DE102024121235A1 - Wind or hydroelectric power plant - Google Patents
Wind or hydroelectric power plantInfo
- Publication number
- DE102024121235A1 DE102024121235A1 DE102024121235.7A DE102024121235A DE102024121235A1 DE 102024121235 A1 DE102024121235 A1 DE 102024121235A1 DE 102024121235 A DE102024121235 A DE 102024121235A DE 102024121235 A1 DE102024121235 A1 DE 102024121235A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- wind
- turbine
- water
- housing
- until
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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
- F03D3/02—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having a plurality of rotors
-
- 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
- F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
- F03B17/00—Other machines or engines
- F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
- F03B17/062—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction
- F03B17/063—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head" with rotation axis substantially at right angle to flow direction the flow engaging parts having no movement relative to the rotor during its rotation
-
- 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
- F03D3/04—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
- F03D3/0436—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor
- F03D3/0472—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor the shield orientation being adaptable to the wind motor
- F03D3/0481—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels for shielding one side of the rotor the shield orientation being adaptable to the wind motor and only with concentrating action, i.e. only increasing the airflow speed into the rotor, e.g. divergent outlets
-
- 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
- F03D3/06—Rotors
- F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2210/00—Working fluid
- F05B2210/16—Air or water being indistinctly used as working fluid, i.e. the machine can work equally with air or water without any modification
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/10—Stators
- F05B2240/14—Casings, housings, nacelles, gondels or the like, protecting or supporting assemblies there within
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/24—Rotors for turbines
- F05B2240/243—Rotors for turbines of the Archimedes screw type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Hydraulic Turbines (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Wind- oder Wasserkraftanlage (1), umfassend ein Gehäuse (2), eine Turbine und einen von der Turbine angetriebenen Generator (4), wobei das Gehäuse (2) eine Einlassöffnung (12) zum Einströmen des Windes oder des Wassers zur Turbine aufweist und eine Auslassöffnung (15) zum Ausströmen des Windes oder des Wassers von der Turbine aufweist. Wesentlich dabei ist, dass das Gehäuse (2) einen strömungsleitenden Gehäuseteil aufweist, der als Wind- oder Wasseraufnahmefläche (10) ausgebildet ist, um die Luft zu verdichten und die Wind- oder Wassergeschwindigkeit zu erhöhen, welche zum Antrieb der Turbine verwendet wird, und dass die Turbine vollständig innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet ist, und dass die Turbine als Schneckenwelle (20) ausgebildet ist. The invention relates to a wind or water power plant (1) comprising a housing (2), a turbine, and a generator (4) driven by the turbine, wherein the housing (2) has an inlet opening (12) for the flow of wind or water to the turbine and an outlet opening (15) for the flow of wind or water out of the turbine. Essentially, the housing (2) has a flow-guiding housing part designed as a wind or water intake surface (10) to compress the air and increase the wind or water velocity used to drive the turbine, and the turbine is arranged entirely within the housing (2), and the turbine is designed as a worm gear (20).
Description
Die Erfindung betrifft eine Wind- oder Wasserkraftanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Energieerzeugung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 19.The invention relates to a wind or hydropower plant with the features of the preamble of claim 1 and a method for generating energy with the features of the preamble of claim 19.
Windkraftanlagen zur Erzeugung von elektrischer Energie sind bereits bekannt. Die bekannteste horizontale Form weist drei Rotorblätter auf, die an einer horizontalen Achse in einer Höhe von bis zu 160 Meter angeordnet sind und einen Generator antreiben. Die Rotorblätter haben eine Länge bis zu 120 Meter, wobei sich der äußere Bereich des Rotorblattes entsprechend schnell um die Achse dreht und dadurch Schleppturbulenzen und eine konstante Lärmentwicklung verursacht werden. Die Energieaufnahme der Windkraftanlagen wird über die Stellung der Rotorblätter zum Wind gesteuert, wobei der Wind zur optimalen Ausnutzung parallel zur Generator-Achse auf die Rotorblätter auftrifft. Weiter stellt bei einer derartigen Anlage auch der Turm, auf der eine derartige Windkraftanlage installiert ist, ein Problem dar, weil die Luft unmittelbar vor der Säule abgebremst wird und der Druck auf das Rotorblatt in diesem Bereich stark variiert.Wind turbines for generating electricity are already well-known. The most common horizontal type has three rotor blades arranged on a horizontal axis at a height of up to 160 meters, driving a generator. The rotor blades are up to 120 meters long, with the outer section rotating rapidly around the axis, causing drag turbulence and constant noise. The energy input of the wind turbine is controlled by adjusting the angle of the rotor blades to the wind, with the wind hitting the blades parallel to the generator axis for optimal efficiency. Furthermore, the tower on which such a wind turbine is installed also presents a challenge, as the airflow is slowed down immediately in front of the tower, resulting in significant variations in pressure on the rotor blades in this area.
Weiter sind auch vertikale Windkraftanlagen mit einem sogenannten Savonius-Rotor bekannt. Derartige Windkraftanlagen weisen zwei oder mehr schaufelförmige, einander überlappende Flügel auf, die entlang der Drehachse gestreckt zwischen einem Boden und einem Deckel montiert sind. Auch bei derartigen Windkraftanlagen sind die rotierenden Elemente frei zugänglich, um die Windströmung in elektrische Energie umzuwandeln.Vertical axis wind turbines with a so-called Savonius rotor are also known. These wind turbines have two or more blade-shaped, overlapping blades that are stretched along the axis of rotation and mounted between a base and a cover. In these types of wind turbines, the rotating elements are also freely accessible to convert the wind flow into electrical energy.
Durch die frei zugänglichen beweglichen Elemente können bekannte Windkraftanlagen nur an entsprechend gesicherten Umgebungen installiert werden. Weiter ergibt sich bei bekannten Windkraftanlagen auch nachteilig eine gewisse Lärmentwicklung durch das Umfließen des Windes der Rotorblätter oder des Savonius-Rotors.Due to their freely accessible moving parts, conventional wind turbines can only be installed in appropriately secured environments. Furthermore, conventional wind turbines also exhibit a certain degree of noise generation from the wind flowing around the rotor blades or the Savonius rotor, which is a disadvantage.
Zur Energieerzeugung durch Wasserkraft werden in Wasserkraftanlagen sogenannte Kaplan-Turbinen, Francis-Turbinen oder Pelton-Turbinen verwendet. Im Falle der Kaplan-Turbinen erfolgt die Zuleitung des Wassers parallel zur Drehachse der Turbine. Im Falle der Fancis- oder Pelton-Turbine wird zum Antrieb der Turbine das Wasser tangential auf die Schaufelblätter geleitet, um diese anzutreiben. Weiter sind auch Wasserkraftschnecken bekannt, bei denen durch an der oberen Einlassöffnung der Schnecke eingeleitetes Wasser und durch die Schwerkraft die Turbine in Rotation versetzt wird.Hydropower plants utilize Kaplan, Francis, or Pelton turbines to generate energy from water. In Kaplan turbines, the water flows parallel to the turbine's axis of rotation. Francis and Pelton turbines, on the other hand, direct the water tangentially onto the turbine blades to drive them. Water screws are also known, in which water introduced at the screw's upper inlet and gravity set the turbine in motion.
Eine Vorrichtung, welche für die Stromgewinnung sowohl als Windkraftanlage oder auch als Wasserkraftanlage eingesetzt werden kann, ist nicht bekannt.A device that can be used for electricity generation both as a wind turbine and as a hydroelectric power plant is not known.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Wind- oder Wasserkraftanlage zu schaffen, welche konstruktiv einfach aufgebaut ist, eine große Aufnahmefläche bei gleichzeitig kleinem Turbinendurchmesser, eine erhöhte Sicherheit zu bekannten Anlagen aufweist und die vorangehend genannten Probleme löst.The object of the present invention is to create a wind or hydropower plant which is structurally simple, has a large receiving area with a small turbine diameter, offers increased safety compared to known plants, and solves the aforementioned problems.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Wind- oder Wasserkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This problem is solved according to the invention by a wind or water power plant with the features of claim 1.
Erfindungsgemäß wird eine Wind- oder Wasserkraftanlage zur Verfügung gestellt, umfassend ein Gehäuse, eine Turbine und einen von der Turbine angetriebenen Generator, wobei das Gehäuse eine Einlassöffnung zum Einströmen des Windes oder des Wassers zur Turbine aufweist und eine Auslassöffnung zum Ausströmen des Windes oder des Wassers von der Turbine aufweist.According to the invention, a wind or water power plant is provided, comprising a housing, a turbine and a generator driven by the turbine, wherein the housing has an inlet opening for the wind or water to flow into the turbine and an outlet opening for the wind or water to flow out of the turbine.
Wesentlich dabei ist, dass das Gehäuse einen strömungsleitenden Gehäuseteil aufweist, der als Wind- oder Wasseraufnahmefläche ausgebildet ist, um die Luft zu verdichten und die Wind- oder Wassergeschwindigkeit zu erhöhen, welche zum Antrieb der Turbine verwendet wird, und dass die Turbine vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und dass die Turbine als Schneckenwelle ausgebildet ist.The essential feature is that the casing has a flow-guiding casing part designed as a wind or water intake surface to compress the air and increase the wind or water speed used to drive the turbine, and that the turbine is arranged completely inside the casing, and that the turbine is designed as a worm shaft.
Vorteilhaft ergibt sich durch das strömungsleitende Gehäuseteil eine vergrößerte Wind- oder Wasseraufnahmefläche, die über die Maße der Turbine hinaus geht, wodurch eine höhere Energieerzeugung ermöglicht wird. Weiter ergibt sich vorteilhaft, dass diese Wind- oder Wasseraufnahmefläche kein rotierendes Bauteil darstellt und somit die Sicherheit der Anlage vergrößert wird und auch nicht zur Lärmentwicklung beiträgt.The flow-guiding housing component offers the advantage of an enlarged wind or water intake surface that extends beyond the turbine's dimensions, thus enabling higher energy generation. Furthermore, this wind or water intake surface is not a rotating component, thereby increasing the system's safety and eliminating noise generation.
Vorteilhaft ergibt sich durch die vollständige Anordnung der Turbine innerhalb des Gehäuses eine sicherere und leisere Wind- oder Wasserkraftanlage. Die drehenden Komponenten werden durch das Gehäuse von der Umgebung abgeschirmt. Zusätzlich ist die Turbine durch die vollständige Anordnung innerhalb des Gehäuses stabiler gelagert, wodurch die Wind- oder Wasserkraftanlage weniger störanfällig und wartungsarm ist und größere Wind- oder Wassergeschwindigkeiten zur Energieerzeugung verwendet werden können.The advantage of completely enclosing the turbine within the casing is a safer and quieter wind or hydropower plant. The rotating components are shielded from the environment by the casing. Furthermore, the turbine's complete enclosure provides greater stability, making the wind or hydropower plant less prone to malfunctions and requiring less maintenance, and allowing for the use of higher wind or water speeds for energy generation.
Vorteilhaft ergibt sich weiter durch die Ausbildung der Turbine als Schneckenwelle eine hohe Effizienz bei der Energieerzeugung. Weiter ist bei der Verwendung der Schneckenwelle vorteilhaft, dass größere Windgeschwindigkeiten und größere Drücke zum Antrieb der Turbine verwendet werden können, da die Schneckenwelle durch ihre Konstruktion stabiler als bekannte Rotorblätter ausgebildet ist und - wie vorangehend bereits beschrieben - eine beidseitige Lagerung aufweist. Vorteilhaft ergibt sich weiter durch die Ausbildung des Gehäuseteils, dass die Strömung unmittelbar vor dem Einwirken auf die Turbine eine Einleitung in Form einer hyperbolischen Spirale erfährt. Hierdurch wird die beschleunigte und/oder verdichtete Strömung auf die Außenbereiche, bzw. die Außenflächen der Schneckenwelle konzentriert, was eine konzentrierte Bedüsung darstellt. Daraus resultiert ein deutlich höheres Drehmoment. Besonders vorteilhaft ist die Kombination des strömungsleitenden Gehäuseteils mit der Verwendung der Turbine als Schneckenwelle, da dadurch die Energie der beschleunigten und verdichteten Luft durch die stabile Turbine mit hohem Wirkungsgrad in elektrische Energie umgewandelt werden kann.Furthermore, the design of the turbine as a screw shaft results in a high efficiency. efficiency in energy generation. Furthermore, the use of the worm shaft is advantageous because higher wind speeds and pressures can be used to drive the turbine, as its design makes it more stable than conventional rotor blades and—as previously described—it features bearings on both sides. The design of the housing section also offers the advantage of introducing the flow in the form of a hyperbolic spiral immediately before it impacts the turbine. This concentrates the accelerated and/or compressed flow onto the outer surfaces of the worm shaft, resulting in concentrated jet spraying. This leads to significantly higher torque. The combination of the flow-guiding housing section with the use of the turbine as a worm shaft is particularly advantageous, as it allows the energy of the accelerated and compressed air to be converted into electrical energy with high efficiency by the stable turbine.
Es kann vorgesehen sein, dass der strömungsleitende Gehäuseteil von einer Gehäusespitze ausgehend in einem ersten Bereich eine konkave Oberfläche aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, dass im Bereich der Gehäusespitze die Strömung weitestgehend tangential aufgenommen wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der strömungsleitende Gehäuseteil in einem zweiten Bereich eine konvexe Oberfläche aufweist, welcher mit einem krümmungsstetigen Übergang an die konkave Oberfläche anschließt. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die konvexe Oberfläche mit einem krümmungsstetigen oder zumindest tangentialen Übergang in die Einlassöffnung übergeht. Vorteilhaft ergibt sich aus dieser speziellen Form der Windführung in beiden Bereichen ein effizientes Sammeln des Windes oder des Wassers, um das Wind- oder Wasservolumen und die Wind- oder Wasserfließgeschwindigkeit zu erhöhen und gleichzeitig eine Verwirbelung und Störung im Bereich der Einlassöffnung durch die konkave Oberflächenführung und die krümmungsstetigen Übergänge zu verringern. Dadurch kann die gesamte vordere Gehäusefläche als Windaufnahmefläche zum Antrieb der Turbine verwendet werden.It can be provided that the flow-guiding housing section has a concave surface in a first region, starting from a housing tip. In this region, the flow is captured largely tangentially. Preferably, the flow-guiding housing section has a convex surface in a second region, which connects to the concave surface with a continuous curvature transition. It can also be provided that the convex surface transitions into the inlet opening with a continuous or at least tangential curvature transition. Advantageously, this special form of wind guidance in both regions results in efficient wind or water collection, thereby increasing the wind or water volume and flow velocity, while simultaneously reducing turbulence and disturbance in the inlet opening area caused by the concave surface and the continuous curvature transitions. This allows the entire front housing surface to be used as a wind-capturing surface for driving the turbine.
Es kann vorgesehen sein, dass der strömungsleitende Gehäuseteil entgegen der Wind- oder Wasserbewegungsrichtung ausgebildet ist, insbesondere in Richtung luv weist. Entgegen der Richtung bedeutet dabei vorzugsweise, dass der strömungsleitende Gehäuseteil im vorderen Bereich des Gehäuses, d.h. im Bereich, welcher zuerst mit dem Wind oder Wasser in Kontakt kommt, ausgebildet ist. Damit kann der strömungsleitende Gehäuseteil verwendet werden, um das Wind- oder Wasservolumen und die Wind- oder Wasserfließgeschwindigkeit zu erhöhen, welcher zum Antrieb der Turbine verwendet wird.It can be provided that the flow-guiding housing part is designed to face against the direction of wind or water flow, particularly towards windward. "Against the direction" preferably means that the flow-guiding housing part is located in the front region of the housing, i.e., in the area that first comes into contact with the wind or water. This allows the flow-guiding housing part to be used to increase the wind or water volume and flow velocity used to drive the turbine.
Es kann vorgesehen sein, dass ein zweiter strömungsleitende Gehäuseteil mit der Wind- oder Wasserbewegungsrichtung ausgebildet ist, insbesondere nach lee weist. Mit der Richtung bedeutet dabei vorzugsweise, dass der strömungsleitende Gehäuseteil im hinteren Bereich des Gehäuses, d.h. im Bereich, welcher zuletzt mit dem Wind oder Wasser in Kontakt kommt, ausgebildet ist. Damit kann eine Verwirbelung des Winds oder des Wassers beim Umströmen des Gehäuses reduziert werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei geschlossener Einlassöffnung, beispielsweise bei einer Wartung der Anlage, da dadurch nur sehr geringe Verwirbelungen durch die Anlage entstehen.It can be provided that a second flow-guiding housing section is designed with the direction of wind or water flow, particularly pointing downwind. "Direction" here preferably means that the flow-guiding housing section is located in the rear area of the housing, i.e., in the area that comes into contact with the wind or water last. This reduces turbulence caused by the wind or water flowing around the housing. This is particularly advantageous when the inlet opening is closed, for example, during maintenance of the system, as this results in very little turbulence from the system.
Es kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse symmetrisch ausgebildet ist, vorzugsweise in horizontale und/oder vertikale Richtung spiegelsymmetrisch ausgebildet ist. Vorzugsweise bedeutet dabei in horizontale Richtung spiegelsymmetrisch, dass im vorderen Bereich des Gehäuses zwei strömungsleitende Gehäuseteile symmetrisch zueinander und übereinander ausgebildet sind. Dabei bedeutet in vertikale Richtung spiegelsymmetrisch, dass im vorderen Bereich des Gehäuses zwei strömungsleitende Gehäuseteile symmetrisch zueinander und nebeneinander ausgebildet sind. Vorteilhaft ergibt sich aus der symmetrischen Ausbildung des Gehäuses ein erhöhter Energiegewinn bei gleichzeitiger symmetrischer Ausbildung zweier Turbinen in der Wind- oder Wasserkraftanlage sowie eine verbesserte Strömungsform des Gehäuses.The housing can be designed symmetrically, preferably with mirror symmetry in the horizontal and/or vertical direction. Preferably, with mirror symmetry in the horizontal direction, this means that two flow-guiding housing parts are symmetrical to each other and one above the other in the front region of the housing. With mirror symmetry in the vertical direction, this means that two flow-guiding housing parts are symmetrical to each other and adjacent to each other in the front region of the housing. Advantageously, the symmetrical design of the housing results in increased energy yield when two turbines in the wind or hydropower plant are also designed symmetrically, as well as improved flow characteristics within the housing.
Für eine Windkraftanlage kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse drehbar oder fest auf einem Turm oder einer ebenen Oberfläche, beispielsweise auf einem Dach eines Gebäudes, angeordnet ist. Der Vorteil der drehbaren Ausgestaltung liegt darin, dass die Windkraftanlage der Windrichtung hinterhergeführt werden kann. Der Vorteil der festen Anordnung liegt darin, dass bei meist gleichen Windrichtungsverhältnissen eine sehr stabile Befestigung ohne großen Platzaufwand möglich ist und eine größere Dimensionierung vorgenommen werden kann.A wind turbine housing can be designed to be either rotatable or fixed to a tower or a flat surface, such as a building roof. The advantage of a rotatable design is that the wind turbine can be steered to follow the wind direction. The advantage of a fixed mounting is that, under mostly consistent wind conditions, a very stable installation is possible without requiring much space, and larger turbine sizes can be used.
Für eine Wasserkraftanlage kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse mit einem Einlassstutzen und/oder Auslassstutzen verbindbar ist. Dadurch kann das Wasser aus einem Speicher direkt auf die Wasserkraftanlage geführt werden, wobei durch die Ausgestaltung des Gehäuses der Wasserkraftanlage durch den strömungsleitenden Gehäuseteil die Wasserfließgeschwindigkeit erhöht wird. Entsprechend ermöglicht ein Auslassstutzen das Wegführen des Wassers aus der Wasserkraftanlage heraus.For a hydropower plant, the casing may be designed to be connectable to an inlet and/or outlet. This allows water from a reservoir to be fed directly into the hydropower plant, with the design of the casing's flow-guiding section increasing the water flow velocity. Similarly, an outlet allows the water to be discharged from the hydropower plant.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wind- oder Wasseraufnahme der Turbine senkrecht bzw. orthogonal zur Drehachse der Turbine erfolgt. Darunter wird insbesondere verstanden, dass der Wind oder das Wasser der Schneckenwelle seitlich zugeführt wird, d.h. nicht wie bei einer Wasserkraftschnecke, bei der die Aufnahme und Abgabe des Wassers an den jeweiligen Enden erfolgt. Vorteilhaft ergibt sich daraus, dass durch die größere Aufnahmefläche der Turbine der Wind oder das Wasser effizienter zum Antrieb der Turbine genutzt werden kann, wodurch eine höhere Energiegewinnung ermöglicht wird.It can be designed so that the wind or water intake of the turbine is perpendicular or orthogonal to the turbine's axis of rotation. This means, in particular, that the wind or water is fed to the screw shaft laterally, i.e., not as in a water turbine screw, where the intake and discharge of water occur at the respective ends. The advantage of this is that the larger intake area of the turbine allows the wind or water to be used more efficiently to drive the turbine, thus enabling higher energy generation.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wind- oder Wasseraufnahme der Turbine senkrecht bzw. orthogonal zur Drehachse der Turbine über die gesamte Längserstreckung der Turbine erfolgt. Damit kann der gesamte Wind oder das gesamte Wasser, welcher oder welches durch den strömungsleitenden Gehäuseteil verdichtet und/oder beschleunigt wird, zum Antrieb der Turbine genutzt werden.It can be designed so that the turbine's wind or water intake is perpendicular or orthogonal to the turbine's axis of rotation along its entire length. This allows all the wind or water, which is compressed and/or accelerated by the flow-guiding casing section, to be used to drive the turbine.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Wind- oder Wasseraufnahme der Turbine senkrecht bzw. orthogonal zur Drehachse der Turbine nur über einen Teil der Längserstreckung der Turbine erfolgt. Dabei kann der Wind oder das Wasser, welcher oder welches im Bereich der Auslassöffnung auf die Turbine auftreffen würde, in einen Bereich umgeleitet werden, welcher entfernt von der Auslassöffnung ausgebildet ist, um den Wind oder das Wasser zum Antrieb eines längeren Bereichs der Turbine zu nutzen. Dadurch kann die Energiegewinnung erhöht werden.Preferably, the turbine's wind or water intake can be arranged perpendicular or orthogonal to its axis of rotation, but only over a portion of its longitudinal extent. In this arrangement, the wind or water that would otherwise strike the turbine at the outlet opening can be diverted to a section located away from the outlet opening, thus enabling the turbine to drive a longer portion of its length. This increases energy production.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wind- oder Wasserabgabe der Turbine parallel zur Drehachse der Turbine erfolgt. Darunter wird verstanden, dass der Wind oder das Wasser an einem Ende der Schneckenwelle rotierend abgegeben wird. Unter einer parallelen zur Drehachse vorgesehenen Abgabe wird dabei verstanden, dass die Luft oder das Wasser in Richtung einer hypothetisch verlängerten Drehachse von der Schneckenwelle weg abgeführt wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine hohe Energiegewinnung möglich ist, indem der Wind oder das Wasser durch die gesamte Turbine geleitet wird.It can be designed so that the wind or water discharge from the turbine occurs parallel to the turbine's axis of rotation. This means that the wind or water is discharged at one end of the screw shaft while rotating. A discharge parallel to the axis of rotation means that the air or water is directed away from the screw shaft in the direction of a hypothetically extended axis of rotation. This ensures high energy yield by directing the wind or water through the entire turbine.
Vorteilhaft ergibt sich durch die senkrechte Aufnahme mit gleichzeitiger paralleler Abgabe des Windes oder des Wassers eine sehr effiziente Umwandlung der Bewegungsenergie des Windes oder des Wassers in elektrische Energie, da der Wind oder das Wasser je nach Aufnahmepunkt bis zum Ende der Schneckenwelle zur Energiegewinnung verwendet wird und nicht ungenutzt durch die Turbine hindurchströmt.The vertical intake with simultaneous parallel release of the wind or water results in a very efficient conversion of the kinetic energy of the wind or water into electrical energy, since the wind or water is used for energy generation up to the end of the screw shaft, depending on the intake point, and does not flow through the turbine unused.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Turbine senkrecht oder waagerecht im Gehäuse angeordnet ist. Entsprechend der Anordnung der Turbine ist die Einlassöffnung im Gehäuse und dem strömungsleitenden Gehäuseteil senkrecht oder waagrecht ausgebildet, um den Wind oder das Wasser direkt auf die Turbine zu lenken. Unter senkrecht und waagrecht wird dabei eine horizontale oder vertikale Anordnung im Gehäuse verstanden. Dadurch kann je nach Anforderung der Wind- oder Wasserkraftanlage die Turbine in dem Gehäuse angeordnet werden. Beispielsweise ist für eine Anordnung der Windkraftanlage auf einem Hausdach eine waagrechte Anordnung vorteilhaft, da die Windkraftanlage mit geringerer Höhe aber großer Breite mit einer langen Turbine für eine hohe Energiegewinnung ausgebildet sein kann. Entsprechend ist eine senkrechte Ausgestaltung vorteilhaft für eine Windkraftanlage auf einem Turm, da dabei beispielsweise auch eine symmetrische Ausgestaltung mit zwei nebeneinander angeordneten Turbinen möglich ist.In particular, the turbine can be arranged vertically or horizontally within the housing. Depending on the turbine's orientation, the inlet opening in the housing and the flow-guiding housing section is designed vertically or horizontally to direct the wind or water directly onto the turbine. "Vertical" and "horizontal" here refer to a horizontal or vertical arrangement within the housing. This allows the turbine to be positioned within the housing according to the requirements of the wind or hydropower plant. For example, a horizontal arrangement is advantageous for a wind turbine on a rooftop, as the turbine can be designed with a lower height but greater width and a long turbine for high energy yield. Conversely, a vertical design is advantageous for a wind turbine on a tower, as it allows for a symmetrical configuration with two turbines arranged side by side.
Es kann vorgesehen sein, dass eine Turbine im Gehäuse angeordnet ist. Vorteilhaft ist dabei, dass in dieser Ausgestaltung nur ein strömungsleitender Gehäuseteil und nur eine Einlassöffnung vorgesehen sind, wodurch eine sehr stabile und sehr kompakte bzw. auch wahlweise größere Wind- oder Wasserkraftanlage zur Verfügung gestellt werden kann.It is possible to arrange a turbine within the housing. The advantage of this design is that it requires only one flow-conducting housing section and one inlet opening, resulting in a very stable and compact, or optionally larger, wind or hydropower plant.
In einer vorzugsweisen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zwei oder mehrere Turbinen im Gehäuse angeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass die zwei Turbinen parallel zueinander im Gehäuse angeordnet sind. Vorzugsweise drehen sich die zwei Turbinen im Gehäuse gegenläufig. Dafür kann das Gehäuse des Wind- oder Wasserkraftwerks symmetrisch ausgebildet sein. Daraus ergibt sich eine sehr stabile und schwingungsarme Konstruktion des Wasser- oder Windkraftwerks, speziell wenn die zwei Turbinen gegenläufig im Gehäuse angeordnet sind.In a preferred embodiment, two or more turbines may be arranged within the housing. The two turbines may be arranged parallel to each other within the housing. Preferably, the two turbines rotate in opposite directions within the housing. For this purpose, the housing of the wind or hydropower plant may be symmetrically designed. This results in a very stable and low-vibration design for the hydropower plant, especially when the two turbines are arranged in opposite directions within the housing.
Es kann vorgesehen sein, dass die Schneckenwelle als eine Welle mit einer oder mehreren schraubenförmigen Windungen ausgebildet ist, vorzugsweise mit drei schraubenförmigen Windungen ausgebildet ist. Der Vorteil von drei schraubenförmigen Windungen liegt darin, dass damit in einfacher Weise herstellungsbedingte Unwuchten ausgeglichen werden können. Dabei sind die schraubenförmigen Windungen spiralförmig in axialer Richtung um die Welle herum ausgebildet. Die Schneckenwelle kann auch einfach als Schnecke mit einer Welle bezeichnet werden. Die schraubenförmigen Windungen können auch als Schneckenwendel bezeichnet werden. Unter mehreren schraubenförmigen Windungen sind dabei zwei, drei, vier, fünf oder mehr schraubenförmige Windungen zu verstehen. Durch die mehreren schraubenförmigen Windungen verbessert sich der Wirkungsgrad, und gleichzeitig kann die Lärmemission reduziert werden und die Stabilität der Turbine erhöht werden.The worm shaft can be designed as a shaft with one or more helical turns, preferably with three helical turns. The advantage of three helical turns is that they allow for the simple compensation of manufacturing-related imbalances. The helical turns are arranged spirally around the shaft in the axial direction. The worm shaft can also simply be referred to as a worm with a shaft. The helical turns can also be called a worm helix. "Multiple helical turns" here refers to two, three, four, five, or more helical turns. The multiple helical windings improve efficiency, while simultaneously reducing noise emissions and increasing turbine stability.
Es kann vorgesehen sein, dass die ein oder mehreren schraubenförmigen Windungen, vorzugweise die ein oder mehreren Schneckenwendel, eine konstante Steigung aufweisen. Die Steigung kann dabei in einem konstanten Winkel zwischen 10° und 45° ausgebildet sein. Dadurch ist die Schneckenwelle in einer einfachen Weise herstellbar.It can be provided that the one or more helical turns, preferably the one or more worm helix, have a constant pitch. The pitch can be formed at a constant angle between 10° and 45°. This allows the worm shaft to be manufactured in a simple manner.
Es kann vorgesehen sein, dass die eine oder mehreren schraubenförmigen Windungen, vorzugweise die ein oder mehreren Schneckenwendel, mit einem in der Auslassöffnung steigenden Winkel ausgebildet ist/sind, vorzugsweise mit einem steigenden Winkel oder zunehmenden Winkel ausgebildet ist/sind. Unter steigendem Winkel ist dabei zu verstehen, dass der Abstand zweier übereinander ausgebildeter Windungen eines Schneckenwendels mit steigendem Abstand zueinander ausgebildet sind. Dadurch ergibt sich ein in Richtung des Auslasses vergrößerter Aufnahmebereich zwischen den Schneckenwendeln. Die Steigung kann dabei in einem ansteigenden Winkel zwischen 10° und 45° ausgebildet sein. Durch den ansteigenden Winkel der Schneckenwendel kann die zusätzliche Wind- oder Wasseraufnahme im Bereich des Auslasses ebenfalls effektiv zum Antrieb der Turbine genutzt werden, trotz der Abführung des Winds oder des Wassers, welcher oder welches bereits im unteren Bereich die Turbine antreibt und durch die Schneckenwendel in Richtung des Auslasses transportiert wird. Damit ist an jedem Punkt der Längserstreckung der Turbine eine Zuführung neuer Luft oder neuem Wasser möglich. Dadurch ist eine effektive Nutzung des Windes oder des Wassers über die gesamte Längserstreckung der Turbine möglich, wodurch eine erhöhte Energieerzeugung erhalten wird. Weiter wird dadurch dem Wind oder dem Wasser ein steigendes Volumen zur Verfügung gestellt, das beim Abbremsen beziehungsweise Entschleunigen des Windes oder des Wassers in Richtung des Auslasses anfällt.It can be provided that the one or more helical turns, preferably the one or more screw helixes, are formed with an increasing angle at the outlet opening, preferably with an increasing angle. An increasing angle means that the distance between two superimposed turns of a screw helix is designed to increase. This results in a larger intake area between the screw helixes in the direction of the outlet. The pitch can be formed at an increasing angle between 10° and 45°. Due to the increasing angle of the screw helix, the additional wind or water intake in the outlet area can also be effectively used to drive the turbine, despite the discharge of the wind or water, which already drives the turbine in the lower section and is transported by the screw helix towards the outlet. This allows for the supply of fresh air or water at any point along the longitudinal extent of the turbine. This allows for the effective use of wind or water along the entire length of the turbine, resulting in increased energy production. Furthermore, it provides the wind or water with an increasing volume of flow that occurs when the wind or water slows down or decelerates towards the outlet.
Es kann vorgesehen sein, dass die Welle der Schneckenwelle über ihre Längserstreckung einen konstanten Durchmesser aufweist. Dadurch ist die Schneckenwelle in einer einfachen Weise herstellbar.It can be designed so that the worm shaft has a constant diameter along its length. This makes the worm shaft easier to manufacture.
Es kann vorgesehen sein, dass die Welle der Schneckenwelle konusförmig mit einem in Richtung des Auslasses abnehmenden Durchmesser ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich ein in Richtung des Auslasses vergrößerter Aufnahmebereich pro Wendelabschnitt, wodurch an jedem Punkt der Längserstreckung der Turbine eine Zuführung neuer Luft oder neuen Wassers möglich ist. Damit kann die zusätzliche Wind- oder Wasseraufnahme im Bereich des Auslasses ebenfalls effektiv zum Antrieb der Turbine genutzt werden, trotz der Abführung des Windes oder des Wassers, welcher oder welches bereits im unteren Bereich die Turbine antreibt und durch die Schneckenwendel in Richtung des Auslasses transportiert wird.The screw shaft can be designed with a conical shape, its diameter decreasing towards the outlet. This results in a larger intake area per helix section towards the outlet, allowing for the introduction of fresh air or water at any point along the turbine's length. This means that the additional wind or water intake near the outlet can also be effectively used to drive the turbine, despite the discharge of wind or water, which is already driving the turbine in the lower section and being transported towards the outlet by the screw helix.
In einer vorzugsweisen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Dicke des Schneckenwendels in Richtung der Welle zunimmt. Dadurch kann eine Verstärkung des Schneckenwendels erhalten werden, wodurch größere Luft- oder Wassermengen und -geschwindigkeiten zum Antrieb der Turbine genutzt werden können. Gleichzeitig ist die Schneckenwelle dadurch stabiler ausgebildet, was zu einer reduzierten Geräuschentwicklung beiträgt.In a preferred embodiment, the thickness of the screw helix can increase towards the shaft. This strengthens the screw helix, allowing larger volumes and velocities of air or water to be used to drive the turbine. Simultaneously, this results in a more stable screw shaft, which contributes to reduced noise.
Es kann vorgesehen sein, dass die Schneckenwelle an beiden Enden im Gehäuse drehbar gelagert angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine besonders stabile und wartungsarme Lagerung. Durch die beidseitige Lagerung der Welle der Turbine im Gehäuse kann ein kleinerer Verschleiß der Lager erhalten werden. Zusätzlich ist durch eine derartige Lagerung die Verwendung größerer Luft- oder Wassermengen und -geschwindigkeiten sowie ein laufruhiger Betrieb möglich.The worm shaft can be rotatably mounted at both ends within the housing. This results in a particularly stable and low-maintenance bearing arrangement. The double-sided support of the turbine shaft within the housing also reduces bearing wear. Furthermore, this type of bearing arrangement allows for the use of larger air or water volumes and velocities, as well as smoother operation.
Es kann vorgesehen sein, dass an dem Gehäuse Einlassflügel ausgebildet sind zur Einstellung der Größe der Einlassöffnung. Vorzugsweise sind die Einlassflügel als bewegbare Klappen ausgebildet. Damit kann die Eindüsung des Windes oder des Wassers in die Turbine gesteuert werden. Vorteilhaft ergibt sich daraus, dass nicht die Position oder die Orientierung des rotierenden Elements, d.h. die Turbine bei unterschiedlichen Wind- oder Wasserverhältnissen verändert wird, sondern die Steuerung der Energieerzeugung der Wind- oder Wasserkraftanlage über den Einlassflügel erfolgt. Dadurch ist der Betrieb der Windkraftanlage auch bei hohen Windgeschwindigkeiten oder bei Sturm möglich, da Einlassflügel so gesteuert werden können, dass diese nur einen kleinen Spalt offenstehen. Ebenfalls ist ein vollständiges Verschließen der Einlassöffnung, beispielsweise für Wartungsarbeiten möglich.The housing may be equipped with inlet vanes to adjust the size of the inlet opening. Preferably, these inlet vanes are designed as movable flaps. This allows the injection of wind or water into the turbine to be controlled. The advantage of this design is that the position or orientation of the rotating element, i.e., the turbine, is not changed under varying wind or water conditions; instead, the energy generation of the wind or hydropower plant is controlled via the inlet vanes. This enables the operation of the wind turbine even at high wind speeds or during storms, as the inlet vanes can be controlled to remain open only a small gap. Complete closure of the inlet opening, for example for maintenance work, is also possible.
Es kann vorgesehen sein, dass die Einlassflügel an der Innenseite konkav ausgebildet sind, vorzugsweise dass die Innenseite der Einlassflügel krümmungsstetig in die Einlassöffnung übergeht. Es kann vorgesehen sein, dass durch die konkave Ausbildung eine kontinuierliche Verkleinerung der Einlassöffnung erhalten wird, um den Wind oder das Wasser weiter zu beschleunigen. Durch die konkave Ausbildung kann zusätzlich zum strömungsleitenden Gehäuseteil zusätzlicher Wind oder Wasser gesammelt und in Richtung der Einlassöffnung beschleunigt werden. Vorteilhaft ergibt sich aus dieser speziellen Form der Einlassflügel ein effizientes Sammeln des Windes oder des Wassers, um das Wind- oder Wasservolumen und die Wind- oder Wasserfließgeschwindigkeit zu erhöhen und gleichzeitig eine geringstmögliche Verwirbelung im Bereich der Einlassöffnung durch den krümmungsstetigen Übergang zu erreichen. Dadurch kann die Wind- oder Wasseraufnahmefläche sowie die Geschwindigkeit weiter vergrößert werden.The inlet vanes can be designed with a concave inner surface, preferably with a continuous curvature transitioning into the inlet opening. The concave design can create a continuous reduction in the size of the inlet opening to further accelerate the wind or water. The concave design allows additional wind or water, beyond that collected by the flow-guiding housing section, to be accelerated towards the inlet opening. This special shape of the inlet vanes advantageously results in the efficient collection of wind or water, increasing both the wind or water volume and flow velocity, while simultaneously minimizing turbulence at the inlet opening thanks to the continuous curvature transition. This allows for a further increase in the wind or water intake area and velocity.
Es kann vorgesehen sein, dass die Einlassflügel über einen oder mehrere Motoren, vorzugsweise Servomotoren, steuerbar ausgebildet sind. Dadurch ist eine Steuerung der Wind- oder Wasserkraftanlage möglich, welche an die jeweiligen Umweltverhältnisse oder für Wartungsarbeiten angepasst ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Stellung der Einlassflügel durch die Steuerung erfolgt oder automatisiert abhängig von den Umweltverhältnissen erfolgt.The inlet vanes can be designed to be controllable via one or more motors, preferably servo motors. This allows for control of the wind or hydropower plant that can be adapted to the respective environmental conditions or for maintenance work. The position of the inlet vanes can be controlled by the system or automatically adjusted depending on the environmental conditions.
Es kann vorgesehen sein, dass die Auslassöffnung einen wind- oder wasserführenden Auslass aufweist; welche den Wind oder das Wasser von der zur Turbinenachse parallelen Richtung in die ursprüngliche Wind- oder Wasserrichtung umleitet. Unter der ursprünglichen Wind- oder Wasserrichtung ist dabei die Richtung zu verstehen; unter der der Wind oder das Wasser auf den strömungsleitenden Gehäuseteil auftrifft.The outlet opening may be designed to have a wind- or water-carrying outlet, which redirects the wind or water from the direction parallel to the turbine axis back into the original wind or water direction. The original wind or water direction is understood to be the direction in which the wind or water strikes the flow-conducting casing part.
Es kann vorgesehen sein, dass der wind- oder wasserführende Auslass in Form einer Schnecke mit stetig rotierender Führung und stetiger Vergrößerung ausgebildet ist. Der wind- oder wasserführende Auslass kann in Form eines Weinbergschneckengehäuses ausgebildet sein. Vorteilhaft ergibt sich dadurch eine Entschleunigung und eine Entdichtung des Wassers oder des Windes aus der Turbine heraus mit gleichzeitiger Umleitung.The wind- or water-carrying outlet can be designed in the form of a screw with a continuously rotating guide and continuous enlargement. Alternatively, the wind- or water-carrying outlet can be designed in the form of a garden snail shell. This advantageously results in a deceleration and a release of the seal from the water or wind exiting the turbine, while simultaneously diverting the flow.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Leerraum zwischen dem schneckenförmigen Auslass und der Turbine ausgebildet ist. Durch den Abstand bzw. dem Leerraum können Peitschgeräusche vermieden werden.In particular, a void can be provided between the spiral-shaped outlet and the turbine. This distance or void can prevent whipping noises.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wind- oder Wasserkraftanlage oder das Gehäuse eine Größe zwischen 0,2 Meter und bis zu 20 Meter aufweist, Insbesondere eine Kantenlänge zwischen 0,2 Meter und bis zu 20 Meter aufweist. It may be provided that the wind or hydropower plant or the housing has a size between 0.2 meters and up to 20 meters, in particular an edge length between 0.2 meters and up to 20 meters.
Vorteilhaft ergibt sich aus der erfindungsgemäßen Wind- oder Wasserkraftanlage, dass diese durch die Anordnung der Turbine innerhalb des Gehäuses keine großen Schwingungen erzeugt und sehr stabil ausgebildet ist. Ebenfalls ist vorteilhaft, dass durch den strömungsleitenden Gehäuseteil auch kleinere Ausgestaltungen möglich sind mit gleichzeitiger guter Energiegewinnung, da der Wind oder das Wasser durch das Gehäuse gesammelt und beschleunigt wird. Diese kleineren Ausführungen können beispielsweise auch auf einem Gehäusedach effektiv zur Energieerzeugung genutzt werden.The wind or water power plant according to the invention is advantageous in that, due to the arrangement of the turbine within the housing, it generates minimal vibrations and is very stable. It is also advantageous that the flow-guiding housing component allows for smaller designs while simultaneously achieving good energy yield, as the wind or water is collected and accelerated by the housing. These smaller versions can, for example, be effectively used for energy generation on a housing roof.
Es kann vorgesehen sein, dass das Gehäuse aus Metall, wie Stahl oder Aluminium, aus Kunststoff oder aus glasfaserverstärktem Material besteht. Das Material kann an die Anlagengröße angepasst werden.The housing can be made of metal, such as steel or aluminum, plastic, or fiberglass-reinforced material. The material can be adapted to the size of the system.
Es kann vorgesehen sein, dass die Wind- oder Wasserkraftanlage einen Generator aufweist, vorzugsweise jeweils einen Generator pro Turbine. Es kann vorgesehen sein, dass der Generator an der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist, oder dass das Gehäuse einen Aufnahmeraum für den Generator aufweist. Vorzugsweise ist der Generator direkt mit der Achse der Turbine verbunden.The wind or hydropower plant may be equipped with a generator, preferably one generator per turbine. The generator may be located on the outside of the housing, or the housing may have a designated space for the generator. Preferably, the generator is directly connected to the turbine shaft.
Weiter wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Energieerzeugung mit einer Wind- oder Wasserkraftanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 19 gelöst.Furthermore, the problem is solved according to the invention by a method for generating energy with a wind or hydropower plant having the features of claim 19.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Energieerzeugung mit einer Wind- oder Wasserkraftanlage mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
- i) Sammeln und Beschleunigen des Windes oder des Wassers durch einen strömungsleitenden Gehäuseteil der Wind- oder Wasserkraftanlage;
- ii) Antrieb einer Schneckenwelle durch Zuführen des Windes oder des Wassers senkrecht zur Drehachse der Schneckenwelle;
- iii) Abführen des Windes oder des Wassers aus der Schneckenwelle heraus parallel zur Drehachse der Schneckenwelle;
- iv) Umleiten des Windes oder des Wassers nach der Schneckenwelle in eine senkrecht zur Drehachse der Schneckenwelle gerichteten Richtung;
- i) Collecting and accelerating the wind or water through a flow-conducting casing part of the wind or hydropower plant;
- ii) Driving a worm shaft by supplying wind or water perpendicular to the axis of rotation of the worm shaft;
- iii) Discharge of wind or water from the screw shaft parallel to the axis of rotation of the screw shaft;
- iv) Redirecting the wind or water after the screw shaft in a direction perpendicular to the axis of rotation of the screw shaft;
Vorteilhaft ergibt sich durch das Sammeln und Beschleunigen des Windes durch den strömungsleitenden Gehäuseteil eine vergrößerte Wind- oder Wasseraufnahmefläche, die über die Maße der Turbine hinaus geht, wodurch eine höhere Energieerzeugung ermöglicht wird. Vorteilhaft ergibt sich weiter durch die Ausbildung der Turbine als Schneckenwelle und Antrieb senkrecht der Drehachse der Schneckenwelle eine hohe Effizienz bei der Energieerzeugung. Besonders vorteilhaft ist die Kombination des Sammelns und Beschleunigens zusammen mit der senkrecht zur Drehachse der Schneckenwelle vorgesehenen Zuführung, da dadurch die Energie der beschleunigten und verdichteten Luft durch die gesamte Fläche der Turbine mit hohem Wirkungsgrad in elektrische Energie umgewandelt werden kann.Advantageously, collecting and accelerating the wind through the flow-guiding housing section results in an increased wind or water intake area that extends beyond the turbine's dimensions, thus enabling higher energy generation. Furthermore, the turbine's design as a screw-driven turbine with the drive perpendicular to the screw shaft's axis of rotation results in high energy generation efficiency. The combination of wind collection and acceleration with the feed point perpendicular to the screw shaft's axis of rotation is particularly advantageous, as This allows the energy of the accelerated and compressed air to be converted into electrical energy with high efficiency across the entire surface of the turbine.
In den Figuren sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und nachfolgend beschrieben. Dabei zeigen:
-
1 : Explosionsdarstellung einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Windkraftanlage; -
2 : eine schematische Darstellung der Windkraftanlage aus1 ; -
3 : Vorderansicht der Windkraftanlage aus1 ; -
4 : Seitenansicht der Windkraftanlage aus1 ; -
5 : Draufsicht der Windkraftanlage aus1 ; -
6 : Draufsicht des Gehäuses und der Einlassflügel der Windkraftanlage aus1 ; -
7 : Schematische Darstellung des Gehäuses und der Einlassflügel der Windkraftanlage aus1 ; -
8 ,9 bis10 : Seitenansicht, Draufsicht und schematische Darstellung einer Turbine mit steigendem Schneckenwendel; -
11 ,12 bis13 : Seitenansicht, Draufsicht und schematische Darstellung einer Turbine mit steigendem Schneckenwendel und konischer Welle; -
14 ,15 bis16 : Vorderansicht, Seitenansicht und Draufsicht der Auslassöffnung mit schneckenförmiger Windführung aus1 ; -
17 ,18 bis19 : Seitenansicht der Auslassöffnung mit schneckenförmiger Windführung aus1 mit den Schnittdarstellungen A - A und B - B; -
20 ,21 bis22 : Draufsicht, Seitenansicht und Vorderansicht eines Einlassstutzes für die erfindungsgemäße Wasserkraftanlage.
-
1 : Exploded view of an embodiment of a wind turbine according to the invention; -
2 : a schematic representation of the wind turbine made of1 ; -
3 : Front view of the wind turbine from1 ; -
4 : Side view of the wind turbine from1 ; -
5 : Top view of the wind turbine from1 ; -
6 : Top view of the casing and inlet vanes of the wind turbine1 ; -
7 Schematic representation of the housing and inlet vanes of the wind turbine made of1 ; -
8 ,9 until10 : Side view, top view and schematic representation of a turbine with a rising screw helix; -
11 ,12 until13 : Side view, top view and schematic representation of a turbine with rising screw helix and conical shaft; -
14 ,15 until16 Front view, side view and top view of the outlet opening with spiral wind guide made of1 ; -
17 ,18 until19 Side view of the outlet opening with spiral wind guide made of1 with the sectional views A - A and B - B; -
20 ,21 until22 : Top view, side view and front view of an inlet nozzle for the hydroelectric power plant according to the invention.
Die in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen sind beispielhaft und sollen nicht einschränkend verstanden werden. Jeweils gleich funktionierende Merkmale wurden mit denselben Referenzzeichen versehen. Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass er im Rahmen seines handwerklichen Könnens und innerhalb des Geltungsbereichs der Patentansprüche die in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen untereinander kombinieren kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen.The embodiments shown in the figures are exemplary and should not be understood as limiting. Features functioning identically have been designated with the same reference symbols. It is obvious to a person skilled in the art that, within the scope of their technical expertise and the application of the patent claims, they can combine the embodiments shown in the figures without infringing upon the scope of protection afforded by the claims.
Die
Das Gehäuse 2 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine vertikale Spiegelsymmetrie auf, wobei das Gehäuse 2 als strömungsleitender Gehäuseteil mehrere Windaufnahmeflächen 10 aufweist, welche im vorderen Bereich der Windkraftanlage 1 entgegen der Windrichtung und im hinteren Bereich der Windkraftanlage mit der Windrichtung W ausgebildet sind. Die Windrichtung W ist in
Die Windaufnahmeflächen 10 im vorderen und hinteren Bereich sind in einem ersten Bereich mit einer konkaven Oberfläche, welche mit einem krümmungsstetigen Übergang in einem zweiten Bereich in eine konvexe Oberfläche übergehen ausgebildet. Im vorderen Bereich geht die Windaufnahmefläche 10 in eine Einlassöffnung 12 des Gehäuses 2 über, welches den Wind in eine Turbinenaufnahme 13 leitet. Durch die spiegelsymmetrische Ausbildung des Gehäuses 2 sind zwei Einlassöffnungen 12 und zwei Turbinenaufnahmen 13 ausgebildet.The wind-collecting surfaces 10 in the front and rear regions are designed with a concave surface in the first region, which transitions into a convex surface in the second region with a continuous curvature transition. In the front region, the wind-collecting surface 10 transitions into an inlet opening 12 of the housing 2, which directs the wind into a turbine receptacle 13. Due to the mirror-symmetrical design of the housing 2, two inlet openings 12 and two turbine receptacles 13 are formed.
Um zusätzlichen Wind zu sammeln und um die Größe der Einlassöffnung 12 zu kontrollieren, sind am Gehäuse zwei bewegliche Einlassflügel 11 ausgebildet, welche in diesem Ausführungsbeispiel an der Innenseite eine konkave Windaufnahmefläche 10 aufweisen, welche durch einen krümmungsstetigen Übergang jeweils in die Einlassöffnung 12 übergehen.To collect additional wind and to control the size of the inlet opening 12, two movable inlet vanes 11 are formed on the housing, which in this embodiment have a concave wind receiving surface 10 on the inside, which transition into the inlet opening 12 by means of a continuous curvature transition.
Wie in
Zum einfacheren Verständnis der Windkraftanlage 1 ist in
In
Die
Die
Die
In den
Die
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- WindkraftanlageWind turbine
- 22
- GehäuseHousing
- 33
- TurmTower
- 44
- Generatorgenerator
- 1010
- WindaufnahmeflächeWind absorption surface
- 1111
- EinlassflügelInlet wing
- 1212
- EinlassöffnungInlet opening
- 1313
- TurbinenaufnahmeTurbine mounting
- 1414
- AuslassOutlet
- 1515
- Auslassöffnungoutlet opening
- 2020
- Schneckenwellesnail shaft
- 2121
- WelleWave
- 2222
- Schneckenwendelsnail spiral
- 3030
- EinlassstutzenInlet nozzle
Claims (19)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024121235.7A DE102024121235A1 (en) | 2024-07-25 | 2024-07-25 | Wind or hydroelectric power plant |
| PCT/EP2025/071172 WO2026022222A1 (en) | 2024-07-25 | 2025-07-23 | Wind or hydroelectric power plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102024121235.7A DE102024121235A1 (en) | 2024-07-25 | 2024-07-25 | Wind or hydroelectric power plant |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102024121235A1 true DE102024121235A1 (en) | 2026-01-29 |
Family
ID=96581656
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102024121235.7A Pending DE102024121235A1 (en) | 2024-07-25 | 2024-07-25 | Wind or hydroelectric power plant |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102024121235A1 (en) |
| WO (1) | WO2026022222A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011109215A1 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-22 | Dennis Patrick Steel | Twin turbine system that follows the wind / water (wind tracker), for wind and / or water power, with optimized wing shape |
| DE102011114398A1 (en) * | 2011-09-20 | 2013-03-21 | Thomas Falkenstein Gewerbliche Vermietung Und Verpachtung E.K. | Wind power converters |
| DE102014001891A1 (en) * | 2014-02-14 | 2015-08-20 | Christian Esterhammer | Wind or hydro power plant as well as rotor |
| DE102016107574A1 (en) * | 2016-04-24 | 2017-10-26 | Aquakin Gmbh | Vortex hydropower plant |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2300235A1 (en) * | 1975-02-04 | 1976-09-03 | Doriel Joseph | Windmill with twin vertical axis rotors - has wedge shaped deflector and gear train transmitting drive to secondary shaft |
| EP2538071A3 (en) * | 2011-06-21 | 2015-01-21 | Manfred Hänfling | Flowing water compression turbine |
| CA2893119A1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-09-16 | Peter K. O'hagan | Improved wind turbine suitable for mounting without a wind turbine tower |
-
2024
- 2024-07-25 DE DE102024121235.7A patent/DE102024121235A1/en active Pending
-
2025
- 2025-07-23 WO PCT/EP2025/071172 patent/WO2026022222A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011109215A1 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-22 | Dennis Patrick Steel | Twin turbine system that follows the wind / water (wind tracker), for wind and / or water power, with optimized wing shape |
| DE102011114398A1 (en) * | 2011-09-20 | 2013-03-21 | Thomas Falkenstein Gewerbliche Vermietung Und Verpachtung E.K. | Wind power converters |
| DE102014001891A1 (en) * | 2014-02-14 | 2015-08-20 | Christian Esterhammer | Wind or hydro power plant as well as rotor |
| DE102016107574A1 (en) * | 2016-04-24 | 2017-10-26 | Aquakin Gmbh | Vortex hydropower plant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2026022222A1 (en) | 2026-01-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE19957141B4 (en) | Wind turbine with vertical rotor and frontal flow | |
| DE102011014476B4 (en) | wind turbine | |
| DE810500C (en) | Wind turbine | |
| EP2655874B1 (en) | Wind-powered rotor and power generation method therewith | |
| DE19920560A1 (en) | Wind power plant with vertical rotor | |
| DE102016105409B4 (en) | Wind turbine and method for controlling a wind turbine | |
| CH625018A5 (en) | ||
| DE102005060818A1 (en) | Method and device for using wind energy | |
| DE102012010576B4 (en) | Wind turbine with axis of rotation essentially perpendicular to the wind direction | |
| DE112017004377B4 (en) | wind turbine plant | |
| WO2010097204A2 (en) | Water wheel | |
| DE29920899U1 (en) | Wind turbine with vertical rotor and frontal flow | |
| DE3820490A1 (en) | Apparatus for generating energy from the kinetic energy of a flowing medium | |
| DE102024121235A1 (en) | Wind or hydroelectric power plant | |
| DE202024104364U1 (en) | Wind or hydroelectric power plant | |
| DE2444803A1 (en) | Wind or river driven turbine - has rotor with blades having tangential inlets and shaped casing | |
| EP2420672B1 (en) | Wind turbine | |
| DE10340112A1 (en) | Wind power unit has vanes turning about a vertical axis with surface areas that can be altered according to the wind strength | |
| EP2636892A2 (en) | Wind power plant and method for generating of rotary energy from wind | |
| DE102024001128B3 (en) | Helical rotor for wind turbines with increased efficiency | |
| DE29907940U1 (en) | Wind turbine with vertical rotor | |
| DE202004018648U1 (en) | Up current power plant has at least one inflow channel and housing with chimney-shaped upwardly open end piece | |
| DE102016112876A1 (en) | Durchströmwindkraftanlage | |
| DE102008058030A1 (en) | Wind energy plant for use at roof of house to convert airflow into electrical energy, has conducting device provided for conducting air to turbine i.e. impeller, where air upwardly flows along roof of house | |
| AT523838A4 (en) | wind turbine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R012 | Request for examination validly filed | ||
| R138 | Derivation of utility model |
Ref document number: 202024104364 Country of ref document: DE |
|
| R084 | Declaration of willingness to licence |