DE19644890A1

DE19644890A1 - Dachgiebelintegriertes Windenergiekonvertersystem

Info

Publication number: DE19644890A1
Application number: DE19644890A
Authority: DE
Inventors: Ralf Huber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-29
Filing date: 1996-10-29
Publication date: 1998-04-30

Description

Die Erfindung betrifft ein dachgiebelintegriertes Windenergiekonvertersystem.

Die herkömmlichen Windenergiekonvertersysteme benötigen größere freistehende Flächen, und die Rotoren haben oft sehr große Spannweiten, um eine maximale Leistung zu erreichen. Doch nur die wenigsten Menschen haben diese Fläche zur Verfügung. Auch erzeugen derartige Windenergiekonvertersysteme, da deren Rotorflächen quer zur Windrichtung rotieren, meist einen erheblichen Geräuschpegel, welcher die Nutzung eines solchen Systems in Wohngebieten schwierig gestaltet.

Die Aufgabenstellung besteht darin, ein Windenergiekonvertersystem zu entwerfen, welches sich für herkömmliche Gebäude eignet, wenig Platz beansprucht und außerdem sehr geräuscharm Windenergie in nutzbare Energie umwandelt.

Die Aufgabenstellung wird dadurch gelöst, indem man die schräge Dachfläche, welche den Wind ablenkt, und die Windleitvorrichtung als Windkollektor nutzt und den so zusammengefaßten Wind gezielt auf die Walzenschaufeln leiten. Da die schräge Dachfläche und die Windleitvorrichtung wie ein Windtrichter wirken, welcher den Luftstrom zusammenfaßt und beschleunigt, benötigt man nur kleine Walzenrotoren anstatt großer Rotoren. Es entsteht außerdem auf der windabgewandten Seite des Giebels, durch den, über die Windleitvorrichtung hinwegströmenden ,Wind, ein Unterdruck, welcher das Austreten des, sich im Inneren des Windenergiekonvertersystems befindlichen, Windes erleichtert. Die Windglättervorrichtung sorgt dafür, daß möglichst wenig Luftwirbel in das Innere des Windenergiekonvertersystems gelangen, da diese den Walzenrotor stabilisieren würden, d. h. an der Rotation hindern würden, und somit die Leistungsfähigkeit des Systems schmälern würden. Die Walzenrotoren rotieren in Windrichtung und erzeugen einen wesentlich niedrigeren Geräuschpegel, als Rotoren die quer zur Windrichtung rotieren. Die kugelgelagerte Aufhängung im Aufhängungsrahmen und die Auswuchteinrichtung an manchen Walzenschaufeln sorgen für ein ruhiges und gleichmäßiges Rotieren des Walzenrotors. Die Auffangvorrichtung für Spritzwasser, welches durch das Rotieren des Walzenrotors entsteht, fängt das Spritzwasser auf und leitet es mittels eines Schlauches oder eines Rohres ab. Die Windleitvorrichtung dient nicht nur zum Auffangen und Umleiten des Windes, sondern schützt auch den Walzenrotor weitgehend vor Regen und Schnee. Der Windenergiegenerator, welcher Strom erzeugt, wird über eine, dem Windenergiekonvertersystem angepaßte, Übersetzung von der Achse des Walzenrotors angetrieben. Da die Achsen der Walzenrotoren sich mittels eines Achsenzwischenstückes sehr leicht verbinden lassen, ist das dachgiebelintegrierte Windenergiekonvertersystem auch sehr gut für Modulbauweise geeignet. Man kann also einen Windenergiekonverter von nahezu beliebig vielen Walzenrotoren antreiben lassen.

Anhand der Fig. 1-10 wird das Windenergiekonvertersystem beispielhaft näher erläutert:

Fig. 1 eine mögliche Form eines Walzenrotors (Seitenansicht);

Fig. 2 eine zweite mögliche Form eines Walzenrotors (Seitenansicht);

Fig. 3 eine mögliche Form eines Savonius-Rotors (Seitenansicht);

Fig. 4 eine mögliche Form der Auswuchteinrichtung (schräge Frontansicht);

Fig. 5 eine mögliche Variante der Lagerhalterungen (Explosionszeichnung);

Fig. 6 eine mögliche Form eines Aufhängungsrahmens (schräge Draufsicht);

Fig. 7 eine mögliche Form für eine Auffangvorrichtung für Spritzwasser (schräge Frontansicht);

Fig. 8 eine mögliche Form der Windleitvorrichtung (Schrägansicht);

Fig. 9 eine mögliche Form einer Luftglättervorrichtung (Schrägansicht);

Fig. 10 eine mögliche Form eines Windenergiekonvertersystems (Schrägansicht).

Fig. 1 zeigt eine mögliche Form eines Walzenrotors (27). An der Achse (1), von der die mechanische Kraft abgenommen wird, ist der Walzenkern (26), durch querverstrebende Scheiben (21), welche sich nicht ganz außen befinden dürfen, um den Platz für die Lagerhalterungen (19) (siehe Fig. 5) zu gewährleisten, befestigt. Auf dem Walzenkern (26) sitzen die einzelnen, parallel zur Achse (1) verlaufenden, Walzenschaufeln (28), welche in diesem Fall gerade ausgebildet und wenig in der Anzahl sind. Der Kern (26) erleichtert das Anbringen der einzelnen Walzenschaufeln 28). Der Walzenrotor (27) ist mit wenigen Walzenschaufeln (28) bestückt, um eine größere Umfangsgeschwindigkeit zu erreichen, als wenn er mit fielen Walzenschaufeln (28) bestückt wäre.

Fig. 2 zeigt eine weitere Form eines Walzenrotors (27). Er besitzt denselben Aufbau, wie der in Fig. 1 beschriebene, nur mit dem Unterschied, daß er mit vielen Walzenschaufeln (28) bestückt ist. Dies hat den Vorteil, daß er bereits bei geringeren Wind sich zu drehen begingt. Außerdem wurden die Walzenschaufeln (28) an ihren Enden mit Ringen (24) fest verbunden, da diese die Walzenschaufeln (28) in ihrem Abstand zueinander stabilisieren. Es wird dadurch verhindert, daß die Walzenschaufeln 28) sich bei zu starken Wind verbiegen und beim Zurückschnellen derselben in ihre ursprüngliche Form den Geräuschpegel des Windenergiekonvertersystems (Fig. 10) erhöhen.

Fig. 3 zeigt eine mögliche Form eines savoniusrotorförmigen Walzenrotors (22). Auf dem Walzenkern (26) befinden sich gewölbte Walzenschaufeln 22), welche parallel zur Walzenachse (1) verlaufen. Diese Walzenschaufeln (22) werden durch ihre Form vom Wind leichter erfaßt und leisten bei der Rotation weniger Luftwiderstand als andere Walzenschaufeln (28).

Fig. 4 zeigt eine mögliche Form einer Auswuchteinrichtung (5). Alle Walzenschaufeln (28) besitzen zum Anbringen der Auswuchteinrichtung (5) an ihren äußeren Enden Löcher (20), in welchen man verschiedene Auswuchtgewichte (6) festschrauben kann.

Fig. 5 zeigt eine mögliche Form der Lagerhalterungen (19). Die Lagerhalterungen (19) umfassen die, auf der Walzenrotorachse (1) befindlichen Kugellager (17) und werden an der Rahmeninnenseite (3) mittels Schrauben (33) in den jeweils beiden äußeren Schlitzen (16) des Rahmens festgeschraubt. Damit die Achse (1) während des Betriebes nicht verrutschen kann, wird sie an den Außenseiten des Rahmens (3) mit jeweils einem Feststellring (13), welche sich auf der Walzenachse (1) befinden, fixiert.

Fig. 6 zeigt eine mögliche Form des Aufhängungsrahmens (3), in dem der Walzenrotor (27) kugelgelagert (siehe Fig. 5) eingehängt wird. Der Rahmen (3) wird zwischen zwei Dachbalken (9) montiert und besitzt dafür an den beiden Seiten nach außen stehende, schräg angebrachte Flügel (14), durch welche der Rahmen (3) mit den Dachbalken (9) verschraubt wird. In der Mitte dieser beiden Seiten befinden sich auf der Unterseite jeweils ein großer (15), und links und rechts daneben jeweils ein kleinerer Schlitz (16), in welchen die Lagerhalterungen (19), nachdem der Walzenrotor (27) mit den Lagerhalterungen (19) von unten eingeführt wurde, festgeschraubt werden. Der größere Schlitz (15), welcher größer ist als der Walzenrotorachsendurchmesser (1), darf aber nicht größer sein als der Kugellageraußenring (18), da sonst die Lagerhalterungen (19) die Kugellager (17) nicht fixieren. Der Aufhängungsrahmen (3) sorgt für eine leichte Montage des Windrades (27) und gewährleistet, daß der von unten eingeführte Walzenrotor (27) leicht auswechselbar ist.

Fig. 7 zeigt eine mögliche Form für eine abnehmbare Auffangvorrichtung (2) für Spritzwasser. Sie besitzt an ihrem Boden einen Auslaß (4), welcher das gesammelte Regenwasser durch einen Schlauch (23) oder ein Rohr (23) ableitet. Die Auffangvorrichtung (2) für Spritzwasser wird von unten am Aufhängungsrahmen (3) wiederabnehmbar befestigt.

Fig. 8 zeigt eine mögliche Form der Windleitvorrichtung (31). Sie besteht aus einem flachen und dennoch starken Blech. Die Mitte der Windleitvorrichtung (31) wird der Krümmung des Walzenrotors (27) angepaßt und nach außen hin bilden die beiden Seiten mit dem Dach (8) den Einlaßbereich (11), welcher den Luftstrom zusammenfaßt, beschleunigt und auf die Walzenschaufeln (28) leitet. Die Windleitvorrichtung (31) selbst sollte eine aerodynamische Form aufweisen, um möglichst keine Luftverwirbelungen im Einlaßbereich (11) und in dein Bereich auf der windabgelegenen Seite des Giebels, an welchen der Unterdruck (25) entsteht, zu verursachen. Die Windleitvorrichtung (3 1) selbst wird mittels Bügeln (7), welche an den Dachbalken (9) befestigt sind, knapp über dem Walzenrotor (27) auf dem Dachgiebel montiert.

Fig. 9 zeigt eine mögliche Form eines Windglättersystems (30). Es dient dazu den Wind zu glätten, um Luftwirbel im Windenergiesystemkonverterinneren, welche der Leistung abträglich wären, zu vermeiden. Dies geschieht durch vertikal angebracht, in zwei Reihen aufgeteilte Metallstreifen (12, 10), welche sich im Einlaßbereich (11) befinden. Die äußere Reihe (10) kann sich durch ihre Lagerung (34) nach der Windrichtung ausrichten. Die zweite Reihe der Metallstreifen (12) wird fest mit der Windleitvorrichtung (31), um den halben Metallstreifenabstand (35) zu den äußeren Metallstreifen (12) seitlich versetzt montiert und steht senkrecht zur Walzenachse (1). Es entstehen je nach Windrichtung, da sich die äußere Reihe (10) der Windrichtung anpaßt, verschiedene kleinere Windkanäle (32), welche eintretende Luftwirbel brechen oder unter Umständen sogar fast vollständig auflösen.

Bezugszeichenliste

1

Achse

2

Auffangvorrichtung

3

Aufhängungsrahmen

4

Auslaß

5

Auswuchteinrichtung

6

Auswuchtgewichte

7

Bügel

8

Dach

9

Dachbalken

10

drehbare Metallstreifen

11

Einlaßbereich

12

feste Metallstreifen

13

Feststellring

14

Flügel

15

großer Schlitz

16

kleiner Schlitz

17

Kugellager

18

Kugellageraußenring

19

Lagerhalterungen

20

Löcher zum Auswuchten

21

querverstrebende Scheiben

22

savoniusrotorförmiger Rotor

23

Schlauch/Rohr

24

Stabilisationsringe

25

Unterdruckbereich

26

Walzenkern

27

Walzenrotor

28

Walzenschaufeln

29

Dachgiebel

30

Windglättersystem

32

Windkanäle

31

Windleitvorrichtung

33

Schrauben

34

Lagerung der Metallstreifen

35

Metallstreifenabstand.

Claims

1. Windenergiekonvertersystem, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- das Windenergiekonvertersystem ist in den Dachgiebel eines Gebäudes integriert;
- das Windenergiekonvertersystem weist einen parallel zum Dachgiebel angeordneten Walzenrotor auf;
- der Walzenrotor ist in einer Ausnehmung des Dachgiebels so angeordnet, daß der obere Teil des Walzenrotors vorn Wind angeströmt und in Rotation versetzt werden kann;
- das Windenergiekonvertersystem weist als Schnee- und Regenschutz sowie als Windleitvorrichtung ein Abdeckungselement auf.

2. Windenergiekonvertersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Luftwirbeln im Einlaßbereich eine Luftglättervorrichtung vor gesehen ist.

3. Windenergiekonvertersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenschaufeln gerade ausgerichtet sind.

4. Windenergiekonvertersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch daß die Walzenschaufeln gebogen sind, d. h. in der Formgebung eines Sanoniusrotors ausgebildet sind.

5. Windenergiekonvertersystem nach Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der Walzenschaufeln durch Ringe verbunden sind.

6. Windenergiekonvertersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenrotor eine Auswuchteinrichtung aufweist.

7. Windenergiekonvertersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorachse mit einem Stromerzeugungsgenerator und einer Steuerelektronik verbunden ist.