WO2009036713A1 - Strömungsenergieanlage, insbesondere windkraftanlage - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsenergieanlage, inbesondere Windkraftanlage, mit einem Mast und einem, um eine erste vertikale Achse (A1) rotierenden, Rotor (3). Erfindungsgemäss ist in definiertem Abstand zum Rotor (3) wenigstens ein sich vertikal erstreckendes Diffusorelement (3,4) angeordnet, dass um eine zweite vertikale Achse (A2) schwenkbar gelagert ist, wobei die erste vertikale Achse (A1) des Rotors (3) von der zweiten vertikalen Achse (A2) des Diffusorelementes beabstandet ist.

Description

Beschreibung
Strömungsenergieanlage, insbesondere Windkraftanlage
Die Erfindung betrifft eine Strömungsenergieanlage, insbesondere Windkraftanlage, wobei an einem Mast ein um eine vertikale Achse rotierender Rotor mit Rotorblättern angeordnet ist und die durch die Windströmung erzeugte Rotation des Rotors in elektrische Energie umgewandelt wird.
In DE 85 33 964 U1 wird ein horizontal wirkender Windflügelmotor beschrieben, der einen Windtrichter aufweist, der die Windflügel teilweise umschließt und über eine Windfahne in die erforderliche Windrichtung bringbar ist. Der Windtrichter ist im Querschnitt in einem Viertelkreis ausgebildet. Einen vertikalen Windrotor mit einer an einem Arm ausgebildeten Luftansaugfläche beschreibt DE 198 56 914 A1 und einen Anlage mit einem geraden plattenförmigen Windteilungsblech wird in , DE 86 31 273.1 vorgestellt. Alle drei vorgenannten Lösungen sind strömungstechnisch nachteilig ausgebildet.
Nach DE 299 20 899 U1 ist eine Windkraftanlage mit Vertikalrotor und Frontalanströmung bekannt, mit welcher durch eine spezielle Einleitflächenkonstruktion eine Eintrichterung bzw. ein Sog erzielt werden soll, womit höhere Durchströmgeschwindigkeiten erzielbar sind. Durch eine spezielle Konstruktion von zwei Einleitflächen (Diffusorflächen) soll eine Ausrichtung entsprechend der Anströmungsrichtung des Windes erzielt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die erwünschte Nachführung nicht immer zu verzeichnen war.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Windkraftanlage mit Vertikalrotor zu schaffen, bei welcher die Energie, insbesondere die Bewegungsenergie des strömenden Mediums mit einem hohen Wirkungsgrad in andere Energieformen Oberführt werden kann, und die eine zuverlässige Nachführung der Anlage entsprechend der Anströmrichtung des Windes gewährleistet
Ersatzblatt Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Windkraftanlage weist einen Mast und einen um eine erste vertikale Achse rotierenden Rotor auf, wobei erfindungsgemäß in definiertem Abstand zum Rotor ein Diffusorelement angeordnet ist, das um eine zweite vertikale Achse gelagert wird. Die erste und die zweite vertikale Achse sind dabei voneinander beabstandet. Ausgehend von der Anström richtung des Windes befindet sich die erste vertikale Achse des Rotors hinter der zweiten vertikalen Achse des Diffusorelements. Der Rotor ist dabei, z.B. bei Änderung der Windrichtung, gemeinsam mit dem Diffusorelement um die zweite vertikale Achse schwenkbar. Das Diffusorelement ist in seiner zweiten vertikalen Achse schwenkbar am Mast gelagert und über wenigstens ein sich im wesentlichen horizontal erstreckendes Verbindungselement ist wiederum der Rotor mit dem Diffusorelement verbunden. Das Verbindungselement ist bevorzugt als Grund- und Deckplatte ausgebildet, zwischen denen der Rotor um seine erste vertikale Achse drehbar gelagert ist. Vorzugsweise werden beidseitig zum Rotor zwei sich vertikal erstreckende Diffusorelemente verwendet, zwischen denen sich Grund- und Deckplatte erstrecken. Durch die in Windrichtung weisenden vertikalen Kanten der Diffusorelemente wird eine Einströmöffnung und durch die dazu entgegengesetzten vertikalen Kanten der Diffusorelemente eine Ausströmöffnung gebildet, die unten und oben durch die Grund- und Deckplatte begrenzt wird.
Der Höhe des Rotors entsprechend erstrecken sich ein- oder beidseitig zu diesem Diffusorelemente. Bei Verwendung von zwei Diffusorelementen wird durch diese in Anströmrichtung des Windes vor dem Rotor eine Einstromöffnung und hinter dem Rotor eine Ausströmöffnung gebildet In Anströmrichtung des Windes verjüngt sich dabei die Einströmöffnung auf eine Breite, die ca. 50% des Durchmessers des Rotors entspricht Die Ausströmöffnung verbreitert sich demgegenüber nach dem Rotor auf ca. das doppelte des Durchmessers des Rotors. Eine in Strömungsrichtung vertikal verlaufende erste Fläche des ersten Diffusorelementes ist dabei in Richtung zum Rotor zuerst konkav und dann konvex gekrümmt Von der in Windrichtung weisenden Kante des ersten Diffusorelements
Ersatzblatt in Richtung zu dessen Kante im Bereich des Windaustritts führt eine langgestreckte konvexe Krümmung bis über den Durchmesser des Rotors hinaus, an die sich eine konkave Krümmung anschließt. In Richtung zum Rotor weist das erste Diffusorelement eine Krümmung auf, die dem Durchmesserverlauf des Rotors folgt. Das zweite Diffusorelement ist ebenfalls vertikal verlaufend an der dem ersten Diffusorelement gegenüberliegenden Seite des Rotors angeordnet. Die Diffusorelemente sind auf einer Grundplatte befestigt, auf welcher ebenfalls der Rotor drehbar gelagert ist. Die Grundplatte ist auf einem Mast schwenkbar gelagert. Da die Diffusorelemente mit der Grundplatte verbunden sind und der Rotor zwischen Grund- und Deckplatte angeordnet ist, vollführen diese gemeinsam die Schwenkbewegung um die vertikale zweite Achse. Die Achsen der Grundplatte und des Rotors sind dabei voneinander beabstandet. Dadurch wird eine bessere Nachführung der Anlage in Abhängigkeit von der Windrichtung gewährleistet.
Anstelle der Verwendung von zwei Diffusörelementen ist es auch möglich, nur ein Diffusorelement zu verwenden. Dessen Schwenkachse kann auf der Rotorachse liegen oder von dieser beabstandet sein. Bevorzugt ist das eine Diffusorelement radial nach außen so gewölbt, dass es dem Verlauf eines, die nach außen weisenden Enden der Rotorblätter umspannenden, Hüllkreises angepasst ist. Der innere Krümmungsradius des Diffusorelements wird dabei entsprechend des gewünschten Abstandes von den Rotorblättern gewählt.
Die Länge des Diffusorelements sollte in etwa dem Abstand der nach außen weisenden Kanten zweier Rotorblätter entsprechen.
Die Schwenkbewegung das Diffusorelements kann dabei z.B. in Abhängigkeit von einer, durch den Wind drehbaren, Windfahne gesteuert werden. Es ist jedoch auch möglich, daß sich das Diffusorelement bei einer zur Rotorachse beabstandeten Schwenkachse selbst entsprechend der Windrichtung nachstellt. Die Höhe des Diffusorelements sollte in etwa der Höhe des Rotors entsprechen.
Durch die Anordnung von ein oder zwei des Diffusörelementen in relativ geringem Abstand von den Rotorblättern und die trichterförmige Erweiterung in und
Ersatzblatt - -
entgegen der Windrichtung, über die Diffusorelemente tangential angeströmt wird, ist eine überraschend starke Sogwirkung und ein Unterdruck in Abströmrichtung des Windes zu verzeichnen, die eine große Steigerung der Durchströmgeschwindigkeit und damit der Drehzahl des Rotors zur Folge hat. Dadurch kann die Leistung der Windkraftanlage um ca. 25% gesteigert werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
g. 1: Vorderansicht der Windkraftanlage,
Fig. 2: Schnitt A-A gem. Fig. 1 , Fig. 3: Einzeldarstellung des Rotors,
Fig. 4: Draufsicht gem. Fig. 3,
Fig. 5: Draufsicht der Grundplatte,
Fig. 6: Schnittdarstellung des ersten Diffusorelementes,
Fig. 7: Schnittdarstellung des zweiten Diffusorelementes, Fig. 8: Prinzipdarstellung der Lagerung von Grundplatte und Rotor,
Fig. 9: Prinzipdarstellung der Aufhängung eines Rotors mittels zweier Querstäbe in Draufsicht,
Fig. 10: Schnitt C-C gem. Fig. 9
Fig. 11: Prinzipdarstellung der Verwendung von nur einem Diffusorelement in der Draufsicht.
Die Windkraftanlage besteht gem. Fig. 1 im wesentlichen aus einem Mast 1, an welchem die Grundplatte 2 drehbar gelagert ist. Beidseitig zum Rotor 3 sind ein erstes 4 und ein zweites 5 Diffusorelement vertikal auf der Grundplatte 2 sitzend angeordnet. Nach oben schließt die Windkraftanlage mittels einer Deckplatte 6 ab. Der Rotor 3 wird durch das erste Diffusorelement 4 zu 50 % seines Durchmessers verdeckt so dass der Rotor auf 50 % seiner Breite angeströmt wird. In Fig. 2 ist der Schnitt A-A gemäß Fig. 1 dargestellt Auf der Grundplatte 2 sitzen das erste 4 und das zweite 5 Diffusorelement Dazwischen ist der Rotor 3 angeordnet. Das erste Diffusorelement 4 weist in Windrichtung eine Kante 4.1 und das zweite Diffusorelement 5 eine Kante 5.1 auf, welche die Einströmöffnung ES bilden. Die
Ersatzblatt beiden Kanten 4.1, 5.1 überragen den Außendurchmesser des Rotors in Windrichtung. Der Abstand 11 der beiden Kanten 4.1 , 5.1 entspricht in etwa dem Rotordurchmesser D. Das erste Diffusorelement 4 weist in Ausströmrichtung des Windes eine weitere Kante 4.2 auf. In nur geringem Abstand zum Rotor ist eine dritte Kante 4.3 am ersten Diffusorelement 4 vorgesehen, die etwa bis zur Hälfte des Rotordurchmessers reicht. Zwischen der ersten Kante 4.1 und der zweiten Kante 4.2 erstreckt sich eine Diffusorfläche 4a, zwischen der zweiten Kante 4.2 und der dritten Kante 4.3 eine Diffusorfläche 4b und zwischen der ersten Kante 4.1 und der dritten Kante 4.3 eine Diffusorfläche 4c. Die erste Diffusorfläche 4a verläuft von der Kante 4.1 bis über den Rotor hinaus in einem großen Bogen konvex, an den sich eine konkave Krümmung bis zur Kante 4.2 anschließt. Die Diffusorfläche 4b verläuft von der Kante 4.2 zuerst in einen konvexen Bogen, an den sich, dem Verlauf des Rotors folgend eine konkave Krümmung bis zur Kante 4.3 anschließt. Die Diffusorfläche 4c weist von der Kante 4.1 bis zur Kante 4.3 zuerst eine konkave und dann eine konvexe Krümmung auf. Das zweite
Diffusorelement 5 weist in Richtung zum Windaustritt eine Kante 5.2 auf und ist in
, ihrem Querschnitt tragflächenförmig gestaltet. Zwischen der Kante 5.1 und der
Kante 5.2 weist das erste Diffusorelement nach außen eine Diffusorfläche 5a und in Richtung zum Rotor eine Diffusorfläche 5b auf. Der Verlauf der Diffusorfläche 5a ist spiegelbildlich zur Fläche 4a gestaltet. Die Fläche 5b verläuft bis zum Rotor 3 in einer konvexen Krümmung, an die sich in etwa in der Mitte des Rotors 3 eine konkave Krümmung anschließt, von der aus die Fläche 5b in konvex gekrümmten Bogen bis zur Kante 5.2 verläuft Von der Mittellinie des Rotors 3 in Abströmrichtung weisen die Flächen 4b und 5b spiegelbildlich in etwa den gleichen Verlauf auf. Der die Einströmöffnung ES begrenzende Abstand 12 zwischen der Kante 4.3 und der Fläche 5b beträgt etwa 0,5xD. Der die Ausströmöffnung bildende Abstand 13 der Kanten 4.2 und 5.2 beträgt bevorzugt in etwa 2xD.
Der Rotor in der Vorderansicht ist in Fig. 3 und in der Draufsicht in Rg. 4 dargestelft Er weist vier fluchtend übereinander angeordnete kreisscheibenförmige Rotorscheiben 3 auf, welche mit einer zentralen, axialen, länglich zylindrischen Achse A miteinander verbunden sind. An den Rotorscheiben
Ersatzblatt - o -
3 sind drei Rotorblätter 4 angeordnet. Die Rotorblätter 3.1 sind im Querschnitt tragflächenförmig gewölbt ausgebildet und erstrecken sich vom Umfang der Rotorscheiben 7 in einer gewölbten oder gebogenen Linie radial nach innen. Eine äußere Längskante der Rotorblätter 3.1 schließt mit dem Umfang der Rotorscheiben 7 ab. Die inneren Längskanten der Rotorblätter 3.1 weisen zur konkaven Fläche des nächsten Rotorblattes 3.1. Zwischen der oberen und der unteren Rotorplatte 7 erstrecken sich, die anderen beiden Rotorplatten 7 durchdringend, drei vertikal angeordnete Rotorblätter 4. Die Rotorblätter 4 sind dabei in der Art vertikal ausgerichteten Platte ausgebildet.
Die Draufsicht einer Grundplatte 2 ist in Fig. 5 dargestellt. Es ist die Position des Rotors (3) mit den Rotorblättem 3.1 angedeutet. Die erste Achse A1 bildet die Rotationsachse des Rotors (3) zwischen Grund- und Deckplatte 2 und 6, die zweite Achse A2 die Schwenkachse D der Grundplatte 2 am Mast 1 (Fig. 1).
Fig. 6 zeigt den Querschnitt des ersten Diffusorelements 4 und Fig. 7 den Querschnitt des zweiten Diffusorelements 5.
In Fig. 8 ist die Prinzipskizze der Lagerung von Rotor 3 und Grundplatte 2 in Seitenansicht dargestellt. Die Grundplatte 2 wird in der ersten Achse A2 schwenkbar am Mast 1 gelagert. Auf der Grundplatte 2 sind die weiteren Elemente der Windkraftanlage angeordnet. Dabei ist zwischen der Grundplatte 2 und der Deckplatte 6 der Rotor 3 in einer ersten vertikalen Achse A1 drehbar gelagert. Die beiden Achsen A1 und A2 sind im Abstand b zueinander angeordnet. Der Generator G ist bevorzugt im Mast 1 angeordnet. Die Übertragung der Drehbewegung des Rotors 3 auf den Rotor (Läufer) des Generators G erfolgt z.B. über Zahnriemen Z, der in einem Gehäuse 10 angeordnet ist. Auf den nach oben offenen Gehäuse sitzt die Grundplatte 2. Die schwenkbare Lagerung um die zweite vertikale Achse A2 erfolgt somit auch Ober das Gehäuse 10
Die Prinzipdarstellung der Aufhängung eines Rotors 3 zwischen zwei Diffusor- elementen 4, 5 mittels zweier Verbindungselemente in Form von Querstäbe 2a, 6a anstelle der Grundplatte 2 und Deckplatte 6 (Fig. 1) zeigt Fig. 9 in der Draufsicht
Ersatzblatt und Fig. 10 im Schnitt C-C gem. Fig. 9. Zur Stabilisierung der Verbindung zwischen den Diffusorelementen 4, 5 sind parallel zu den Querstäben 2a und 6a zwei weitere Querstäbe 2a' und 6a' vorgesehen. Im Bereich des unteren Querstabes 2a' erfolgt dabei die schwenkbare Lagerung der Diffusorelemente 4, 5 in der zweiten vertikalen Achse A2 mit dem daran aufgehangenem Rotor 3.
Eine weitere Variante unter Verwendung von nur einem Diffusorelement 4 in der Draufsicht ist in Fig. 11 dargestellt, wobei hier der Abstand zwischen Rotor 3 und Verschlussklappe 8 vor und nach dem Rotor ebenfalls trichterförmig erweitert ist. Das Diffusorelement 4 ist unten und oben mit einer horizontalen Grundplatte 2 und Deckplatte 6 versehen, zwischen denen der Rotor 3 in der Achse A1 gelagert ist. Die Lagerung des Diffusorelements 4 erfolgt in der zweiten vertikalen Achse A2 am hier nicht dargestellten Mast.
Mit der Erfindung wird eine zuverlässige Nachführung der Diffusorelemente und somit der Einströmöffnung entsprechend der Windrichtung gewährleistet. Der gesamte am Mast befestigte Aufbau aus Diffusorelement und daran drehbar aufgehangenem Rotor dreht sich durch seine konstruktive Gstaltung wie eine Windfahne entsprechend der Windrichtung. Die konstruktive Gestaltung der Diffusorelemente verstärkt das Unterdruckgebiet und die Sogwirkung hinter dem Rotor wodurch die Schnelllaufzahl des Rotors wesentlich erhöht wird. Das Flugzeugtragflächenprofil wirkt ebenfalls durch dessen Auftriebsprinzip verbessernd auf die Laufleistung des Rotors.
Ersatzblatt

Claims

Patentansprüche
1. Strömungsenergieanlage, insbesondere Windkraftanlage, mit einem Mast und einem, um eine erste vertikale Achse (A1) rotierenden, Rotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass in definierten Abstand zum Rotor (3) wenigstens ein sich vertikal erstreckendes Diffusorelement (3, 4) angeordnet ist, das um eine zweite vertikale Achse (A2) schwenkbar gelagert ist, wobei die erste vertikale Achse (A1 ) des Rotors (3) von der zweiten vertikalen Achse (A2) des Diffusorelementes beabstandet ist.
2. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Anströmrichtung des Windes (W) die erste vertikale Achse (A1 ) des Rotors (3) im Abstand (b) hinter der zweite vertikalen Achse (A2) des Diffusorelementes liegt.
3. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) um die zweite vertikale Achse (A2) gemeinsam mit dem Diffusorelement (4, 5) schwenkbar ist.
4. Strömungsenergiea[pi]lage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusorelement (2) in seiner zweiten vertikalen Achse (A2) am Mast (1 ) schwenkbar gelagert ist.
5. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) mit dem Diffusorelement (4, 5) verbunden ist.
6. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) mit dem Diffusorelement (4, 5) über mindestens ein, sich horizontal an das Diffusorelement anschliessendes Verbindungselement verbunden ist
Ersatzblatt 7. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement als Grundplatte und/oder Deckplatte oben unten und/oder oben an das Diffusorelement anschliesst.
8. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig zum Rotor (3) zwei sich vertikal erstreckende Diffusorelemente (4, 5) angeordnet sind, die um eine gemeinsame vertikale Achse (A2) schwenkbar gelagert werden.
9. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verbindungselement zur Lagerung des Rotors (3) zwischen den beiden Diffusorelementen (4, 5) erstreckt.
10. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei als Grundplatte (2) und Deckplatte (6) ausgebildete Verbindungselemente oben und unten zwischen den beidenDiffusorelementen erstrecken.
11. Strömungsenergieanlage nach einem der Anspruch 1 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) sich vertikal erstreckende Rotorblätter (3.1) aufweist und sich das Diffusorelement (4, 5) mindestens über den Abstand zweier vertikaler Aussenkanten zweier benachbarter Rotorblätter erstreckt.
12. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die in Anströmrichtung des Windes weisende sich vertikal erstreckende Seite des Diffusorelements so ausgerichtet ist, dass der Wind den sich bildenden Einlass tangential anströmt.
13. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung des/der Diffusorelemente
(4, 5) in Abhängigkeit von der Windrichtung steuerbar ist.
Ersatzblatt 14. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Diffusorelement/e (4, 5) in Abhängigkeit von der Windrichtung selbsttätig schwenkbar ist/sind.
15. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Diffusorelement/e (4, 5) bereichsweise so gewölbt ist/sind, dass es/sie dem Verlauf eines, die nach aussen weisenden Kanten (6) der Rotorblätter (4) umspannenden, Hüllkreises (H) angepasst ist/sind.
16. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand des Diffusorelementes (4, 5) von dem Hüllkreis (H) in Richtung des anströmenden Windes trichterartig vergrössert.
17. Strömungsenergieanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis16, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand des Diffusorelementes (4, 5) von dem Hüllkreis (H) entgegen der Richtung des anströmenden Windes vergrössert.
18. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohe des Diffusorelementes (4, 5) der Höhe des Rotors (3) entspricht.
19. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch zwei vertikale Diffusorelemente (4, 5) eine Einströmöffnung (Es) und eine Ausströmöffnung (As) gebildet werden.
20. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusorelemente (4, 5) zwischen der Grundplatte (2) und der Deckplatte (6) angeordnet sind.
21. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (2) um die zweite Achse (A2) schwenkbar am Mast
Ersatzblatt (1) gelagert ist und zwischen Grundplatte (3) und Deckplatte (6) der Rotor (3) um die erste Achse (A1 ) drehbar angeordnet ist.
22. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusorelemente (4, 5) in Anströmrichtung des Windes (W) vertikale Kanten 4.1 , 5.1 , welche eine Einströmöffnung (ES) bilden und in Abströmrichtung vertikale Kanten 4.2, 5.2, welche eine Ausströmöffnung (AS) bilden, aufweisen, die sich jeweils bis vor und hinter den Rotor (3) erstrecken.
23. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass Einströmöffnung (ES) und die Ausströmöffnung (AS) unten durch die
Grundplatte (2) und oben durch die Deckplatte (6) begrenzt werden.
24. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich, ausgehend von der Anströmrichtung des Windes (W), der Abstand zwischen den aufeinander zuweisenden - vertikalen Flächen der Diffusorelemente (4, 5) von ihren Kanten (4.1 , 5.1) in Richtung zum Rotor (3) trichterförmig verjüngt, anschliessend dem Verlauf/Durchmesser des Rotors (3) angepasst ist und sich nach dem Rotor (3) trichterartig bis zu den Kanten (4.2, 5.2) vergrössert.
25. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, der sich der Abstand der Diffusorelemente (4, 5) von einem Abstand (11) der Kanten (4.1 , 5.1 ) vor dem Rotor (3) auf einen Abstand (12) von 0,3 bis 0,7 x Durchmesser (D) des Rotors (3) verjüngt.
26. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand der Diffusorelemente (4, 5) hinter dem Rotor (3) auf einen Abstand (13) der Kanten (4.2, 5.2) von 1,5 bis 3 x
Durchmesser (D) des Rotors (3) erweitert.
Ersatzblatt 27. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die nach aussen weisenden vertikalen Flächen (4a, 5a) der Diffusorelemente (4, 5) spiegelbildlich zueinander sind.
28. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Kante (4.1) zum Rotor (3) verlaufende
Fläche (4c) des Diffusorelementes (4) eine konkav-konvexe Krümmung aufweist.
29. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) vertikal verlaufende Rotorblätter (3.1) aufweist, deren Form im Querschnitt einem Tragflächenprofil nachgebildet ist.
30. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Krümmung eines Rotorblattes (3.1) in Drehrichtung weist.
31. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der sich im Querschnitt verjüngende Bereich eines
Rotorblattes (3.1) in Richtung zur konkav gekrümmten Fläche des sich anschliessenden Rotorblattes (3.1 ) weist.
Ersatzblatt
Patentansprüche
1. Strömungsenergieanlage, insbesondere Windkraftanlage, mit einem Mast und einem, um eine erste vertikale Achse (A1) rotierenden, Rotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass in definierten Abstand zum Rotor (3) wenigstens ein sich vertikal erstreckendes Diffusorelement (3, 4) angeordnet ist, das um eine zweite vertikale Achse (A2) schwenkbar gelagert ist, wobei die erste vertikale Achse (A1 ) des Rotors (3) von der zweiten vertikalen Achse (A2) des Diffusorelementes beabstandet ist.
2. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Anströmrichtung des Windes (W) die erste vertikale Achse (A1 ) des Rotors (3) im Abstand (b) hinter der zweite vertikalen Achse (A2) des Diffusorelementes liegt.
3. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) um die zweite vertikale Achse (A2) gemeinsam mit dem Diffusorelement (4, 5) schwenkbar ist.
4. Strömungsenergiea[pi]lage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Diffusorelement (2) in seiner zweiten vertikalen Achse (A2) am Mast (1 ) schwenkbar gelagert ist.
5. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) mit dem Diffusorelement (4, 5) verbunden ist.
6. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) mit dem Diffusorelement (4, 5) über mindestens ein, sich horizontal an das Diffusorelement anschliessendes Verbindungselement verbunden ist
Ersatzblatt 7. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement als Grundplatte und/oder Deckplatte oben unten und/oder oben an das Diffusorelement anschliesst.
8. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig zum Rotor (3) zwei sich vertikal erstreckende Diffusorelemente (4, 5) angeordnet sind, die um eine gemeinsame vertikale Achse (A2) schwenkbar gelagert werden.
9. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Verbindungselement zur Lagerung des Rotors (3) zwischen den beiden Diffusorelementen (4, 5) erstreckt.
10. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwei als Grundplatte (2) und Deckplatte (6) ausgebildete Verbindungselemente oben und unten zwischen den beidenDiffusorelementen erstrecken.
11. Strömungsenergieanlage nach einem der Anspruch 1 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) sich vertikal erstreckende Rotorblätter (3.1) aufweist und sich das Diffusorelement (4, 5) mindestens über den Abstand zweier vertikaler Aussenkanten zweier benachbarter Rotorblätter erstreckt.
12. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die in Anströmrichtung des Windes weisende sich vertikal erstreckende Seite des Diffusorelements so ausgerichtet ist, dass der Wind den sich bildenden Einlass tangential anströmt.
13. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkbewegung des/der Diffusorelemente
(4, 5) in Abhängigkeit von der Windrichtung steuerbar ist.
Ersatzblatt 14. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Diffusorelement/e (4, 5) in Abhängigkeit von der Windrichtung selbsttätig schwenkbar ist/sind.
15. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das/die Diffusorelement/e (4, 5) bereichsweise so gewölbt ist/sind, dass es/sie dem Verlauf eines, die nach aussen weisenden Kanten (6) der Rotorblätter (4) umspannenden, Hüllkreises (H) angepasst ist/sind.
16. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand des Diffusorelementes (4, 5) von dem Hüllkreis (H) in Richtung des anströmenden Windes trichterartig vergrössert.
17. Strömungsenergieanlage nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis16, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand des Diffusorelementes (4, 5) von dem Hüllkreis (H) entgegen der Richtung des anströmenden Windes vergrössert.
18. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohe des Diffusorelementes (4, 5) der Höhe des Rotors (3) entspricht.
19. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass durch zwei vertikale Diffusorelemente (4, 5) eine Einströmöffnung (Es) und eine Ausströmöffnung (As) gebildet werden.
20. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusorelemente (4, 5) zwischen der Grundplatte (2) und der Deckplatte (6) angeordnet sind.
21. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (2) um die zweite Achse (A2) schwenkbar am Mast
Ersatzblatt (1) gelagert ist und zwischen Grundplatte (3) und Deckplatte (6) der Rotor (3) um die erste Achse (A1 ) drehbar angeordnet ist.
22. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusorelemente (4, 5) in Anströmrichtung des Windes (W) vertikale Kanten 4.1 , 5.1 , welche eine Einströmöffnung (ES) bilden und in Abströmrichtung vertikale Kanten 4.2, 5.2, welche eine Ausströmöffnung (AS) bilden, aufweisen, die sich jeweils bis vor und hinter den Rotor (3) erstrecken.
23. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass Einströmöffnung (ES) und die Ausströmöffnung (AS) unten durch die
Grundplatte (2) und oben durch die Deckplatte (6) begrenzt werden.
24. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass sich, ausgehend von der Anströmrichtung des Windes (W), der Abstand zwischen den aufeinander zuweisenden - vertikalen Flächen der Diffusorelemente (4, 5) von ihren Kanten (4.1 , 5.1) in Richtung zum Rotor (3) trichterförmig verjüngt, anschliessend dem Verlauf/Durchmesser des Rotors (3) angepasst ist und sich nach dem Rotor (3) trichterartig bis zu den Kanten (4.2, 5.2) vergrössert.
25. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, der sich der Abstand der Diffusorelemente (4, 5) von einem Abstand (11) der Kanten (4.1 , 5.1 ) vor dem Rotor (3) auf einen Abstand (12) von 0,3 bis 0,7 x Durchmesser (D) des Rotors (3) verjüngt.
26. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand der Diffusorelemente (4, 5) hinter dem Rotor (3) auf einen Abstand (13) der Kanten (4.2, 5.2) von 1,5 bis 3 x
Durchmesser (D) des Rotors (3) erweitert.
Ersatzblatt 27. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die nach aussen weisenden vertikalen Flächen (4a, 5a) der Diffusorelemente (4, 5) spiegelbildlich zueinander sind.
28. Strömungsenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Kante (4.1) zum Rotor (3) verlaufende
Fläche (4c) des Diffusorelementes (4) eine konkav-konvexe Krümmung aufweist.
29. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3) vertikal verlaufende Rotorblätter (3.1) aufweist, deren Form im Querschnitt einem Tragflächenprofil nachgebildet ist.
30. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die konvexe Krümmung eines Rotorblattes (3.1) in Drehrichtung weist.
31. Strömungsenergieanlage nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass der sich im Querschnitt verjüngende Bereich eines
Rotorblattes (3.1) in Richtung zur konkav gekrümmten Fläche des sich anschliessenden Rotorblattes (3.1 ) weist.
Ersatzblatt
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