PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10162981B4 03.05.2007
Titel Windkraftaggregat mit vertikaler Drehachse
Anmelder Stoyanoff, Assen, 82229 Seefeld, DE
Erfinder Stoyanoff, Assen, 82229 Seefeld, DE
DE-Anmeldedatum 20.12.2001
DE-Aktenzeichen 10162981
Offenlegungstag 27.02.2003
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse F03D 3/04(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F03D 3/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   F03D 3/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Windkraftaggregat mit vertikaler Drehachse.

Aus der DE 198 24 336 A1 ist ein Windkraftaggregat mit vertikaler Drehachse bekannt, bei dem ein Schaufelrad in einem kastenartigen Gehäuse angeordnet ist. Durch ebene Leitbleche wird der Windeintritt gesteigert und sodann das Schaufelrad beaufschlagt, wobei nach 180° Umdrehung entgegen der Stromrichtung hinderliche Wirbel entstehen. Auf welche Weise die Leistungseffizienz der gesteigerten Strömung minimiert wird. Dazu ist anzumerken, dass an Trennungsflächen immer Wirbel entstehen.

Aus der DE 199 61 751 A1 ist ferner ein Windruck-Turborotor bzw. ein Windkraftaggregat bekannt, bei dem der Winddruck auf die Zylindervorderflanken sich beidseitig teilt und im Inneren der Zylinder auf einen axial drehenden Flügelrotor geleitet wird, wobei über Achsverlängerungen die Rotoren von Stromgeneratoren angetrieben werden. Bei dieser bekannten Windturbine ist darauf hinzuweisen, dass ein geschlossenes Paraboloid-Gehäuse nicht vorhanden ist.

Die vorliegende Erfindung bezweckt ein Windkraftaggregat mit vertikaler Drehachse, das heißt einen Winddruck-Turborotor vorzusehen – wobei eine verbesserte aerodynamische Konstruktion sowie günstigere Winddruckverhältnisse erreicht werden.

Erfindungsgemäß weist das Windkraftaggregat die im Anspruch 1 genannten Merkmale auf. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Kreiszylinderinnenwände sowie die Rotorflügel mit Spulenwicklungen bzw. Magnetstäben bestückt, um so einen windstromangetriebenen Kreiszylinder-Generator zu bilden, der zusätzlich noch über und unter den Kreiszylinderdeckeln je ein Generator betreibt.

Das Windkraftaggregat kann vorwiegend zur elektrischen Stromerzeugung ausgelegt sein und zwar unter Verwendung eines Einzelzylinders oder eines Doppelzylinders. Einzelzylinder bzw. Doppelzylinder können stationär bzw. schwenkbar angeordnet sein.

Im Einzelnen handelt es sich bei den verwendeten Zylindern um geschlossenen Kreiszylinder mit je einer Einlassöffnung und Auslassöffnung an den Seiten. In der Mitte dreht sich axial ein mehrflügeliger Rotor. Die aufgenommene Windströmung der Umluft prallt auf der Vorderfront des Zylinders wobei ein Staudruck entsteht, der um die beidseitigen Zylinderkrümmungen strömt und zwar unter permanenter Geschwindigkeitssteigerung nach dem Bernoullischen Prinzip. Die Windströmung trifft dabei auf einen Einleitungskanal unter nochmaliger Drucksteigerung auf und strömt in den Zylinder ein. Achsenverlängerungen des Rotors ragen aus Zylinderdeckeln heraus und treiben jeweils einen Generator an. Durch vorgesetzte Bug- und Heckanbauten wird der Luftstrom durch verlängerte Anströmkurven-Flanken eine weitere Stromgeschwindigkeit erhalten und die Stromausbeute wird noch wesentlich erhöht.

Ein so genannter Paraboloid-Körper, d.h. ein Gehäuse mit vorzugsweise elliptischem Querschnitt erhält zusätzlich aufgesetzte über und unter dem Kreiszylinder Paraboloid angeordnete so genannte weitere Paraboloid-Körper zur Aufnahme der Generatoren.

Das Windkraftaggregat ist gekennzeichnet durch Folgendes: an den den Einlasschlitzen gegenüberliegenden Paraboloid-Außenflanken sind in der gesamten Länge mehrere Ausströmöffnungen installiert, wobei ein Abstand zwischen Kreiszylinderwand und Schlitzauslässen gehalten wird. Beide Außenkurven berühren sich nicht zum vollständigen Druckabbau an den Ausströmöffnungen.

Durch Lamellenschlitze in der Kreiszylinderwand strömt der Rotorinnendruck zur Druckentspannung heraus in das entstandene Innengehäuse. Die Konstruktion ist somit ein dreistückiges aerodynamisches Gehäuse-Aggregat mit Winddruckeinströmung und erhöhter Rotorrotation, wobei die Auslassöffnung nach 360° Luftumlauf im Gehäuse an den Seiten zum Heck hin ohne große Wirbelbeeinträchtigungen abströmen können.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Windturbine (1 bis 5) mit Einzel- sowie Doppelzylindern, in deren Mitte Flügelrotoren drehen.

Die Erfindung sieht ein geschlossenes paraboloides Gehäuse mit hoher aerodynamischer Effektivität vor.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen.

In der Zeichnung zeigt: [0024] 1 eine perspektivische Seitenansicht, etwas von oben, einer Windturbine gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, z.B. zum Einbau in Häuserwänden in Straßenschluchten mit permanenten Winddurchströmungen.

3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, bei dem Doppelzylinder Verwendung finden.

4 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel, bei dem eine perspektivische Frontdarstellung etwas von oben geneigt als Doppelzylinder-Pendant vorgestellt wird.

5 zeigt das dritte Ausführungsbeispiel im Querschnitt des Doppelzylinders mit den Wind Ein- und Ausströmungen.

Anhand der Figuren werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Der vertikal geschlossene Einzelkreiszylinder (vgl. z.B. 1) wird erweitert durch einen halbelliptischen Bugvorbau 23a sowie analog einen halbelliptischen Heckanbau 23b, so dass ein Außengehäuse 23 (auch als Paraboloid-Gehäuse bezeichnet) (1 bis 5) mit vorzugsweise elliptischem Querschnitt entsteht, in dessen Mitte der geschlossene Kreiszylinder 1 angeordnet ist, in dem sich axial ein mehrflügeliger Rotor 2 dreht, dessen Achsen 13 oben und unten aus Zylinderdeckeln 12 herausragen zum Antrieb je eines Generators 13a. Die Flügel des Rotors 2 sind mit 3 bezeichnet.

Der Paraboloid, d.h. das Außengehäuse 23 mit vorzugsweise elliptischem Querschnitt erhält über und unter dem Paraboloid in den Konturen (1) desselben je einen paraboloiden Oberbau 124 und Unterbau 24 zur Aufnahme der Generatoren 13a.

Die von der vertikalen Staudrucklinie am Bugvorbau 23a der Frontspitze verlängerten Anströmkurvenflanken 21 (Einströmtrichterkasten)(3) entwickeln zu beiden Seiten einen ansteigenden dynamischen Druck nach dem Bernoullischen Prinzip, der weiter ansteigt durch den Staudruck an einem Einlassschlitz 8a, der je nach Druckanstieg verstellbar ist.

Der unter hoch aufgeladenem Druck stehende Rotor 2 im Kreiszylinder 1 drückt die Luft 6 nach ca. 240 bis 300 Grad Umdrehung durch mehrere Lamellenschlitze 27 in der Wandung des Kreiszylinders 1 ausgespart, aus dem Zylinder 1 heraus in ein hohles als Gesamtgehäuse 230 bezeichnetes Gehäuse, wobei der zentrifugale Schleuderdruck der Rotorflügel 3 die Herauspressung unterstützt. Im Gesamtgehäuse 230 entsteht ein Innendruck, der bezüglich eines abgedeckten, an den Einströmschlitz anschließenden Einströmkanals des Kreiszylinders 1, oben und unten aus mehreren Ausströmöffnungen 8b an den Außenflanken des Aggregats aus den auf- und untergesetzten Paraboloiden Oberbau 24, Unterbau 124 herausgedrückt wird, unterstützt durch die beschleunigte Unterdruckluft an den seitlich gewölbten Paraboloidflanken zum Abströmen heckwärts, unterstützt durch die Sogwirkung des Unterdrucks, wobei gleichzeitig die Generatoren 13a gekühlt werden.

Um Verwirbelungen an Einlassschlitz 8a zu unterbinden, hervorgerufen durch die darüber und darunter befindlichen Ausströmöffnungen 8b, der auf- und untergesetzten Paraboloide Oberbau 24, Unterbau 124, wird in der Abmessung des Einlassschlitzes 8a der Einströmkanal vorgesetzt, angelehnt an und verbunden mit der Wölbung der Paraboloidflanke als Teilstück.

Um die Evakuierung des Innendrucks weiter zu fördern, werden an der dem Einlassschlitz 8a gegenüberliegenden Paraboloid-Außenflanke in der gesamten Länge zusätzlich mehrere Ausströmöffnungen 8b installiert, wobei ein Abstand 37 zwischen Kreiszylinderwand und Lamellen-Schlitzauslässen der Paraboloidflanke gehalten wird – beide Außenkurven berühren sich nicht – zum vollständigen Druckabbau auch zu den Heckschlitzen.

Das Doppelzylinder-Gehäuse (3, 4 und 5) (Gehäuse mit vorzugsweise elliptischem Querschnitt) setzt sich zusammen aus zwei Einzelzylinder-Paraboloiden mit den gleichen Aufbauelementen.

Beide Zylinderelemente stehen mit einem Durchströmabstand (5) nebeneinander, gekoppelt mit einem Einleitungskeilzaun 13 (3, 4 und 5) zur Strömungseinleitung in die beidseitigen Einlassschlitze 8a der Kreiszylinder 1 zum Antrieb der Rotoren 2, die gegeneinander drehen.

Die Zylindergehäuse, d.h. das Gesamtgehäuse 230 hat einen dreietagigen paraboloiden Aufbau, in deren Mitten sich die beiden Kreiszylinder 1 eingebaut befinden, verbunden mit dem Einleitungskeilzaun 19, der den dynamisch gesteigerten Winddruck bis zur Schenkelmitte unter erhöhtem Druck in die beiden Einlassschlitze 8a einleitet, wobei die Rotoren 2 nach ca. 240 bis 300 Grad Umlauf durch mehrere, in den Zylinderwänden ausgesparte Lamellenschlitze 27, in den Bugvorbau 23a und das Gehäuse unter Druck einströmt, unterstützt durch den Schleuderdruck der Rotoren.

Der Abbau des Überdrucks in den Gehäusen erfolgt durch Ausströmöffnungen 8b aus den auf- und untergesetzten Paraboloiden (Gehäuse mit vorzugsweise elliptischem Querschnitt), sowie durch vertikale Ausströmöffnungen 8b an den Rückseiten der Gehäuse 230 in gesamter Länge. Zwischen den Kreiszylinderflanken und Gehäuse-Außenflanken wird – vgl. 4 und 5 – im Gehäuse ein Abstand 37 gehalten, um einen freien Abstrom aus den seitlichen Auslassschlitzen sowie einen Druckabbau aus den am Heck befindlichen zu ermöglichen.

Eine weitere Steigerung der Leistung des Doppelzylinder-Aggregats (3 bis 5) wird erreicht durch Abdeckungen 20, ober- und unterhalb von der Schenkelmitte, in Höhe der Kreiszylinderdeckel 12, den Konturen der gewölbten Kurven der Paraboloidflanken folgend bis zu den nach außen versetzten vertikalen Staupunktlinien 33 der Frontspitzen der Bugvorbau 23a, so dass ein erweitertes Einströmtor 34 (vgl. 5) entsteht. Es wird ein hyperbolischer Einström-Trichterkasten (3 bis 5) gebildet, der einen hohen Staudruck in die Kreiszylinder-Rotoren einleitet.

Die aus den Kreiszylinderdeckeln 12 herausragenden Achsenverlängerungen treiben über Keilriemen und/oder Kegelgetriebe 36 (vgl. 3) die Generatoren an, unterstützt durch eingebaute Fliehkraftregler 26 (vgl. 5).

Vor das Einströmtor 34 wird ein Lamellengitter 25 (4 und 5) angesetzt zur Egalisierung des Windanstroms, wie im Windkanal üblich.

Über und unter den Abdeckungen 20 des hyperbolischen Einströmungstrichterkastens strömt die freie Umluft zwischen den gekrümmten Flanken der auf- und untergesetzten Paraboloide (Gehäuse mit vorzugsweise elliptischem Querschnitt), beschleunigt durch die oberen und untere Kanalöffnung 28, wobei der Unterdruck-Sogeffekt den abströmenden Überdruck aus den Schenkelöffnungen 22 (5) mit zum Heck hin abführt.

Die Abdeckungen am Heck erhalten von unten und oben eine Neigung und treffen sich in halber Höhe des Hecks und schließen mit einer gemeinsamen horizontalen Abschlusskante ab.

Das Doppelparaboloid-Aggregat steht auf einen Untergestell, das schwenkbar auf einem Schienenkreis läuft, aufgesetzt auf einem Betonfundament.

Um die günstigste Windeinanblasrichtung einzupendeln, erhalten die vertikalen Heckabschlüsse je ein Seitenleitwerk, um in die günstigste Windrichtung einzuschwenken.

Um den Druckabfall an den Heckflanken hinauszuzögern, werden über den Aussströmöffnungen 8b Heckspoiler angesetzt, um den Druckabfall hinauszuzögern, die ablaufende Wirbelbildung zu minimieren und den Unterdruck-Sogeffekt zum Heck hin hinauszuzögern.

Die Einzelzylinder eignen sich zur Stromerzeugung an inmobilen (2) und mobilen Konstruktionen, wie z.B. in permanent durchströmten Straßenschluchten, zum Einbau in Häuserwänden zum Be- und Entlüften sowie zur Stromerzeugung (2).

Die Kreiszylinder-Innenwände sowie die Rotorflügel werden mit Spulenwicklungen bzw. Magnetstäben bestückt, um so einen vom Windstrom angetriebenen Kreiszylinder-Generator zu bilden, der zusätzlich noch über und unter den Kreiszylinderdeckeln je einen Generator betreibt. Die Konstruktion ist ein dreistöckiges aerodynamisches Gehäuse-Aggregat mit Windeinströmung und erhöhter Rotorrotation, wobei die Auslassöffnungen nach 360 Grad Luftumlauf im Gehäuse an den Seiten zum Heck hin ohne große Wirbelbeeinträchtigung abströmen können. Die Konstruktion ist vorzüglich geeignet zur Erzeugung hoher elektrischer Stromenergie.


Anspruch[de]
Windkraftaggregat (100) mit vertikaler Drehachse, wobei folgendes vorgesehen ist:

ein vertikal angeordneter Kreiszylinder (1),

ein mehrflügeliger auf einer Rotorachse angeordneter Rotor (2) der axial drehbar im Kreiszylinder (1) angeordnet ist,

ein dem Kreiszylinder (1) vorangesetzter halbelliptischer Zylinder als Bugvorbau (23a) und analog als Heckabschluss ein halbelliptischer Heckanbau (23b), die zusammen ein Außengehäuse (23) bilden,

ein Oberbau (124) und ein Unterbau (24) oberhalb beziehungsweise unterhalb des Kreiszylinders (1) und des Bugvorbaus (23a) und des Heckanbaus (23b),

wobei das Außengehäuse (23), der Oberbau (124) und der Unterbau (24) ein Gesamtgehäuse (230) bilden,

ein Einlassschlitz (8a) im Kreiszylinder (1) für den Eintritt der Luft (6),

wobei der Kreiszylinder (1) im Bereich des Einlassschlitzes (8a) am Außengehäuse (23) anliegt,

Lamellenschlitze (27), die um etwa 240 bis 300 Grad gegenüber dem Einlassschlitz (8a) versetzt im Kreiszylinder (1) ausgebildet sind, und durch welche die Luft in das Gesamtgehäuse (230) ausströmt, und im Gesamtgehäuse (230) über dessen gesamte Höhe hinweg und gegenüber dem Einlassschlitz (8a) ausgebildete, von den Lamellenschlitzen (27) beabstandete Ausströmöffnungen (8b).
Windkraftaggregat nach Anspruch 1, wobei im Oberbau (124) bzw. Unterbau (24) Generatoren (13a) angeordnet sind und die Rotorachsen aus dem Außengehäuse (23) durch einen Kreiszylinderdeckel (12) oben und unten herausragen, wobei die Generatoren durch Keilriemen und/oder Kegelradgetriebe (36) angetrieben werden. Windkraftaggregat nach Anspruch 2, wobei zwischen Achsaustritt und Kegelradgetriebe (36) ein Fliehkraftregler (26) installiert ist. Windkraftaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Einlassschlitz (8a) ein Einströmkanal vorgesetzt wird, angelehnt und verbunden mit der Wölbung des Bugvorbaus (23a) als Teilstück, um am Einlassschlitz (8a) des Kreiszylinders (1) Verwirbelungen zu vermeiden. Windkraftaggregat, gekennzeichnet durch zwei beabstandet angeordnete Windkraftaggregate nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Windkraftaggregat nach Anspruch 5, wobei beide Kreiszylinder (1) mit einem Durchströmabstand (22) und einem Einleitungskeilzaun (19) zur Windeinleitung in die beidseitigen Einlassschlitze (8a) der Kreiszylinder (1) gekoppelt sind, wobei die Rotoren (2) gegeneinander drehen. Windkraftaggregat nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei eine Abdeckung (20) ober- und unterhalb in Höhe der Kreiszylinderdeckel (12) und den Konturen der gewölbten Kurvenflanken der Außengehäuse (23) folgend, vorgesehen ist, die ein Einströmtor (34) in der Form eines hyperbolischen Einströmtrichterkastens (21) bilden. Windkraftaggregat nach Anspruch 7, wobei vor das Einströmtor ein Lamellengitter (25) gesetzt ist. Windkraftaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aggregat auf einem Untergestell angeordnet ist, das schwenkbar auf einem auf einem Betonfundament aufgesetzten Schienenkreis läuft. Windkraftaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an den Heckflanken des Außengehäuses (23) Spoiler angesetzt sind, um die Wirbelnachströmung zu minimieren und den Unterdruck-Sogeffekt zum Heck hinauszuzögern. Windkraftaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, eingebaut zur Stromerzeugung oder Be- und Entlüftung an immobilen und mobilen Konstruktionen. Windkraftaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an den Innenwänden der Kreiszylinder (1) sowie an den Rotorflügeln (13), Spulenwicklungen bzw. Magnetstäbe angeordnet sind, um einen elektrischen Generator zu bilden.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com