uitlaatopening concentrisch met de centrale aslijn opgesteld ringvormig element met een kleinere dwarsdwarsdoorsnede-afmeting dan de winduitlaatopening.

De zich over de uitlaatopening uitstrekkende klep kan in zijn afsluittoestand rusten tegen het ten minste ene ringvormige element, en zo de ruimte tussen de uitlaatopening en het ringvormige element afsluiten, waardoor althans de omtrekszone van de uitlaatopening in de afsluittoestand is afgesloten.

Opgemerkt wordt, dat het in hoofdzaak ringvormige element elke geschikte dwarsdoorsnedevorm kan bezitten, zoals cirkelvormig, maar ook niet-cirkelvormig, bijvoorbeeld ovaal. In het bijzonder kan het in hoofdzaak ringvormige element een op de lokale dwarsdoorsnedevorm van de mantel aangepaste vorm bezitten. Met de lokale dwarsdoorsnedevorm wordt hier bedoeld de dwarsdoorsnedevorm van het zich in radiale richting op gelijke positie bevindende deel van de mantel.

In een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is het ten minste ene ringvormige element van een genoemde klep voorzien, waarbij de klep zich over ten minste een deel van de omtrek van het ten minste ene ringvormige element uitstrekt en met één omtrekseindzone daarvan, eventueel zwenkbaar, met het ten minste ene ringvormige element is verbonden.

De genoemde klep kan een door het ten minste ene ringvormige element omsloten oppervlak van de uitlaatopening van de mantel althans gedeeltelijk afsluiten in zijn afsluittoestand.

In een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat de inrichting ten minste één nabij de uitlaatopening concentrisch met de centrale aslijn opgesteld volgend ringvormig element met een kleinere dwarsdoorsnede-afmeting dan het ten minste ene ringvormige element, welk ten minste ene volgende ringvormige element eventueel van een genoemde klep is voorzien, waarbij de eventuele klep zich over ten minste een deel van de omtrek van het ten minste ene volgende ringvormige element uitstrekt en met één omtrekseindzone daarvan, eventueel zwenkbaar, met het ten minste ene volgende ringvormige element is verbonden.

De met het ten minste ene ringvormige element verbonden klep kan in zijn afsluittoestand rusten tegen het ten minste ene volgende ringvormige element, en zo de ruimte tussen het ten minste ene ringvormige element en het ten minste ene volgende ringvormige element in de afsluittoestand van de klep afsluiten.

Wanneer ook het ten minste ene volgende ringvormig element van een klep is voorzien, kan die klep een door dat volgende ringvormige element omsloten oppervlak van de uitlaatopening van de mantel althans gedeeltelijk afsluiten in zijn afsluittoestand.

Wanneer meerdere volgende ringvormige elementen zijn voorzien, dan hebben ze elk een andere dwarsdoorsnede-afmeting, en in het bijzonder een kleinere dwarsdoorsnede-afmeting dan het ten minste ene volgende ringvormige element.

Deze met het ten minste ene volgende ringvormige element verbonden klep kan in het geval van meerdere volgende ringvormige elementen rusten tegen een ander volgend ringvormig element.

Eventueel kunnen alle volgende ringvormige elementen van een klep zijn voorzien, zodat nagenoeg de volledige uitlaatopening door de kleppen kan worden afgesloten. Echter kan ook een centraal deel van de uitlaatopening niet door een klep afsluitbaar zijn, omdat in het centrale deel van de uitlaatopening het risico van een tegenstroomse windstroom die via de uitlaatopening in de mantel dreigt te stromen relatief klein is.

De ringvormige elementen kunnen in stroomafwaartse richting gezien opeenvolgend van elkaar zijn opgesteld, waarbij de ringvormigelementen in een volgorde van afnemende dwarsdoorsnede-afmeting zijn opgesteld.

In nog weer een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat het of elk ringvormige element een omtreksoppervlak, dat zich in stroomafwaartse richting verwijdt.

Een voordeel van het zich in stroomafwaartse richting verwijdende omtreksoppervlak van het in hoofdzaak ringvormige element, ofwel de dwarsdoorsnede-afmeting van het in hoofdzaak ringvormige element neemt in stroomafwaartse richting toe, is dat de lucht enigszins naar buiten wordt geleid. Hierdoor ontstaat er nabij de winduitlaatopening, in het bijzonder in een centraal deel daarvan, een onderdruk ten opzichte van de windinlaatopening, waardoor de snelheid van de luchtstroom in de mantel kan toenemen en de efficiëntie van de inrichting kan worden verhoogd.

Het zich verwijdende ringvormige element kan zich op elke geschikte wijze verwijden. In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding strekt het omtreksoppervlak zich in stroomafwaartse richting schuin buitenwaarts uit onder een hoek met de centrale aslijn. Op deze wijze verwijdt het in hoofdzaak ringvormige element zich op een in hoofdzaak tapse wijze.

De genoemde hoek kan bijvoorbeeld groter zijn dan 0° en kleiner zijn dan 60°.

In nog weer een andere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding omvat de inrichting begrenzingsmiddelen voor het begrenzen van een verplaatsing van de klep in zijn afsluittoestand, zodanig, dat de klep zich vanuit zijn afsluittoestand niet in stroomopwaartse richting naar de windinlaatopening kan verplaatsen.

Hierdoor wordt efficiënt voorkomen, dat de klep vanuit zijn afsluittoestand open wordt geblazen in stroomopwaartse richting.

Praktisch kunnen de begrenzingsmiddelen ten minste één zich in hoofdzaak radiale richting uitstrekkend langwerpig begrenzingselement omvatten.

Het ten minste ene begrenzingselement kan bijvoorbeeld een staaf of gespannen draad omvatten.

Het ten minste ene begrenzingselement kan zich bijvoorbeeld tussen de uitlaatopening van de mantel en het ten minste ene ringvormige element, en/of, wanneer van toepassing, tussen naburige ringvormige elementen, uitstrekken.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven figuren, waarin - de figuren IA - 1D de windturbine volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding schematisch tonen, waarbij figuur IA een perspectivisch aanzicht vanaf een windinlaatzijde is, figuur 1B een zijaanzicht is, figuur 1C een perspectivisch aanzicht vanaf een winduitlaatzijde is, en figuur 1C een longitudinale verticale dwarsdoorsnede is; - figuur 2 schematisch een perspectivisch aanzicht van in een mantel van de windturbine uit figuur 1 opgestelde rotor en geleidingsbladen toont; - de figuren 3A en 3B schematisch de kleppen aan de winduitlaatopening in detail tonen, waarbij figuur 3 A de kleppen in een vrijgavetoestand toont en figuur 3B de kleppen in een afsluittoestand toont; - de figuren 4A — 4C schematisch een nanostructuur tonen, die op een aantal oppervlakken van de winturbine kan zijn aangebracht, waarbij figuur 4A een bovenaanzicht van de nanostructuur toont, figuur 4B een detail van figuur 4A toont, en figuur 4C een dwarsdoorsnede door de nanostructuur toont; - de figuren 5A - 5C schematisch een rotor van de windturbine uit figuur 1 tonen, waarbij figuur 5A een perspectivisch vooraanzicht is, figuur 5B een vooraanzicht is, figuur 5C een doorsnede in de langsrichting van de rotor uit figuur 5B is; figuur 5D een drukzijde van een rotorblad toont, en figuur 5E een achteraanzicht van het rotorblad toont; en - de figuren 6A en 6B de windturbine volgens een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding schematisch tonen, waarbij figuur 6A een perspectivisch aanzicht vanaf een windinlaatzijde is en figuur 6B een vooraanzicht is.

De diverse aspecten van de uitvinding zullen aan de hand van de figuren worden toegelicht. Hierbij zullen gelijke elementen met gelijke verwijzingsgetallen worden aangeduid. De verschillende aspecten van de uitvinding kunnen op zichzelf, of in elke willekeurige combinatie worden toegepast.

De figuren 1A - ID tonen een windturbine 1 volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding. De windturbine 1 omvat een mantel 2 met een centrale aslijn 3. In de mantel 2 is een rotor 4 opgesteld, waarbij de centrale aslijn 3 van de mantel 2 in hoofdzaak samenvalt met een rotatie-aslijn van de rotor 4. De mantel 2 heeft een windinlaatopening 5 en een winduitlaatopening 6. De windinlaatopening 5 en winduitlaatopening 6 zijn in deze eerste uitvoeringsvorm cirkelvormig.

Volgens een aspect van de uitvinding is de mantel 2 nabij de windinlaatopening 5 aan zijn buitenzijde van een aantal, in dit voorbeeld drie, zich radiaal buitenwaarts uitstrekkende windopvangelementen 7 voorzien. Elk windopvangelement 7 is voorzien van een zich naar de binnenzijde van de mantel 2 uitstrekkend kanaal 8. De drie windopvangelementen 7 zijn met een gelijke onderlinge hoekafstand over het buitenoppervlak van de mantel 2 verdeeld opgesteld. Elk kanaal 8 strekt zich over nagenoeg zijn volledige lengte in stromingsrichting helixvormig om de centrale aslijn door de mantel 2 heen uit, en mondt met een uitlaatopening 9 uit aan het binnenoppervlak van de mantel 2. De windopvangelementen 7 vangen aan de buitenzijde van de mantel 2 stromende wind op, en voeren deze wind helixvormig aan het binnenoppervlak van de mantel 2 toe via de uitlaatopeningen 9.

Volgens een ander aspect van de uitvinding, zie ook figuur 2, omvat de windturbine 2 een aantal, in dit voorbeeld zes, in de mantel 2 stroomopwaarts van de rotor 4 opgestelde statorbladen 10, die zich radiaal buitenwaarts vanaf de centrale aslijn 3 uitstrekken. De statorbladen 10 bezitten een zich radiaal vanaf de centrale aslijn 3 uitstrekkend hoofdvlak, dat onder een schuine hoek ten opzichte van de centrale aslijn 3 is opgesteld. Door de schuine hoek van het hoofdvlak van de statorbladen 10 wordt de in de mantel 2 stromende windstroom in een schuine richting ten opzichte van de centrale aslijn 3 geleid, zodat de windstroom in een in hoofdzaak helixvormige beweging om de centrale aslijn 3 wordt geleid. Elk statorblad 10, in het bijzonder het hoofdvlak daarvan, is van een aantal, in dit voorbeeld drie, opstaande ribben 11 voorzien. De opstaande ribben 11 strekken zich uit vanaf de drukzijde van elk statorblad 10, vanaf een stroomopwaarts opgestelde windintreezijde van het blad 10 naar een stroomafwaarts opgestelde winduittreezijde van het statorblad 10. De ribben 11 strekken zich in radiale richting gezien schuin buitenwaarts over het windgeleidende oppervlak uit, zodat aan de winduittreezijde elke rib 11 zich op een grotere radiale afstand van de centrale aslijn bevindt dan aan de windintreezijde. De ribben ondersteunen het veranderen van de stromingsrichting van de luchtstroom naar de genoemde helixvormige beweging om de centrale aslijn 3. De gewenste hoek van de helixvormige beweging van de wind om de centrale aslijn 3 is bij voorkeur instelbaar. Hiertoe zijn de statorbladen 10 met een zich radiaal vanaf de centrale aslijn 3 uitstrekkende verbindingsas 12 verbonden, welke verbindingsassen 12 elk aan hun radiaal buitenste einde met de mantel 2 zijn verbonden. Het statorblad 10 is om of met de verbindingsas 12 zwenkbaar voor het instellen van de schuine hoek van het statorblad 10 ten opzichte van de centrale aslijn 3. Elk statorblad 10 is van een aantal, in dit voorbeeld drie, openingen 13 voorzien. Aan de winduittreezijde is elk statorblad 10 van een in hoofdzaak sinusvormige eindrand 14 voorzien, waarvan de tweede afgeleide meermaals van teken verandert.

Volgens een ander aspect van de uitvinding, zie figuur 1D, vertoont de binnenzijde van de mantel 2 vanaf de windinlaatopening 5 tot aan, bijvoorbeeld, de locatie waar de verbindingsas 12 is opgesteld, de vorm van een zich in stromingsrichting taps vernauwende Venturi. In een deel van de mantel 2 waar de rotor 4 is opgesteld, is de binnenzijde van de mantel 2 in hoofdzaak cilindervormig. In het bijzonder de combinatie van de Venturivorm van de binnenzijde van de mantel 2 en de statorbladen 10 zorgt ervoor, dat de wind stroomopwaarts van de statorbladen 10 helixvormig met een radiaal buitenwaartse component stroomt, zodat de diameter van de aan de windturbine 2 toegevoerde windstroom stroomopwaarts van de windinlaatopening 5 in stroomopwaartse richting toeneemt, zie ook figuur IA.

Volgens een ander aspect van de uitvinding, zie figuur 1D en figuur 2, omvat de windturbine 2 een aantal, in dit voorbeeld zes, in de mantel 2 stroomafwaarts van de rotor 4 en daarop in hoofdzaak aansluitend opgestelde achterachterstatorbladen 20 voor het in een in hoofdzaak stroomafwaartse richting weggeleiden van de wind vanaf de rotor 4. De achterstatorbladen 20 strekken zich radiaal buitenwaarts vanaf de centrale aslijn 3 uit. Elk achterstatorblad 20 is van een aantal, in dit voorbeeld drie, opstaande ribben 21 voorzien. De opstaande ribben 21 strekken zich uit vanaf de drukzijde van elk achterstatorblad 20, vanaf een stroomopwaarts opgestelde windintreezijde van het blad 20 naar een stroomafwaarts opgestelde winduittreezijde van het achterstatorblad 20. De ribben 21 strekken zich in radiale richting gezien met een bepaalde kromming schuin buitenwaarts over het windgeleidende oppervlak uit, zodat aan de winduittreezijde elke rib 21 zich op een grotere radiale afstand van de centrale aslijn 3 bevindt dan aan de windintreezijde. De ribben 21 zetten een van de rotor 4 afkomstige eventuele helixvormige luchtstroom in hoofdzaak om naar een in hoofdzaak evenwijdig aan de centrale aslijn 3 stromende radiaal buitenwaarts expanderende luchtstroom. De hoek van de achterstatorbladen 20 met de centrale aslijn is bij voorkeur instelbaar. Hiertoe zijn de achterstatorbladen 20 met een zich radiaal vanaf de centrale aslijn 3 uitstrekkende verbindingsas 22 verbonden, welke verbindingsassen 22 elk aan hun radiaal buitenste einde met de mantel 2 zijn verbonden. Het achterstatorblad 20 is om of met de verbindingsas 22 zwenkbaar voor het instellen van de hoek van het achterstatorblad 20 ten opzichte van de centrale aslijn 3. Aan de winduittreezijde is elk achterstatorblad 20 van een in hoofdzaak sinusvormige eindrand 24 voorzien, waarvan de tweede afgeleide meermaals van teken verandert. Elk achterstatorblad 20 bezit in hoofdzaak twee onder een hoek a4 ten opzichte van elkaar opgestelde bladdelen 25,26, waarbij het bladdeel 25 in hoofdzaak op de rotor 4 aansluit en het bladdeel 26 stroomafwaarts van het bladdeel 25 is opgesteld. Het bladddeel 25 kan zich, afhankelijk van de ingestelde hoek van het achterstatorblad 20, in hoofdzaak onder een hoek met de centrale aslijn 3 uitstrekken en het bladdeel 26 kan zich in hoofdzaak parallel aan de centrale aslijn 3 uitstrekken. De hoek al tussen de bladdelen 25, 26 ligt in dit voorbeeld rond 130 °. Het bladdeel 26 vertoont een toenemende hoogte, zodat de wind in hoofdzaak radiaal buitenwaarts wordt geleid en daardoor expandeert. De toenemende hoogte van het bladdeel 26 is eventueel aangepast aan de vorm van de binnenzijde van dat deel van de mantel 2, waar het bladdeel 26 is opgesteld, zoals hieronder nader zal worden toegelicht.

Volgens een ander aspect van de uitvinding, zie figuur 1D, verwijdt een deel van de mantel 2, dat zich uitstrekt vanaf de rotor 4 tot aan de winduitlaatopening 6, zich in stromingsrichting, in het bijzonder in de vorm van een Venturi. In het bijzonder verwijdt de mantel 2 zich zowel aan zijn binnenzijde als aan zijn buitenzijde Venturi vormig. Door de Venturivorm van de buitenzijde van de mantel 2 wordt de aan de buitenzijde van de mantel 2 stromende luchtstroom enigzins radiaal naar buiten geleid, waardoor er een onderdruk wordt gecreëerd in het gebied van de uitlaatopening 6. Een uitlaathoek al 1 van de winduitlaatopening 6 met de centrale aslijn 3is in dit voorbeeld ongeveer 60°.

Zoals hierboven is toegelicht aan de hand van de achterstatorbladen 20, en zoals zichtbaar is in figuur 1D en figuur 2, kan de hoogte van het bladdeel 26 hierbij zijn aangepast aan de Venturivormige uitlopende binnenzijde van de mantel 2. Een raaklijn van een bovenrand 27 van elk achterstatorblad 20, en in het bijzonder van het bladdeel 26 daarvan, kan een hoek a2 met de centrale aslijn 3 maken die is aangepast op de Venturivormige uitlopende binnenzijde van de mantel 2, en neemt daardoor in dit voorbeeld over zijn lengte in stroomwaartse richting toe vanaf ongeveer 20° tot aan ongeveer 80°.

Volgens een ander aspect van de uitvinding heeft de mantel 2 een zodanig dikte en/of vorm, dat de stromingsafstand van de wind door de mantel 2 heen kleiner is dan de stromingsafstand om de buitenzijde van de mantel 2 en dat de stromingsrichting om de buitenzijde van de mantel 2 ter hoogte van de winduitlaatopening 6 van richting veranderd. Hierdoor wordt een onderdruk gecreëerd in het gebied van de uitlaatopening 6.

Volgens een ander aspect van de uitvinding is de diameter van de winduitlaatopening 6 van de mantel groter dan een buitendiameter van de windinlaatopening 5 van de mantel 2.

Volgens een ander aspect van de uitvinding is de buitenomtrek van de mantel 2 van een helixvormige opstaande rib 30 voorzien. Dit verlengt de stromingsafstand van de wind aan de buitenzijde van de mantel 2 ten opzichte van de stromingsafstand van de wind door de binnenzijde van de mantel 2 en dit veranderd de stromingsrichting om de buitenzijde van mantel 2. Hierdoor wordt een onderdruk gecreëerd in het gebied van de uitlaatopening 6.

Volgens een ander aspect van de uitvinding, zie ook de figuren 3A, 3B, is de windturbine 1 in het gebied van de winduitlaatopening 6 van de mantel 2 van een aantal, in dit geval twee, concentrisch met de uitlaatopening 6 opgestelde ringvormige elementen 40 voorzien. De ringvormige elementen 40 hebben elk een andere diameter, die beide kleiner zijn dan de diameter van de uitlaatopening 6. De ringvormige elementen 40 omvatten elk een cilindervormig omtreksoppervlak, dat zich in stroomafwaartse richting schuin buitenwaarts uitstrekt onder een hoek met de centrale aslijn 3. De ringvormige elementen 40 zijn derhalve in hoofdzaak conisch uitlopende ringvormige elementen. Door de taps uitlopende vorm van de ringvormige elementen 40 wordt de uit de uitlaatopening 6 stromende wind radiaal buitenwaarts geleid. Aan de mantel 2 is een zich over de omtrek van de uitlaatopening 6 uitstrekkende flexibele klep 41 aangebracht, die met één eindzone met de mantel 2 is verbonden. Aan het buitenste ringvormige element 40 is een zich over de omtrek daarvan uitstrekkende flexibele klep 41 aangebracht, die met één eindzone met het ringvormige element 40 is verbonden. In figuur 3A zijn de kleppen 41 in hun vrijgavetoestand getoond, waarin ze de uitlaatopening 6 in hoofdzaak vrijgeven. De uit de winduitlaatopening 6 stromende wind verplaatst de kleppen automatisch in deze vrijgavetoestand. Wanneer de wind keert en via de uitlaatopening 6 in de mantel 2 dreigt te stromen, duwt de wind de kleppen 41 automatisch naar hun afsluittoestand, zoals getoond in figuur 3B. In de afsluittoestand ligt de met de mantel 2 verbonden klep 41 met zijn vrije eindzone tegen het buitenste ringvormige element 40 aan, en ligt de met het buitenste ringvormige element 40 verbonden klep tegen het binnenste ringvormige element 40 aan, zodat de kleppen 41 althans de omtrekszone van de winduitlaatopening 6 in hoofdzaak afsluiten. In het bijzonder sluit de met de uitlaatopening 6 verbonden klep 41 de ruimte tussen de uitlaatopening 6 en het buitenste ringvormige element 40 in hoofdzaak af. In het bijzonder sluit de met het buitenste ringvormige element 40 verbonden klep 41 de ruimte tussen het buitenste ringvormige element 40 en het binnenste ringvormige element 40 in hoofdzaak af. Tussen de omtrekseindzone van de uitlaatopening 6 van de mantel 2 en het buitenste ringvormige element 40, en tussen het buitenste ringvormige element 40 en het binnenste ringvormige element 40, strekken begrenzingselementen in de vorm van staven 42 zich uit. Deze staven 42 voorkomen dat de flexibele kleppen 41 door de in de uitlaatopening 6 dreigende te stromen wind de kleppen 41 vanuit hun afsluittoestand verder naar binnen blaast. In dit voorbeeld is het binnenste ringvormige element 40 niet van een klep voorzien, zodat een centraal deel van de uitlaatopening 6 niet kan worden afgesloten. Desgewenst kan ook dit binnenste ringvormige element 40 van een klep voorzien zijn, zodat het centrale deel van de uitlaatopening 6 kan worden afgesloten en de uitlaatopening 6 nagenoeg volledig kan worden afgesloten.

De windturbine 1 volgens de uitvinding kan in het bijzonder een relatief kleine windturbine zijn, die ook wel een microturbine of stedelijke windturbine wordt genoemd, welke windturbine in een bebouwde omgeving en in het bijzonder eventueel op een gebouw kan worden opgesteld. Hiertoe kan de windturbine 2 een poot 50 omvatten, met behulp waarvan de windturbine kan worden opgesteld. Zoals blijkt uit de figuren, is de windturbine 1 in het bijzonder een zogeheten horizontale windturbine, waarbij de rotatie-aslijn van de rotor en de centrale aslijn 3 van de mantel 2 in gebruik van de windturbine 1 in hoofdzaak horizontaal zijn opgesteld. dat een binnenoppervlak van de mantel en/of rotorbladen van de rotor van een structuur is/zijn voorzien, welke structuur een patroon van uitsparingen bezit voor het opnemen van in hoofdzaak stilstaande lucht.

De figuren 4A - 4C tonen een nanostructuur 60, die bijvoorbeeld op het binnenoppervlak van de mantel 2 en/of op de statorbladen 10 en/of op de achterstatorbladen 20 kan zijn aangebracht. De nanostructuur 60 bezit een patroon van uitsparingen 61 voor het opnemen van in hoofdzaak stilstaande lucht. De afmetingen van de uitsparingen 61 ligt in de orde van grootte van enkele pm tot enkele mm. De afmetingen zijn in dit voorbeeld in hoofdzaak ovaal, maar kunnen elke gewenste vorm bezitten. De lengte 62 van elke uitsparing is in dit voorbeeld ongeveer 4,2 mm. De breedte 63 van elke uitsparing is in dit voorbeeld ongeveer 2,3 mm. De diepte 64 van elke uitsparing is in dit voorbeeld ongeveer 0,7 mm. De omtrekswand van elke uitsparing 61 strekt zich in dit voorbeeld onder een hoek a3 met het binnenoppervlak van de mantel en/of het oppervlak van het statorblad 10 en/of achterstatorblad 20 uit, waarbij de hoek a8 in dit voorbeeld ongeveer 95° is. De omtrekswand van elke uitsparing 61 is in dit voorbeeld onder een afgeronde hoek 65 met de bodem van elke uitsparing verbonden, waarbij de afgeronde hoek 65 in dit voorbeeld een radius van ongeveer 0,6 mm heeft. In dit voorbeeld zijn de uitsparingen 61 in een aantal in hoofdzaak rechte lijnen 69 naast elkaar opgesteld, waarbij de rechte lijn zich onder een hoek a4 ten opzichte van de centrale aslijn 3 uitstrekt, waarbij de hoek a4 in dit voorbeeld ongeveer 41° is. In dit voorbeeld is een hartafstand 66 tussen twee in één lijn naast elkaar opgestelde uitsparingen 61 ongeveer 3,8 mm. In dit voorbeeld zijn de uitsparingen 61 van twee naast elkaar opgestelde lijnen 69 van uitsparingen 61 versprongen ten opzichte van elkaar opgesteld, waarbij de verspringing 67, in een richting haaks op de langsrichting van de mantel 2 in dit voorbeeld ongeveer 1,1 mm is. Een hartafstand 68 tussen twee naburige uitsparingen 61 van naburige lijnen 69 is in dit voorbeeld ongeveer 5,2 mm.

De figuren 5A - 5E tonen een rotor volgens een aspect van de uitvinding. De rotor omvat een aantal, in dit voorbeeld zes, rotorbladen 70, die met een omtreksrand met een rotorlichaam 71 van een generator zijn verbonden, zie ook figuur 1D. Door een in de mantel 2 stromende windstroom wordt de rotor 4 roterend aangedreven, waardoor het rotorlichaam 71 mee roteert. Om het rotorlichaam 71 is een in de mantel 2 opgesteld statorlichaam 77 van de generator opgesteld, zie figuur 1D. Zoals zichtbaar is in figuur 5C zijn de rotorbladen 70 onder een hoek a5 met de rotatie-aslijn 3 opgesteld, welke hoek a5 in dit voorbeeld ongeveer 53° is. Zoals onder andere zichtbaar is in de figuren 5A, 5B en 5D, hebben de rotorbladen windintreezijde met een vooreindrand 72 en een winduittreezijde met een eindrand 73. De eindrand 73 is in hoofdzaak sinusvormig over een gebogen hoofdlijn 74. Een hoek a6 van de hoofdlijn 74 nabij een binnenste einde van de eindrand 73, dat nabij de met de centrale aslijn 3 samenvallende rotatie-aslijn is opgesteld, ten opzichte van een rechte lijn 75 tussen het binnenste einde en het buitenste einde van de eindrand 73, dat nabij het rotorlichaam 71 is opgesteld, is in dit voorbeeld ongeveer 38°. Een hoek a7 van de hoofdlijn 74 nabij het buitenste einde van de eindrand 73 ten opzichte van de rechte lijn 75 tussen het binnenste einde en het buitenste einde, is in dit voorbeeld ongeveer 17°.

De vooreindrand 72 is in hoofdzaak boogvormig. Een hoek a8 van de vooreindrand 72 nabij een binnenste einde van de vooreindrand 72, dat nabij de met de centrale aslijn 3 samenvallende rotatie-aslijn is opgesteld, ten opzichte van een rechte lijn 76 tussen het binnenste einde en het buitenste einde van de vooreindrand 72, dat nabij het rotorlichaam 71 is opgesteld, is in dit voorbeeld ongeveer 28°. Een hoek al4 van de vooreindrand 72 nabij het buitenste einde van de vooreindrand 72 ten opzichte van de rechte lijn 76 tussen het binnenste einde en het buitenste einde, is in dit voorbeeld ongeveer 48°. Zoals zichtbaar is in onder andere de figuren 5C en 5E, de rotorbladen 70 zijn in een richting tussen een binnenste eindzone en de met het generatorlichaam 71 verbonden omtreksrand getordeerd, in dit voorbeeld over een hoek al 5 van ongeveer 5°.

De figuren 6A en 6B tonen een windturbine 1 volgens een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding. Slechts de verschillen met de windturbine uit de figuren lt/m 5 zullen hier toegelicht worden, voor een overige omschrijving van de figuren 6A en 6B wordt verwezen naar de figuurbeschrijving behorende bij de figuren 1 t/m 5.

De windturbine 1 volgens de tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding verschilt van de windturbine volgens de eerste uitvoeringsvorm in dat de inlaatopening 5 en uitlaatopening 6 in hoofdzaak ovaalvormig zijn in plaats van cirkelvormig. De mantel 2 verloopt vanaf zijn ovale eindzones of openingen 5,6 geleidelijk over naar een ronde dwarsdoorsnedevorm, zodat het deel van de mantel 2 waar de rotor 4 is opgesteld in hoofdzaak cilindervormig is, net zoals bij de windturbine volgens de eerste uitvoeringsvorm.

Opgemerkt wordt, dat de uitvinding zich niet beperkt tot de getoonde uitvoeringsvormen, maar zich tevens uitstrekt tot varianten binnen het bereik van de aangehechte conclusies.

Zo zijn de genoemde waarden voor afmetingen, hoeken, en dergelijke slechts bij wijze van voorbeeld gegeven. Het is de aanvrager gebleken, dat de genoemde waarden in het bijzonder geschikt zijn, maar de uitvinding is dus niet daartoe beperkt.

Ook zal duidelijk zijn, dat de vorm van de inlaatopening en/of uitlaatopening niet beperkt is tot de getoonde cirkelvorm of ovaalvorm, maar dat deze elke geschikte vorm kunnen vertonen. Het deel waar de rotor is opgesteld is bij voorkeur wel cirkelvormig in dwarsdoorsnede, en daardoor cilindrisch, waarbij in het geval van een niet-cirkelvormige inlaatopening of nietcirkelvormige uitlaatopening een geleidelijke overgang naar dit cilindrische deel zal plaatsvinden.

Claims (15)

1. Inrichting voor het omzetten van windenergie in althans mechanische energie, omvattende een door wind om een rotatie-aslijn roteerbaar aandrijfbare rotor en een daaromheen opgestelde mantel met een windinlaatopening en een winduitlaatopening, waarbij een centrale aslijn van de mantel in hoofdzaak samenvalt met de rotatie-aslijn van de rotor, gekenmerkt door ten minste één aan de winduitlaatopening van de mantel aangebrachte klep, die instelbaar is tussen een eerste, vrijgavetoestand waarin de ten minste ene klep de winduitlaatopening in hoofdzaak vrijgeeft en een tweede, afsluittoestand waarin de ten minste ene klep althans een deel van de winduitlaatopening in hoofdzaak afsluit.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de ten minste ene klep een keerklep is, zodanig, dat de ten minste ene klep zich door de windkracht automatisch instelt van zijn afsluittoestand naar zijn vrijgavetoestand wanneer de wind vanaf de windinlaatopening naar de winduitlaatopening stroomt en zich automatisch instelt van zijn vrijgavetoestand naar zijn afsluittoestand wanneer de wind door de winduitlaatopening in de mantel dreigt te stromen.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de ten minste ene klep van een flexibel materiaal is vervaardigd.

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarbij het flexibele materiaal een doek is.

5. Inrichting volgens conclusie 3 of 4, waarbij de ten minste ene klep zich over ten minste een deel van de omtrek van de uitlaatopening uitstrekt en met één omtrekseindzone daarvan met de mantel is verbonden en waarbij de andere omtrekseindzone vrij hangt.

6. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, waarbij de ten minste ene klep zich over ten minste een deel van de omtrek van de uitlaatopening uitstrekt en met één omtrekseindzone daarvan zwenkbaar met de mantel is verbonden, zodanig, dat de ten minste ene klep zwenkbaar is tussen zijn vrijgavetoestand en zijn afsluittoestand.

7. Inrichting volgens conclusie 5 of 6, omvattende ten minste één nabij de uitlaatopening concentrisch met de centrale aslijn opgesteld ringvormig element met een kleinere dwarsdwarsdoorsnede-afmeting dan de winduitlaatopening.

8. Inrichting volgens conclusie 7, waarbij het ten minste ene ringvormige element van een genoemde klep is voorzien, waarbij de klep zich over ten minste een deel van de omtrek van het ten minste ene ringvormige element uitstrekt en met één omtrekseindzone daarvan, eventueel zwenkbaar, met het ten minste ene ringvormige element is verbonden.

9. Inrichting volgens conclusie 7, omvattende ten minste één nabij de uitlaatopening concentrisch met de centrale aslijn opgesteld volgend ringvormig element met een kleinere dwarsdoorsnede-afmeting dan het ten minste ene ringvormige element, welk ten minste ene volgende ringvormige element eventueel van een genoemde klep is voorzien, waarbij de eventuele klep zich over ten minste een deel van de omtrek van het ten minste ene volgende ringvormige element uitstrekt en met één omtrekseindzone daarvan, eventueel zwenkbaar, met het ten minste ene volgende ringvormige element is verbonden.

10. Inrichting volgens een der conclusies 7-9, waarbij het of elk ringvormige element een waarbij het of elk in hoofdzaak ringvormige element een omtreksoppervlak omvat, dat zich in stroomafwaartse richting verwijdt. 11 Inrichtig volgens conclusie 10, waarbij het omtreksoppervlak zich in stroomafwaartse richting schuin buitenwaarts uitstrekt onder een hoek met de centrale aslijn.

12. Inrichting volgens conclusie 10, waarbij de genoemde hoek groter is dan 0° en kleiner is dan 60°.

13. Inrichting volgens een der voorgaande conclusies, omvattende begrenzingsmiddelen voor het begrenzen van een verplaatsing van de klep in zijn afsluittoestand, zodanig, dat de klep zich vanuit zijn afsluittoestand niet in stroomopwaartse richting naar de windinlaatopening kan verplaatsen.

14. Inrichting volgens conclusie 13, waarbij de begrenzingsmiddelen ten minste één zich in hoofdzaak radiale richting uitstrekkend langwerpig begrenzingselement omvatten.

15. Inrichting volgens conclusie 14, waarbij het ten minste ene begrenzingselement een staaf of gespannen draad omvat.

16. Inrichting volgens conclusie 14 of 15 en althans 7, waarbij het ten minste ene begrenzingselement zich tussen de uitlaatopening van de mantel en het ten minste ene ringvormige element, en/of, wanneer van toepassing, tussen naburige ringvormige elementen, uitstrekt.