WO2009135481A1 - Device for producing electric energy - Google Patents

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WO2009135481A1
WO2009135481A1 PCT/DE2009/000635 DE2009000635W WO2009135481A1 WO 2009135481 A1 WO2009135481 A1 WO 2009135481A1 DE 2009000635 W DE2009000635 W DE 2009000635W WO 2009135481 A1 WO2009135481 A1 WO 2009135481A1
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WO
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rotor
blades
coupled
converter module
energy
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PCT/DE2009/000635
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Inventor
Heinrich J. BÜNS
Original Assignee
Ap Aero Power Ltd.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/005—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor  the axis being vertical
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a device for generating electrical energy, which has at least one rotor drivable by a Fluidstr ⁇ mung and at least one electric generator which is coupled to the rotor.
  • Such devices are typically designed as wind power converters or hydropower plants.
  • Wind power converters and hydropower plants are available in various embodiments and in different performance classes.
  • a problem of such energy converter is that a uniform energy output can not be guaranteed, since there are very different wind strengths, especially in land-based applications. Even in offshore applications are variations in wind strength. Comparable problems also arise in the operation of hydropower plants due to different flow conditions.
  • the uneven energy output not only results from the fact that the wind power converters generate no energy in a calm, but even at low wind speeds due to existing technical constraints, an operation is not possible, so that a comparatively large minimum wind strength must be present. If the wind strengths are too great, the wind power converters must also be shut down or turned out of the wind, because due to their design too large wind forces generate too large forces in the area of the bearings and the wind blades and, moreover, vibrations with impermissible oscillation amplitudes can occur. The same problems apply mutatis mutandis to the Anstrüllung of turbines or propellers with water.
  • the object of the present invention is to improve a device of the aforementioned type such that a usable operating range is increased.
  • This object is achieved in that a rotational axis of the rotor is arranged substantially perpendicular.
  • the vertical arrangement of the axis of rotation allows the introduction of much larger forces in the rotor, as would be possible with a horizontal storage, since longitudinal forces are avoided in the storage area.
  • the rotor blades can be designed such that on the one hand in an operating range of low flow rates, an electric energy generation is possible, but beyond that in a range of high flow rates power generation is possible because the blades can be constructed much more mechanically robust.
  • a tracking of the rotor at different Str ⁇ mungsrich- tions can be avoided that extend blades of the rotor with their longitudinal axes substantially in the vertical direction.
  • the blades in a substantially horizontal cross-sectional plane have a cross-sectional area which is contoured semicircle.
  • a further increase in the efficiency can be achieved in that the blades are provided in the vertical direction above and below with a boundary wall.
  • a typical embodiment is that the rotor is designed as a wind power converter. According to another embodiment, it is intended to be designed as a hydro-power converter.
  • a particular advantage is the fact that the rotor is designed as part of a converter module for the continuous generation of energy.
  • At least two converter modules can be coupled to each other modularly.
  • An optimal positioning of the energy converter is supported by the fact that the converter module is arranged on a stand.
  • An available power range can be increased by arranging at least one diffuser connected to a compressed air generator adjacent the blades.
  • Optimal flow conditions are supported by the fact that an outflow direction of the diffuser is arranged substantially perpendicular to an inflow surface of a blade, which is located in a region of a constructively predetermined minimum distance from the diffuser.
  • the compressed air generator provide a base flow of the blades. Additional energy sources can be developed by arranging at least one photovoltaic system adjacent to the converter module. In particular, this energy can be used to operate the compressed air generator.
  • a uniform system operation can also be supported by the fact that the converter module is coupled to a memory for energy.
  • a further improvement in the efficiency can be achieved in that adjacent to the rotor at least one flow guide is arranged.
  • a coordination of the individual system components is possible in that the converter module is coupled to an electronic control unit.
  • Fig. L is a schematic side view of a Windkraftkonverters with vertical axis of rotation and blades with semicircular cross-sectional area and
  • FIG. 2 shows a modular arrangement of two wind power converters with a similar constructive basic design as in FIG. 1.
  • Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a schematic representation of a wind turbine converter.
  • the wind power converter is provided with blades (1) which are connected via fastening profiles (2) with a rotation axis (3).
  • the rotation axis (3) extends substantially in a vertical direction.
  • the blades (1) are also arranged with longitudinal axes (21) in a vertical direction and have a cross-sectional area in the horizontal direction which is similar to a semicircle or shaped half an ellipse. As a result, the blades (1) have a hollow profile which, with its open side, faces a tensioning direction (9).
  • the rotation axis (3) is guided in the area of bearings (4).
  • By the direction of flow (9) results in a direction of rotation (5) of the axis of rotation (3).
  • the rotational movement is caused by the fact that the blades (2) have a substantially higher flow resistance with an inflow of air into the open profile of the blades (2) than with an inflow of the rounded rear side of the blades (1).
  • the rotation axis (3) is connected via a transmission (6) with a generator (7).
  • a diffuser (8) is used, which is positioned by a stand (11) at the level of the blades (1).
  • the diffuser (8) is connected via a compressed air pipe (10) to a compressed air generator (17), which is preferably arranged above a foundation (12) of the wind power converter.
  • a photovoltaic unit (13) can be used; in particular, this energy can be used to operate the compressed air generator.
  • a memory (14) energy can be stored, for example, electrically in a battery or material through the combination of a hydrogen generator and a hydrogen storage. Also, in combination with a compressor and a pressure tank, energy storage via compressed air is possible.
  • the system is controlled using an electronic control unit (15).
  • the compressed air generator (17) it is possible, in particular, to predetermine a basic flow of the blades (1) in the case of only low wind forces, so that the rotor (11) is thereby already set in motion. This makes it possible to use even low wind speeds, so that the genera- Tor (7) delivers more energy in this operating state, as is consumed for the operation of the compressed air generator (17).
  • an operation using the photovoltaic system (13) or using an internal combustion engine (16) is possible.
  • a protective housing (18) An encapsulation of essential technical components is possible using a protective housing (18).
  • a protective housing (18) it is envisaged to form from the rotor (22) with the blades (1), the gearbox (6) and the generator (7) a converter module (19) which, depending on demand, is used in a respectively required number.
  • the stand (11) By using the stand (11), it is possible to mount the converter module (19) or the converter modules (19) at a suitable height at which optimum flow conditions prevail.
  • the stand (11) also allows attachment and support against a mounting surface.
  • the stand (11) be made of uprights, which can be modularly joined depending on a required St Sh ⁇ he.
  • the bearings (4) have low frictional resistance.
  • the transmission (6) is preferably formed with a high gear ratio so that a slow-running rotor (22) can be coupled to a high-speed generator (7).
  • the arrangement of the vertical axis of rotation (3) and the arrangement of the blades (1) with their longitudinal axes (21) in the vertical direction makes it possible to dispense with a tracking of the rotor (7) corresponding to a respective wind direction. Due to the shape of the blades (1), any desired flow direction (9) always ensures optimal flow and an adjustment that reduces the overall efficiency is therefore unnecessary.
  • the effect of the compressed air generator (17) can be optimized by a downstream compressed air amplifier.
  • the diffuser (8) is preferably arranged at a small distance from the blades (1) and aligned so that a substantially vertical flow of the opening surface of the blades (1) is given.
  • Fig. 2 shows an embodiment with a basic construction similar to the embodiment in Fig. 1, but two converter modules (19) are arranged one above the other in the vertical direction.
  • the converter modules (19) are connected to each other by a coupling (20).
  • almost any number of converter modules (19) can be coupled together in a corresponding manner.
  • the device structure below the converter modules (19) substantially corresponds to the structure, as illustrated in Fig. 1.

Abstract

The invention relates to a device used to produce electric energy, comprising at least one rotor (22) that can be driven by a fluid flow and at least one electric generator (7) that is coupled to said rotor (22). A rotational axis (3) of the rotor (22) is arranged essentially in a vertical manner.

Description

Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie Device for generating electrical energy
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, die mindestens einen von einer Fluidstrδmung antreibbaren Rotor und mindestens einen elektrischen Generator aufweist, der mit dem Rotor gekoppelt ist.The invention relates to a device for generating electrical energy, which has at least one rotor drivable by a Fluidstrδmung and at least one electric generator which is coupled to the rotor.
Derartige Vorrichtungen sind typischerweise als Windkraftkonverter oder Wasserkraftanlagen ausgebildet. Windkraftkonverter und Wasserkraftanlagen sind in vielfältigen Ausführungsformen und in unterschiedlichen Leistungsklassen erhältlich. Ein Problem derartiger Energiekonverter besteht darin, daß eine gleichmäßige Energieabgabe nicht gewährleistet werden kann, da insbesondere bei landgestützten Anwendungen sehr unterschiedliche Windstärken vorliegen. Auch bei Offshore-Anwendungen liegen Schwankungen der Windstärke vor. Vergleichbare Probleme ergeben sich auch bei einem Betrieb von Wasserkraftanlagen aufgrund unterschiedlicher Strδmungsverhältnisse .Such devices are typically designed as wind power converters or hydropower plants. Wind power converters and hydropower plants are available in various embodiments and in different performance classes. A problem of such energy converter is that a uniform energy output can not be guaranteed, since there are very different wind strengths, especially in land-based applications. Even in offshore applications are variations in wind strength. Comparable problems also arise in the operation of hydropower plants due to different flow conditions.
Die ungleichmäßige Energieabgabe resultiert nicht nur daraus, daß die Windkraftkonverter bei einer Windstille keine Energie erzeugen, sondern auch bei geringen Windstärken ist aufgrund von vorhandener technischer Randbedingungen ein Betrieb nicht möglich, so daß eine vergleichsweise große Mindestwindstärke vor- handen sein muß. Bei zu großen Windstärken müssen die Windkraftkonverter ebenfalls stillgelegt oder aus dem Wind herausgedreht werden, da konstruktionsbedingt zu große Windstärken zu große Kräfte im Bereich der Lager und der Windschaufeln erzeugen und darüber hinaus Schwingungen mit unzulässigen Schwingungsamplituden auftreten können. Die gleichen Probleme liegen sinngemäß auch bei der Anstrόmung von Turbinen oder Propellern mit Wasser vor.The uneven energy output not only results from the fact that the wind power converters generate no energy in a calm, but even at low wind speeds due to existing technical constraints, an operation is not possible, so that a comparatively large minimum wind strength must be present. If the wind strengths are too great, the wind power converters must also be shut down or turned out of the wind, because due to their design too large wind forces generate too large forces in the area of the bearings and the wind blades and, moreover, vibrations with impermissible oscillation amplitudes can occur. The same problems apply mutatis mutandis to the Anstrüllung of turbines or propellers with water.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu verbessern, daß ein nutzbarer Betriebsbereich vergrößert wird.The object of the present invention is to improve a device of the aforementioned type such that a usable operating range is increased.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Rotationsachse des Rotors im wesentlichen senkrecht angeordnet ist.This object is achieved in that a rotational axis of the rotor is arranged substantially perpendicular.
Die senkrechte Anordnung der Rotationsachse ermöglicht die Einleitung wesentlich größerer Kräfte in den Rotor, als dies bei einer horizontalen Lagerung möglich wäre, da Längskräfte im Lagerbereich vermieden werden. Darüber hinaus können die Rotorschaufeln derart ausgebildet werden, daß zum einen in einem Betriebsbereich geringer Strömungsgeschwindigkeiten eine Erzeugung elektrischer Energie ermöglicht wird, darüber hinaus aber auch in einem Bereich hoher Strömungsstärken eine Energieerzeugung möglich ist, da die Schaufeln wesentlich mechanisch robuster konstruiert werden können.The vertical arrangement of the axis of rotation allows the introduction of much larger forces in the rotor, as would be possible with a horizontal storage, since longitudinal forces are avoided in the storage area. In addition, the rotor blades can be designed such that on the one hand in an operating range of low flow rates, an electric energy generation is possible, but beyond that in a range of high flow rates power generation is possible because the blades can be constructed much more mechanically robust.
Eine Nachführung des Rotors bei unterschiedlichen Strδmungsrich- tungen kann dadurch vermieden werden, daß sich Schaufeln des Rotors mit ihren Längsachsen im wesentlichen in senkrechter Richtung erstrecken.A tracking of the rotor at different Strδmungsrich- tions can be avoided that extend blades of the rotor with their longitudinal axes substantially in the vertical direction.
Insbesondere erweist es sich als vorteilhaft, daß die Schaufeln in einer im wesentlichen horizontalen Querschnittebene eine Querschnittfläche aufweisen, die halbkreisähnlich konturiert ist. Eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades läßt sich dadurch erreichen, daß die Schaufeln in lotrechter Richtung oben und unten mit einer Begrenzungswandung versehen sind.In particular, it proves to be advantageous that the blades in a substantially horizontal cross-sectional plane have a cross-sectional area which is contoured semicircle. A further increase in the efficiency can be achieved in that the blades are provided in the vertical direction above and below with a boundary wall.
Geringe Rotordrehzahlen bei gleichzeitig hohen Generatordrehzahlen werden dadurch ermöglicht, daß der Rotor über ein Getriebe mit dem Generator gekoppelt ist.Low rotor speeds with high generator speeds are made possible by the fact that the rotor is coupled via a transmission with the generator.
Eine typische Ausführungsform besteht darin, daß der Rotor als Windkraftkonverter ausgebildet ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist an eine Ausbildung als Wasserkraftkonverter gedacht .A typical embodiment is that the rotor is designed as a wind power converter. According to another embodiment, it is intended to be designed as a hydro-power converter.
Ein besonderer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Rotor als Teil eines Konvertermoduls zur kontinuierlichen Energieerzeugung ausgebildet ist.A particular advantage is the fact that the rotor is designed as part of a converter module for the continuous generation of energy.
Zur Anpassung an unterschiedliche Leistungsanforderungen wird vorgeschlagen, daß mindestens zwei Konvertermodule modular miteinander koppelbar sind.To adapt to different power requirements, it is proposed that at least two converter modules can be coupled to each other modularly.
Eine optimale Positionierung des Energiekonverters wird dadurch unterstützt, daß das Konvertermodul auf einem Ständer angeordnet ist.An optimal positioning of the energy converter is supported by the fact that the converter module is arranged on a stand.
Ein verfügbarer Leistungsbereich kann dadurch vergrößert werden, daß benachbart zu den Schaufeln mindestens ein Diffusor angeordnet ist, der mit einem Drucklufterzeuger verbunden ist.An available power range can be increased by arranging at least one diffuser connected to a compressed air generator adjacent the blades.
Optimale Strömungsverhältnisse werden dadurch unterstützt, daß eine Ausstrδmrichtung des Diffusors im wesentlichen senkrecht zu einer Einströmfläche einer Schaufel angeordnet ist, die sich in einem Bereich eines konstruktiv vorgegebenen geringsten Abstandes zum Diffusor befindet.Optimal flow conditions are supported by the fact that an outflow direction of the diffuser is arranged substantially perpendicular to an inflow surface of a blade, which is located in a region of a constructively predetermined minimum distance from the diffuser.
Zur weiteren Unterstützung einer kontinuierlichen Energieerzeugung wird vorgeschlagen, daß der Drucklufterzeuger eine Basisan- strömung der Schaufeln bereitstellt. Zusätzliche Energiequellen können dadurch erschlossen werden, daß benachbart zum Konvertermodul mindestens eine Photovoltaik- anlage angeordnet ist. Insbesondere kann diese Energie zum Betrieb des Drucklufterzeugers verwendet werden.To further promote continuous energy production, it is proposed that the compressed air generator provide a base flow of the blades. Additional energy sources can be developed by arranging at least one photovoltaic system adjacent to the converter module. In particular, this energy can be used to operate the compressed air generator.
Ein gleichmäßiger Anlagenbetrieb kann auch dadurch unterstützt werden, daß das Konvertermodul mit einem Speicher für Energie gekoppelt ist.A uniform system operation can also be supported by the fact that the converter module is coupled to a memory for energy.
Eine nochmalige Verbesserung des Wirkungsgrades läßt sich dadurch erreichen, daß benachbart zum Rotor mindestens ein Strömungsleitelement angeordnet ist.A further improvement in the efficiency can be achieved in that adjacent to the rotor at least one flow guide is arranged.
Eine Koordinierung der einzelnen Anlagenkomponenten ist dadurch möglich, daß das Konvertermodul mit einer elektronischen Steuereinheit gekoppelt ist.A coordination of the individual system components is possible in that the converter module is coupled to an electronic control unit.
In den Zeichnungen der Erfindung sind Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt. Es zeigen:In the drawings of the invention embodiments are shown schematically. Show it:
Fig. l eine schematische Seitenansicht eines Windkraftkonverters mit vertikaler Drehachse und Schaufeln mit halbkreisartiger Querschnittfläche undFig. L is a schematic side view of a Windkraftkonverters with vertical axis of rotation and blades with semicircular cross-sectional area and
Fig. 2 eine modulare Anordnung von zwei Windkraftkonvertern mit ähnlicher konstruktiver Grundgestaltung wie in Fig. 1.2 shows a modular arrangement of two wind power converters with a similar constructive basic design as in FIG. 1.
Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel eine schematische Darstellung eines Windkraftkonverters. Der Windkraftkonverter ist mit Schaufeln (1) versehen, die über Befestigungsprofile (2) mit einer Rotationsachse (3) verbunden sind. Die Rotationsachse (3) verläuft im wesentlichen in einer vertikalen Richtung. Die Schaufeln (1) sind mit Längsachsen (21) ebenfalls in einer vertikalen Richtung angeordnet und weisen in horizontaler Richtung eine Querschnittfläche auf, die ähnlich zu einem Halbkreis oder einer halben Ellipse geformt ist. Die Schaufeln (1) weisen hierdurch ein Hohlprofil auf, das mit seiner offenen Seite einer An- strδmrichtung (9) zugewandt ist.Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a schematic representation of a wind turbine converter. The wind power converter is provided with blades (1) which are connected via fastening profiles (2) with a rotation axis (3). The rotation axis (3) extends substantially in a vertical direction. The blades (1) are also arranged with longitudinal axes (21) in a vertical direction and have a cross-sectional area in the horizontal direction which is similar to a semicircle or shaped half an ellipse. As a result, the blades (1) have a hollow profile which, with its open side, faces a tensioning direction (9).
Die Rotationsachse (3) ist im Bereich von Lagern (4) geführt. Durch die Anströmrichtung (9) ergibt sich eine Drehrichtung (5) der Rotationsachse (3) . Die Rotationsbewegung wird dadurch hervorgerufen, daß die Schaufeln (2) bei einer Einströmung der Luft in das offene Profil der Schaufeln (2) einen wesentlich höheren Strδmungswiderstand als bei einer Anströmung der gerundeten Rückseite der Schaufeln (1) aufweisen.The rotation axis (3) is guided in the area of bearings (4). By the direction of flow (9) results in a direction of rotation (5) of the axis of rotation (3). The rotational movement is caused by the fact that the blades (2) have a substantially higher flow resistance with an inflow of air into the open profile of the blades (2) than with an inflow of the rounded rear side of the blades (1).
Die Rotationsachse (3) ist über ein Getriebe (6) mit einem Generator (7) verbunden. Zur Optimierung der Strδmungsverhältnisse im Bereich der Schaufeln (1) wird ein Diffusor (8) verwendet, der von einem Ständer (11) auf Höhe der Schaufeln (1) positioniert ist. Der Diffusor (8) ist über ein Druckluftrohr (10) mit einem Drucklufterzeuger (17) verbunden, der vorzugsweise oberhalb eines Fundamentes (12) des Windkraftkonverters angeordnet ist.The rotation axis (3) is connected via a transmission (6) with a generator (7). To optimize the flow conditions in the region of the blades (1), a diffuser (8) is used, which is positioned by a stand (11) at the level of the blades (1). The diffuser (8) is connected via a compressed air pipe (10) to a compressed air generator (17), which is preferably arranged above a foundation (12) of the wind power converter.
Zur Vergleichmäßigung der Energieerzeugung kann eine Photovol- taikeinheit (13) verwendet werden, insbesondere kann diese Energie zum Betrieb des Drucklufterzeugers verwendet werden. Über einen Speicher (14) kann Energie gespeichert werden, beispielsweise elektrisch in einer Batterie oder stofflich über die Kombination eines Wasserstoffgenerators und eines Wasserstoffspeichers. Ebenfalls ist in Kombination mit einem Kompressor und einem Drucktank eine Energiespeicherung über Druckluft möglich.To homogenize the energy production, a photovoltaic unit (13) can be used; in particular, this energy can be used to operate the compressed air generator. Through a memory (14) energy can be stored, for example, electrically in a battery or material through the combination of a hydrogen generator and a hydrogen storage. Also, in combination with a compressor and a pressure tank, energy storage via compressed air is possible.
Eine Steuerung der Anlage erfolgt unter Verwendung einer elektronischen Steuereinheit (15) .The system is controlled using an electronic control unit (15).
Unter Verwendung des Drucklufterzeugers (17) ist es insbesondere möglich, bei lediglich geringen Windstärken eine Grundanstrδmung der Schaufeln (l) vorzugeben, so daß der Rotor (11) hierdurch bereits in Bewegung versetzt wird. Hierdurch wird eine Nutzung auch geringer Windgeschwindigkeiten möglich, so daß der Genera- tor (7) in diesem Betriebszustand mehr Energie liefert, als für den Betrieb des Drucklufterzeugers (17) verbraucht wird. Insbesondere ist daran gedacht, den Drucklufterzeuger (17) mit Energie aus dem Speicher (14) zu versorgen. Alternativ ist auch ein Betrieb unter Verwendung der Photovoltaikanlage (13) oder unter Verwendung eines Verbrennungsmotors (16) möglich.Using the compressed air generator (17), it is possible, in particular, to predetermine a basic flow of the blades (1) in the case of only low wind forces, so that the rotor (11) is thereby already set in motion. This makes it possible to use even low wind speeds, so that the genera- Tor (7) delivers more energy in this operating state, as is consumed for the operation of the compressed air generator (17). In particular, it is intended to supply the compressed air generator (17) with energy from the memory (14). Alternatively, an operation using the photovoltaic system (13) or using an internal combustion engine (16) is possible.
Eine Einkapselung von wesentlichen technischen Komponenten ist unter Verwendung eines Schutzgehäuses (18) möglich. Insbesondere ist daran gedacht, aus dem Rotor (22) mit den Schaufeln (1) , dem Getriebe (6) und dem Generator (7) ein Konvertermodul (19) auszubilden, das bedarfsabhängig in einer jeweils erforderlichen Anzahl zum Einsatz kommt.An encapsulation of essential technical components is possible using a protective housing (18). In particular, it is envisaged to form from the rotor (22) with the blades (1), the gearbox (6) and the generator (7) a converter module (19) which, depending on demand, is used in a respectively required number.
Durch die Verwendung des Ständers (11) ist es möglich, das Konvertermodul (19) oder die Konvertermodule (19) auf einer geeigneten Höhe anzubringen, auf der optimale Anströmungsverhältnisse vorliegen. Der Ständer (11) ermöglicht darüber hinaus eine Befestigung und Abstützung gegenüber einer Aufstellungsfläche. Insbesondere ist daran gedacht, den Ständer (11) aus Ständerelementen auszuführen, die in Abhängigkeit von einer erforderlichen Ständerhδhe modular aneinandergefügt werden können.By using the stand (11), it is possible to mount the converter module (19) or the converter modules (19) at a suitable height at which optimum flow conditions prevail. The stand (11) also allows attachment and support against a mounting surface. In particular, it is envisaged that the stand (11) be made of uprights, which can be modularly joined depending on a required Ständerhδhe.
Zur Optimierung des Wirkungsgrades weisen die Lager (4) geringe Reibungswiderstände auf. Das Getriebe (6) wird vorzugsweise mit einem hohen Übersetzungsverhältnis ausgebildet, damit ein langsam laufender Rotor (22) mit einem Schnellaufenden Generator (7) gekoppelt werden kann.To optimize the efficiency, the bearings (4) have low frictional resistance. The transmission (6) is preferably formed with a high gear ratio so that a slow-running rotor (22) can be coupled to a high-speed generator (7).
Die Anordnung der vertikalen Rotationsachse (3) und die Anordnung der Schaufeln (1) mit ihren Längsachsen (21) in vertikaler Richtung ermöglicht es, auf eine Nachführung des Rotors (7) entsprechend einer jeweiligen Windrichtung zu verzichten. Aufgrund der Formgebung der Schaufeln (1) ist bei beliebigen Anstrδmrich- tungen (9) stets eine optimale Anströmung sichergestellt und eine den Gesamtwirkungsgrad vermindernde Nachstellung ist deshalb entbehrlich. Die Wirkung des Drucklufterzeugers (17) kann durch einen nachgeschalteten Druckluftverstärker optimiert werden. Der Diffusor (8) wird vorzugsweise mit einem geringen Abstand zu den Schaufeln (1) angeordnet und derart ausgerichtet, daß eine im wesentlichen senkrechte Anströmung der Offnungsfläche der Schaufeln (1) gegeben ist.The arrangement of the vertical axis of rotation (3) and the arrangement of the blades (1) with their longitudinal axes (21) in the vertical direction makes it possible to dispense with a tracking of the rotor (7) corresponding to a respective wind direction. Due to the shape of the blades (1), any desired flow direction (9) always ensures optimal flow and an adjustment that reduces the overall efficiency is therefore unnecessary. The effect of the compressed air generator (17) can be optimized by a downstream compressed air amplifier. The diffuser (8) is preferably arranged at a small distance from the blades (1) and aligned so that a substantially vertical flow of the opening surface of the blades (1) is given.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform mit einer Grundkonstruktion ähnlich wie die Ausführungsform in Fig. 1, es sind jedoch zwei Konvertermodule (19) in lotrechter Richtung übereinander angeordnet. Die Konvertermodule (19) sind von einer Kopplung (20) miteinander verbunden. Grundsätzlich kann eine nahezu beliebige Anzahl von Konvertermodulen (19) in entsprechender Art und Weise miteinander gekoppelt werden. Der Vorrichtungsaufbau unterhalb der Konvertermodule (19) entspricht im wesentlichen dem Aufbau, wie er in Fig. 1 veranschaulicht ist.Fig. 2 shows an embodiment with a basic construction similar to the embodiment in Fig. 1, but two converter modules (19) are arranged one above the other in the vertical direction. The converter modules (19) are connected to each other by a coupling (20). In principle, almost any number of converter modules (19) can be coupled together in a corresponding manner. The device structure below the converter modules (19) substantially corresponds to the structure, as illustrated in Fig. 1.
Die vorstehend am Beispiel des Windkraftkonverters beschriebenen Konstruktionsdetails lassen sich in gleicher Weise auch bei einer Anwendung für Wasserkraftkonverter realisieren. The construction details described above using the example of the wind power converter can be realized in the same way even in an application for hydropower converters.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie, die mindestens einen von einer Fluidströmung antreibbaren Rotor und mindestens einen elektrischen Generator aufweist, der mit dem Rotor gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rotationsachse (3) des Rotors (22) im wesentlichen senkrecht angeordnet ist.1. A device for generating electrical energy, which has at least one rotor driven by a fluid flow and at least one electric generator which is coupled to the rotor, characterized in that an axis of rotation (3) of the rotor (22) is arranged substantially vertically ,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich Schaufeln (1) des Rotors (22) mit ihren Längsachsen (21) im wesentlichen in senkrechter Richtung erstrecken.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that blades (1) of the rotor (22) extend with their longitudinal axes (21) substantially in the vertical direction.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (1) in einer im wesentlichen horizontalen Querschnittebene eine Querschnittfläche aufweisen, die halbkreisähnlich konturiert ist.3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the blades (1) in a substantially horizontal cross-sectional plane have a cross-sectional area which is contoured semicircle.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (l) in lotrechter Richtung oben und unten mit einer Begrenzungswandung versehen sind. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the blades (l) are provided in the vertical direction at the top and bottom with a boundary wall.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (22) über ein Getriebe (6) mit dem Generator (7) gekoppelt ist.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor (22) via a gear (6) to the generator (7) is coupled.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (22) als Windkraftkonverter ausgebildet ist .6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the rotor (22) is designed as a wind power converter.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (22) als Teil eines Konvertermoduls (19) zur kontinuierlichen Energieerzeugung ausgebildet ist.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rotor (22) is designed as part of a converter module (19) for the continuous generation of energy.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Konvertermodule (19) mo- dular miteinander koppelbar sind.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that at least two converter modules (19) modulatively coupled to each other.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Konvertermodul (19) auf einem Ständer (11) angeordnet ist.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the converter module (19) on a stand (11) is arranged.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zu den Schaufeln (1) mindestens ein Diffusor (8) angeordnet ist, der mit einem Druck- lufterzeuger (17) verbunden ist.10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that adjacent to the blades (1) at least one diffuser (8) is arranged, which is connected to a compressed air generator (17).
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausströmrichtung des Diffusors (8) im wesentlichen senkrecht zu einer Einströmfläche einer Schaufel (1) angeordnet ist, die sich in einem Bereich eines konstruktiv vorgegebenen geringsten Abstandes zum Diffusor (8) befindet.11. The device according to claim 10, characterized in that an outflow direction of the diffuser (8) is arranged substantially perpendicular to an inflow surface of a blade (1), which is located in a region of a structurally predetermined minimum distance from the diffuser (8).
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucklufterzeuger (17) eine Basisanströmung der Schaufeln (1) bereitstellt. 12. The apparatus of claim 10 or 11, characterized in that the compressed air generator (17) provides a base flow of the blades (1).
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zum Konvertermodul (19) mindestens eine Photovoltaikanlage (13) angeordnet ist.13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that adjacent to the converter module (19) at least one photovoltaic system (13) is arranged.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Konvertermodul (19) mit einem Speicher (14) für Energie gekoppelt ist.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the converter module (19) is coupled to a memory (14) for energy.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucklufterzeuger (17) mit einem Verbrennungsmotor (16) koppelbar ist.15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the compressed air generator (17) with an internal combustion engine (16) can be coupled.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Konvertermodul (19) mit einer elektronischen Steuereinheit (15) gekoppelt ist. 16. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the converter module (19) is coupled to an electronic control unit (15).
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