DE20120330U1

DE20120330U1 - Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm

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Publication number: DE20120330U1
Application number: DE20120330U
Authority: DE
Original assignee: Cvi Ind Mechthild Conrad E K
Current assignee: Cvi Ind Mechthild Conrad E K
Priority date: 2001-12-15
Filing date: 2001-12-15
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2011-12-16

Description

Beschreibung

Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm

Windräder, welche in einem Turm untergebracht sind, gelten bislang für die Nutzung der Windenergie als bedeutungslos, obwohl der Stand dieser Technik in mehreren Erfindungen niedergelegt ist z. B. Deutsches Patentamt GM 201 18 183.5.

Der Hauptgrund hierfür liegt darin, dass bisher für Windräder innerhalb von Türmen, im Verhältnis zu den bekannten freistehenden Rotoren, keine nennenswerte Leistungserbringung nachgewiesen werden konnte.

/^^Dies resultiert hauptsächlich daraus, dass bestimmte, allgemein bekannte, physikalische Gesetzmässigkeiten in Türmen nicht zu funktionieren scheinen:

So kann man z.B. über grosse Einlassschächte, welche sich zum Windrad hin verjüngen, die Windgeschwindigkeit zwar auf Basis der Kontinuitätsgleichung theoretisch erhöhen, was in der Praxis aber leider nicht im gewünschten Umfang funktioniert, da der Wind es einfach nicht zu schaffen scheint, die strömenden Luftmassen in den Turm hinein im berechneten Masse zu beschleunigen.

Dieses " Phänomen" ist auch aus dem Bereich der Luftströmung in Rohren bekannt, wo selbst hohe Drücke in langen, grossen Leitungen enorme Geschwindigkeitseinbussen des Fluids Luft nicht verhindern können.

Mit anderen Worten: bevor man sich überhaupt damit beschäftigt, Windräder in einem Turm anzuordnen, muss vorab das Problem gelöst werden, wie die Windenergie möglichst verlustfrei in den Turm gebracht werden kann.

Wenn dies möglich ist, dann eröffnen Windräder in einem Turm Perspektiven, die dieses System zu einem ernsthaften Konkurrenten für die derzeitigen freistehenden Strömungsrotoren machen:

— von der Leistung her,

— durch die Kopplung mit anderen Arten der Nutzung regenerativer Energien, z.B. Wärmekollektoren und Photovoltaikanlagen,

— vom Design her, salopp ausgedrückt: die Zeit der" Spargel" ist dann vorbei.

— von den Standorten her,

— von den Kosten her

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In diesem Zusammenhang sei nochmals an die Nachteile der derzeitigen Strömungsrotoren erinnert.

Diese Windräder arbeiten nach dem Strömungs(Auflrieb-)prinzip. Die dabei auftretenden Probleme sind bekannt:

die enorme Baugrösse im Hinblick auf die Erzielung einer grossen überstrichenen Fläche sowie das Unvermögen, sehr grosse Windgeschwindigkeiten nutzen zu können ohne Beschädigungen an der Windkraftanlage und ein Gesamtwirkungsgrad von max. ca. 59 %. Hinzu kommt, dass die Möglichkeit adäquater Leistungsabgabe lediglich bei hohen Windgeschwindigkeiten ( > 4 m/s ) gegeben ist.

Für diese Technik gilt ausserdem, dass nennenswerte Leistung nur über eine hohe Drehzahl des Rotors abgegeben werden kann, welche dann zwangsläufig einhergeht mit einer sehr hohen Umfangsgeschwindigkeit am Rotor, die hohe technische Anforderungen an die Ausfuhrung stellt. Die hieraus resultierenden Wirkungen, wie z.B. die starken Laufgeräusche und evtl. Schattenbilder werden ebenfalls als sehr störend und negativ empfunden, weshalb der Einsatz dieser Windkraftanlagen speziell bei grösseren Einheiten standortmässig stark eingeschränkt ist. Darüberhinaus dürfen auch die hohen Kosten für diese Anlagen nicht unerwähnt bleiben.

Die folgenden Ausfuhrungen beschreiben nun zunächst die Voraussetzungen für den Einsatz von Windrädern in einem Turm, zeigen dann technische Lösungsmöglichkeiten hierzu auf und schliessen ab mit einem Vergleich des erfindungsgemäss neuen Windenergiesystems " Windräder in einem Turm" mit den derzeitigen Strömungs-(Auftriebs-)rotoren.

Hierbei werden die folgenden, bekannten Zusammenhänge aus der Physik der Fluide vorteilhaft kombiniert und technisch umgesetzt:

a) die Druck- und Sogwirkung von Luft bei der Umströmung von Gebäuden oder sonstigen grossvolumigen Körpern.

b) die Erhöhung der Geschwindigkeit eines Fluids bei einer Querschnittsverringerung in einer Rohrleitung,

c) die Nutzung des Staudruckes einer Luftströmung,

d) die Nutzung des Schliessdruckes in einer langen Rohrleitung,

e) die Nutzung des Luftwiderstandes von umströmten Körpern,

f) der Aufwind in Türmen durch erwärmte Luft und veränderten Luftdruck.

Die Kombination dieser Möglichkeiten geschieht nun erfindungsgemäss aus der Aufgabenstellung heraus, eine Windkraftanlage zu schaffen, welche:

bei langsamer Eigengeschwindigkeit eine hohe Leistung abgeben kann, kaum Geräusche entwickelt, so dass sie auch in Wohngebieten einsetzbar ist, bei niedrigen Windgeschwindigkeiten bereits Arbeit leistet, hohe Windgeschwindigkeiten wie Stürme und Orkane nutzen kann, einfach und kostengünstig aufgebaut ist,

vom Design her der Umgebung angepasst werden kann

und vom Baukörper her als Plattform dienen kann für die Installation von Wärmekollektoren und Photovoltaikanlagen.

Dieser Zielkatalog erfordert zunächst ein völliges Umdenken im Bereich der Physik der Fluide im Hinblich auf die Luft.

So entstehen Luftströmungen aus Wind niemals über den DRUCK des Windes sondern nur aus dem SOG!

Der Wind schafft es nicht, im gewünschten, geplanten Ausmass Luft in ein Gebäude oder in eine Rohrleitung zu drücken!

Bisher erklärten die Physiker dieses " Phänomen " mit Reibungsverlusten an Rohrwänden oder im Fluid selbst, wodurch Wärme freigesetzt wird. Nur, solange strömende Luft nicht verdichtet wird, entsteht auch keine nennenswerte Wärme bei einer Luftströmung in Rohren und um Gebäude herum, da die Reibung gering ist.

Der bisherige Denkansatz muss überdacht werden, auch weil er der Natur und ihren Gesetzmässigkeiten entgegensteht.

Beispiel: Was geschieht beim Einatmen von Luft ? Die Lunge bläht sich auf, der Innendruck der

Lunge sinkt, es entsteht ein Sog, wodurch die Umgebungsluft in die Lunge strömt.

Dies bedeutet: Nicht der Druck des Windes ist entscheidend, sondern einzig und allein, dass es zu einem bestehenden Luftdruck irgendwo einen Druckabfall geben muss, damit die Luft dorthin strömen kann.

Ein weiteres Beispiel mag dies nochmals verdeutlichen:
Wann erreicht man in Räumen die beste Lüftung ?
Bekanntermassen über eine Querlüftung mit zwei Fenstern. Ein Fenster liege auf der Druckseite des Windes. Wenn dieses Fenster geöffiiet wird, passiert zunächst gar nicht viel. Eine Windbö mag ins Zimmer gelangen, wenn der Wind schon ziemlich stark ist. Wenn das gegenüberliegende Fenster auf der Sogseite zusätzlich geöffiiet wird, dann lüftet es gut durch - selbst bei nur ganz wenig Wind !

Diese Denkweise eröffnet nun enorme Möglichkeiten für Windenergiesysteme über " Windräder in einem Turm".

Da es nun nicht mehr darauf ankommt, welche kinetische Energie der betrachtete Windanteil aus der Sicht des Windkraftanlagenbetreibers hat ( z.B. Windleistung geht über die 3. Potenz der Geschwindigkeit in die Berechnung ein ), sondern nur noch um den Sog, ergeben sich völlig neue Ansatzpunkte für die Positionierung und Auslegung von Windenergiesystemen:

Der Wind wird nicht mehr durch eine zur Verfügung stehende Fläche gedrückt, sondern gezogen!

So kann man sich gut vorstellen, dass der Turm mit den Windrädern auf einem Hochaus steht und dass der Wind über den Sog auf der dem Wind abgewandten Gebäudeseiten in den Turm gezogen wird, wobei die Windräder dann maximal soviel Arbeit abgeben können wie an nutzbarer" Sogenergie " am Gebäude und am Turm vorhanden ist. Hieraus kann man leicht die Potentiale erkennen, welche dieses erfindungsgemäss neue Windenergiesystem in sich trägt. Der Sog muss dazu lediglich bis in den Turm reichen, in welchem sich die Windräder befinden.

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Dieser Turm wirkt dann auf den anströmenden Wind wie ein Saugrüssel. Dies bedeutet, dass nicht nur der direkt auf den Turm anströmende Windanteil nutzbar wird, sondern wesentlich grössere Windanteile bzw. -flächen, welche bei den derzeitigen Windkraftanlagen nur über die Vergrösserung der vom Rotor überstrichenen Fläche erreichbar sind.

Insofern sind seit Jahrzehnten Millionen von Windkraftanlagen weltweit ungenutzt geblieben, denn schliesslich ist jedes Gebäude eine Windkraftanlage, da der Windsog an diesem Gebäude zur Umwandlung von Windenergie in andere Energiearten nutzbar ist. Hierbei ist hervorzuheben, dass dies prizipiell überall möglich ist, wo durch den Wind an Bau werken Sog entsteht - und somit nicht nur in freien Höhenlagen oder am Meer!

Warum sind die Windräder in einem Turm angeordnet ?

Dies ist aus mehreren Gründen sinnvoll.

Die Windräder müssen sich in einem geschlossenen System bewegen, weil sich sonst die Sogwirkung nicht entfalten kann.

Darüberhinaus kann ein Turm von allen Windrichtungen gleichmässig angeströmt werden, wobei der Turm selbst immer eine Druck- und eine Sogseite hat, so dass er bei genügender Grosse auch allein stehen kann.

Zum Anderen kann man Windräder in einem Turm so gestalten, dass diese den Schliessdruck einer langen Rohrleitung ausnutzen können, durch welche das Fluid Luft bei der Beaufschlagung mit Sog fast ohne innere Reibung strömt. Weiterhin kann man bei Umströmung einer qualifiziert ausgebildeten Schaufel den Luftwiderstandsdruck ausnutzen und schliesslich den in einem Turm immer vorhandenen Aufwind stauen, wobei man in letzterem Fall durch etwas Wärme geradezu einen" Turboeffekt" hierbei erzielen kann.

Diese Vorgänge können durch die geeignete Verwendung von Wasser und/oder Wasserdampf nochmals eine erhebliche Leistungssteigerung erfahren.

Wie dies Alles funktioniert zeigt ein Blick in die Natur.

Kinder lernen schon in der Schule, dass die Sonne das Meerwasser erwärmt, dass hierdurch Wasserdampf aufsteigt, sich etwas abkühlt und dann vom Wind abtransportiert wird. Die wichtige Erfahrung hieraus ist, dass strömende Luft Wasser transportieren kann, obwohl das spez. Gewicht von Wasser fast 800 mal höher ist als dies der Luft !

Diese Einrichtung der Natur liefert noch weitere wichtige Erkenntnisse, wenn man sich den Wind über dem Meer anschaut.
Was passiert dort ?

Es gibt hier eine ganz klare Trennung zwischen dem Wasser und dem Wind, nach Gesetzmäßigkeiten, welche bislang nur vermuten werden können.

So ist bekannt, dass der Wind Wellen erzeugt. Nur : noch niemand hat den Wind dabei komplett im Meerwasser verschwinden sehen.

Es muss also so sein, dass ein Teil des Windes die Wellen erzeugt, während der weitaus grösste Teil über dem Wasser bleibt.

Man kann also davon ausgehen, dass ein Teil der Moleküle der Luft über den Wind ins Wasser gelangen und mit einem Kraft-(Geschwindigkeits-)vektor dort Wassermoleküle beschleunigen wodurch Wellen entstehen, aber der weitaus grösste Teil der Moleküle der Luft über dem Wasser bleiben, welche durch diese " Auslese" der Natur in ihrem Geschwindigkeitsvektor dann gleichgerichtet sind, was einen Zuwachs an Windgeschwindigkeit bedeutet. So sind häufig Wettervorhersagen zu hören wie" Der Wind hat über dem Meer kräftig aufgefrischt."

Die Annahme hieraus ist, dass die Natur hier eine Art " Reinigungsprozess" durchführt : die ( bösen ) Moleküle, welche sich weitgehend " quer" zur Windrichtung stellen, haben in ihrem Geschwindigkeitsvektor senkrecht zur Wasseroberfläche genügend Energie, um die Oberflächenspannung des Wassers zu durchschlagen.

Nach dem Eindringen in das dichtere Medium Wasser werden sie stark abgebremst und erzeugen hierbei mit ihrem Geschwindigkeitsvektor parallel zur Wasseroberfläche die Wellenbewegung. Die anderen (guten) Moleküle, deren Hauptgeschwindigkeitsvektor in Windrichtung zeigt, können dann, nach der Elimination der" Quertreiber ", mit denen sie bisher immer zusammengestossen sind, was erheblich Energie gekostet hat, umso besser weiterfliegen.

&eegr;

Sie prallen immer wieder von der Oberfläche des Wassers in Windrichtung ab und werden dadurch sozusagen synchronisiert.

Diese Annahme ist aber nun gleichbedeutend mit der Möglichkeit, die Luftströmung im Turm an den Wänden weitgehend reibungsfrei zu gestalten.

Zwischen den betreffenden Wänden und der Luftströmung muss nur genügend Wasser sein, damit alle nicht in Strömungsrichtung fliessenden Luftmoleküle im Wasser gelassen werden können!

Physikalisch formuliert würde man sagen: es gibt in strömender Luft Moleküle, welche beim Auftreffen auf die Wasseroberfläche absorbiert werden und welche, die fast ohne Impulsverlust lediglich abgelenkt und damit in Strömungsrichtung synchronisiert werden.

Ein weiteres Beispiel aus der Natur mag bestätigen, dass die getroffene Annahme richtig ist: Fast jedes Kind hatte schon das unbeschreibliche Vergnügen, einen Stein, welcher viel schwerer ist als Wasser, auf der Oberfläche des Wassers springen zu lassen.

Diese Möglichkeit, die Luftströmung des Windes über Wasserflächen zu fuhren, ergibt zwangsläufig ein zusätzlichen Effekt:

die Luftmoleküle, welche in das Wasser gelangen, kommen da auch irgendwann einmal wieder heraus, da Luft bekanntlich leichter als Wasser.

Die Vermutung liegt nun nahe, dass ( mehrere ) Luftmoleküle hierbei Wassermoleküle mit sich reissen, was bedeutet, dass das spez. Gewicht des strömenden Fluids erhöht wird, wodurch die Windräder zu Wind-Wasser-Rädern werden, mit der positiven Konsequenz einer erhöhten Leistung. Strömende Luft kann, wie vor geschildert, bekanntlich Wasser transportieren. Dieser Wasserdampf lässt sich nun leicht innerhalb des Turmes über die Windräder wieder von der Luft trennen, weshalb der Wasserverbrauch eines solchen Wind-Wasser-Energie-Systems äusserst gering ist.

Dieses System lässt sich noch verbesssern, wenn man das Wasser erwärmt und hierbei etwas Wasserdampf entsteht oder indem man Wasserdampf direkt in die Einlassschächte oder langen Rohrleitungen einbringt.

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So friert die Energieanlage im Winter nicht ein, die Anreicherung der strömenden Luft mit Wasser wird verbessert durch den Wasserdampfund weil mehr Luftmoleküle im Wasser" verschwinden" wegen der reduzierten Oberflächenspannung des Wassers. Der Auftrieb im Turm wird enorm verstärkt.

Die Wärme lässt sich hierbei über Wärmetauscher wieder zurückgewinnen, sobald die Luftströmung das oben im Turm befindliche Windrad verlassen hat.

In Gegenden, in welchen wenig Wasser vorhanden ist, kann so vielleicht nicht verfahren werden. Hier muss man sich dann den bereits vorgetragenen Gedanken zu eigen machen, dass Luft sich sehr gut" trennen" lässt.

Hält man z.B. einen Fön in ein etwas grösseres und längeres Rohr und verschliesst die andere Seite des Rohres, so erfahrt man die erstaunliche Tatsache, dass der Fön einerseits in dieses Rohr bläst, während die Luft andererseits neben dem Fön wieder austritt.

Dies bedeutet doch nichts anderes, als dass die Luft eine Gegenströmung im selben Rohr problemlos " organisiert", indem sie sich trennt.

Wie kann man diese aus der Natur gewonnen Erkenntnisse für die Windräder im Turm nutzen.

Beim a) Stauen einer Luftströmung, beim b) Schliessen einer Rohrleitung und und beim c) Einbringen eines Körpers in die Luftströmung entstehen sofort in der Luftströmung die oben am Beispiel mit dem Fön demonstrierten Gegenströmungen. Diese Gegenströmungen befinden sich bei a) und b) immer am Rand einer Rohrleitung, weil dort die niedrigste Geschwindigkeit der anströmenden Luft bedingt durch die Rohrreibung vorherrscht. Die grösste Geschwindigkeit der anströmenden Luft ist bekanntlich in der Mitte des Rohres.

Bei c) baut sich ein mehrstufiger Gegenströmungskegel vor dem Hindernis auf, welcher die Luftströmung um das Hindernis lenkt.

Die Gegenströmungen aus a) und b) kann man nun" kanalisieren" und energetisch nutzbar machen. So ist es recht einfach, diese Gegenströmungen in ein anderes Rohr zu leiten, was bedeutet, dass das Hauptanströmsystem ( der Wind ) ohne Gegenströmung arbeiten kann, wenn das Gesamtsystem entsprechend ausgelegt ist.

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Hierbei kommt es nun nur noch darauf an, die Gegenströmung irgendwo zu speichern, um sie zu gegebener Zeit wieder ins Gesamtsystem einzuspeisen.

Dies geht am besten, indem das Hauptströmungsrohr eine Vielzahl von Öffnungen ( angestanzte kleine Laschen ) nach innen und in Strömungsrichtung hat und von einem geschlossenen Gegenströmungsrohr umhüllt wird.

Die Funktionsweise der beiden Rohre ist dabei wie folgt:

Der Wind wird über den Sog in das Hauptströmungsrohr gezogen und durch das Verschliessen der Rohrleitung mit dem sich anschliessenden Staudruck kurzzeitig gestaut. Die Gegenströmung wird nun von der Hauptströmung über die angestanzten Schlitze in das ( am Ende verschlossene) Hüllrohr abgedrängt, da in diesem durch die Strömung im Hauptrohr ein Sog vorliegt. Kurz bevor das Hüllrohr gefüllt ist, muss die Rohrleitung wieder geöflhet werden, damit die Gegenströmung nicht ins Hauptströmungsrohr gelangt und dort die Hauptströmung bremst. Die Geschwindigkeit der Hauptströmung reisst nun die Luft aus dem Hüllrohr wieder mit sich, da diesmal durch die Strömung im Hauptrohr eine Sogwirkung auf die Luft im Hüllrohr entsteht.

Hierbei gibt es nun den folgenden, gewünschten Effekt:

Wenn dass Hüllrohr gefüllt ist und die Rohrleitung wieder geöffnet wird, dann strömt die Luft aus dem Hüllrohr durch die angestanzten Schlitze wieder ins Hauptströmungsrohr und bildet hierbei quasi automatisch ein Luftpolster rings um die Hauptströmung, so dass die Luftströmung im Hauptströmungsrohr fast reibungsfrei strömen kann.

Der Ablauf in dem erfindungsgemäss neuen Windenergiesystem ist somit wie folgt:

über den Sog im Turm wird der Wind von der Druckseite her in den Turm gezogen. Die grossen Einlassschächte aussen am Turm verjüngen sich zur Turmmitte hin und münden schliesslich jeweils in langen Rohrleitungen wesentlich geringeren Querschnittes. Die Luftströmung des Windes wird hierdurch in den Turm hinein beschleunigt.

Die schnellströmende Luft wird dann zunächst innen im Turm abgebremst über eine Klappe und die Schaufel des ersten Windrades (Nutzung des Schliessdruckes in einer langen Rohrleitung),

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und anschliessend in einer Engpassstelle gestaut ( Nutzung des Staudruckes). Nachdem Verlassen der Engpassstelle umströmt diese Luft die Schaufeln des ersten Windrades ( Nutzung des Luftwiderstandsdruckes ), wird dann aus dem Schaufelkanal des ersten Windrades über eine Düse ausgeleitet, wobei sie auf die Schaufeln eines zweiten Windrades trifft ( Nutzung des Luftwiderstandsdruckes oder des Impulses je nach Konstruktion ) und tritt an der dem Wind abgewandten Seite aus dem Turm aus und/oder strömt im Turm nach oben, wo sie über ein Aufwind-Windrad nochmals gestaut wird ( Nutzung des Luftwiderstandsdruckes ) bevor sie über die Sogleitungen am Gebäude ins Freie austreten kann.

Man erkennt sehr gut, dass dieses System auch optimal geeignet ist, Wasseranteile aus der Luftströmung im Turm wieder zu entfernen:

über die Zentrifugalwirkung, die Schwerkraftwirkung, die Kondensation und die Kompression an den drei Windrädern.

Zur Erfüllung des Zielkataloges ist die folgende technische Ausfuhrung anzustreben:

Wie man dem Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, entnehmen kann, bieten I - Profile strömenden Fluiden den höchsten Widerstand.

Der Widerstandsbeiwert ist doppelt so gross wie bei normalen Staudruck an einer ebenen Fläche, woraus zu schliessen ist, dass Druckseite und Sogseite betragsmässig weitgehend gleich sein müssen.

Insofern ist unter dem Aspekt der Windenergienutzung für Gebäude/Bauwerke diese Gestaltungsform anzustreben, insbesondere dann, wenn der Wind häufig aus nur zwei Richtungen bläst, welche sich gegenüberliegen, z.B. West und Ost, damit ein optimaler Sog bezogen auf die betreffende Gebäudefläche erreicht wird.

Selbst, wenn dies nicht möglich ist, sollte auf jeden Fall am Gebäude der Bereich des maximalen Soges genutzt werden.

Dieser befindet sich It. DIN 1055, Blatt 4 immer an den Gebäudenkanten der vom Windruck beaufschlagten Flächen. Diese Sogwirkung kann technisch leicht über einen dort angebrachten Kanal zum Turm geführt werden.

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Wechselnde Windrichtungen lassen sich hierbei dadurch berücksichtigen, dass der Kanal z.B. aus einem abgewinkelten, grossvolumigen Rohr besteht, welches im Scheitelpunkt des Winkels klappbar ist, so dass immer ein Rohrschenkel auf der Druckseite des Windes an der betreffenden Gebäudefläche luftdicht anschliessen kann, während der andere Rohrschenkel zur Sogseite hin geöflhet ist. Dieses abgewinkelte Rohr ist als Diöusor ausgebildet und über Rohrleitungen mit dem Zentrum des Turmes verbunden.

Hinsichtlich der Anordnung des Turmes zum Gebäude ist unbedingt darauf zu achten, dass ein Turm die Luftströmung des Windes vor, neben und über einem Gebäude keinesfalls behindern

Ein solcher Turm muss deshalb insbesondere immer einen entsprechenden Abstand zu den Kanten und Flächen eines Gebäudes haben, die im Windsog liegen.

Die Windräder im Turm können andererseits natürlich auch im Keller des Gebäudes oder unterirdisch angeordnet sein, wenn genügend Zuluft vorhanden ist ( oberirdische Ansaugschächte) und man auf die Nutzung der Windenergie auf der Druckseite des Turmes verzichten kann, z.B.

bei sehr grossen Gebäuden.

Im Folgenden wird nun der Aufbau eines freistehenden Turmes grösserer Abmessungen geschildert, wie er z.B. alleinstehend oder in Gruppen aufgestellt ( Energiewald ) zur Umwandlung der Windenergie eingesetzt werden kann.

Im Inneren eines Turmes befinden sich übereinander mehrere Module ( Kränze ), welche mit jeweils zwei Windrädern sowie einem Luftverdichter pro Modul ausgerüstet sind. Die Windräder im Modul haben vorzugsweise eine vertikale Achse und sind zueinander auf konzentrischen Kreisen angeordnet.

Jede Schaufel des äusseren Windrades wird über Einlassschächte, die hierfür in der Turmwand vorhanden sind, sowie sich daran anschliessende lange Rohrleitungen mit der Luftströmung des Windes versorgt, wobei über eine entsprechende Querschnittsverringerung zwischen Einlassschacht und Rohrleitung die Luftströmung über den Sog in den Turm hinein zu der jeweiligen Schaufel beschleunigt wird.

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Am Ende jeder Rohrleitung befindet sich eine Klappe, welche durch die Bewegung der Schaufehl gesteuert wird.

Wenn keine Schaufel im Bereich der Klappe ist, dann wird der Schaufelkanal über die Klappe durch Federdruck geschlossen.

Die nachfolgende Schaufel hebt die Klappe wieder an, wodurch der Schaufelkanal geöflhet und gleichzeitig der Querschnitt der Rohrleitung verringert wird, so dass sich die Luftgeschwindigkeit am Ende der Rohrleitung nochmals erhöht.

Im ersten Fall erfolgt hieraus die Nutzung des" Schliessdruckes", welchen die Luftströmung in der Rohrleitung bei versperrtem Schaufelkanal durch die Schaufel des Windrades vor dem Durchfahren einer im Schaufelkanal vorhandenen Engpassstelle erzeugt.

Im zweiten Fall unterstützt eine Schaufel die jeweils vor ihr angebrachte, weil sie die Luftgeschwindigkeit im Schaufelkanal über die Verstellung der Klappe nochmals erhöht, wodurch die Luftwiderstandsleistung beim Umströmen der hiervon beaufschlagten Schaufel stark ansteigt. Die Engpassstelle ist hierbei so ausgebildet ist, dass sie die Schaufel vollständig umhüllt. Vor dieser Engpassstelle erfährt die Schaufel nunmehr zunächst den" Schliessdruck", der umso höher ist (aber entsprechend auch nur kurzzeitiger nutzbar), je schneller die Schaufel diese Stelle durchfährt, d.h. je kürzer der Schliessweg ist.

Anschliessend ist die Schaufel in der Engpassstelle dem" Staudruck" ausgesetzt. Da dieser" Staudruck" bei dem gewählten Schaufelprofil ( senkrecht stehendes I - Profil) nur ca. halb so hoch ist wie der Luftwiderstandsdruck beim Umströmen der Schaufel, wird diese Staudruckzone und damit die Enpassstelle so kurz wie möglich ausgebildet. Nach dem Durchfahren der Enpassstelle kann die Luft die Schaufel im Schaufelkanal von allen Seiten wieder umströmen.

Da jede Schaufel dieses äusseren Windrades ihren eigenen Einlassschacht mit der angeschlossenen Rohrleitung hat, wiederholt sich dieser Vorgang bei einer Umdrehung des Windrades kraftwirksam mindestens 1/2 mal so oft, wie Schaufehl am Umfang angebracht sind.

Kurz vor jeder Enpassstelle und vor dem Bereich des durch die Klappe verschlossenen Schaufelkanales wird die strömende Luft aus dem Schaufelkanal ins Innere des Turmes geführt, dort über das zweite Windrad nochmals gestaut und anschliessend über die der Windanströmung abge-

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wandten Einlassschächte wieder aus dem Turm ausgeleitet und/oder als Aufwind im Turm nach oben geführt.

Diese konstruktive Ausbildung ermöglicht es, dass der Turm von allen Seiten angeströmt werden kann, wobei die Sogwirkung und die Druckwirkung des Windes ausgenutzt werden.

Die einzelnen Kränze/Module sind zueinander horizontal winkelversetzt angeordnet, damit der Schliessdruck eines Kranzes dem Luftwiderstandsdruck eines anderen Kranzes überlagert werden kann. Hierdurch erreicht man eine weitgehend homogene, stossfreie Umwandlung der Windkraft in Drehmoment.

Das äussere und das innere Windrad eines Modules sind über Zahnkränze, Getriebe und Zahnräder als Einheit mit einem in diesem Modul befindlichen Luftverdichter, vorzugsweise einem Drehkolbenverdichter, verbunden. Über den Ausgangsdruck dieses Verdichters wird die Geschwindigkeit der Windräder gesteuert ( Einspeisung der Druckluft in Drucktanks verschiedener Druckbereiche - bis hin zur Erzeugung von Hochdruck durch Luftzuführung aus Niederdrucktanks).

Der Verdichter und die Druckspeicher sowie die entsprechenden Leitungen sind wärmeisoliert, damit keine Energie verloren geht. Diese Druckleitung verlaufen im Zentrum des Turmes in einem Installationsschacht.

Das äussere Windrad darf wegen des" Schliessdruckes" speziell bei grossen Windgeschwindigkeiten nur sehr langsam laufen ( Umfangsgeschwindigkeit 0,5 m/s - 3,0 m/s) während das innere Windrad etwas schneller laufen sollte, um keinen unerwünschten" Staudruck" beim Ausleiten der Luft in das Turminnere in der Düse des Schaufelkanales zu erzeugen.

Beide Räder sind über Zahnkränze und ein Getriebe miteinander verbunden und treiben als Einheit über ein Zahnrad und einen Zahnkranz / Zahnrad den Verdichter an.

Die Schaufeln des äusseren Windrades sind an ihrer Rückseite mit zusätzlichen, vertikal ange-

ordneten Trennblechen versehen, welche von aussen nach innen bezüglich der Tiefe so ausgeführt sind, dass die Kurvenbahn, welche sich beim federunterstützten Schliessen des Schaufelkanales durch die Klappe an derem inneren Rand ergibt, hierdurch nachgebildet wird mit der Massgabe, dass die Klappe somit beim Schliessen rückseitig auf der Schaufel bis zu ihrem inneren Anschlagspunkt im Schaufelkanal aufliegt. Hierdurch und durch die geeignete Wahl des Freigangs im Luftstrom vor dem Eintreten der Schaufel in die Engpassstelle kann der Schliessdruck konstruktiv beeinflusst werden.

Oben an der Schaufel sind kleine Räder in gefederter Lagerung vorhanden. Über diese Räder wird die Klappe durch die Bewegung der Schaufehl wieder in den Luftstrom der jeweiligen Rohrleitung gedrückt, wodurch sich die Luftgeschwindigkeit nochmals erhöht.

Die Klappe ist hierbei so ausgebildet, dass die Schaufel nur Kräfte in Richtung der Windradachse aufnehmen muss mit Ausnahme der Reibung.

Oberhalb des letzten Moduls ist ein zusätzliches Windrad zur Nutzung des Aufwindes im Turm vorhanden, vorzugsweise in der Bauart, welche sich in den Weihnachtspyramiden findet, wo die von den Kerzen erwärmte Luft nach oben steigt und das Windrad antreibt. Dieses Windrad treibt ebenfalls, wie bereits beschrieben, einen Luftverdichter an.

Um die Funktion dieses Windrades zu gewährleisen, ist unterhalb des Daches aber direkt über diesem Windrad ein sogenanntes " Luftgeschoss " vorgesehen, welches von allen Seiten vom Wind durchströmt werden kann. Der untere Boden des Daches ist hierbei kegelstumpfartig nach unten ausgebildet. Die untere Fläche dieses Kegelstumpfes ist hierbei so bemessen, dass sie dem Querschnitt des Installationsschachtes entspricht. Die Höhe des Kegelstumpfes entspricht in etwa der halben Höhe des Luftgeschosses und die obere Fläche des Kegelstumpfes ist so gross wie die horizontale Schnittfläche des Turmes.

Hierdurch wird die Wirkung des Aufwindes unterstützt und die gesamte Luftströmung im Turm nochmals nachhaltig verbessert.

Obwohl die funktionell optimale konstruktive Ausbildung der gesamten Windrädereinheit

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inclusive Turm nur über entsprechende Versuche ermittelt werden kann, sind folgende Vorgaben zu machen:

Der Durchmesser des Turmesmuss möglichst gross sein. Beim Einbau in ein Wohnhaus z. B. 8 -12 m. Dies ermöglicht breite Rohrleitungen.

Der Übergang vom Einlassschacht zur Rohrleitung ist strömungsoptimal auszubilden.

Die gesamten Querschnittsveränderungen im Bereich der einströmenden Luft sind so auszubilden, dass laminare Strömung vorherrscht. Hierbei kommt der Bemessung der Düse beim Austritt des Luftstromes in den Innenbereich des Turmes besondere Bedeutung zu, weil hierdurch die gesamte Luftströmung stark beinflusst werden kann.

Die Anzahl der Schaufehl / Einlassschächte richtet sich nach der Anzahl der Module, der Radgeschwindigkeit des äusseren Windrades und den Abmessungen der Rohrleitung. Da der Schliessdruck mit erheblichem Abstand zu dem Luftwiderstandsdruck und dem Staudruck die höchsten Kräfte abgeben kann, kommen der Länge der Rohrleitung, der Luftgeschwindigkeit und der Schliesszeit entsprechende Bedeutungen zu.

Es gilt der folgende Zusammenhang:

— Länge der Rohrleitung möglichst gross,

— Luftgeschwindigkeit möglichst gross,

— Schliesszeit möglichst klein.

Diese Forderungen haben in der technischen Ausbildung die folgenden Konsequenzen:

— Länge der Rohrleitung möglichst gross —

Der bauliche Aufwand steigt, da der Turm breiter wird und mehr" Kanalmeter" anfallen.

— Luftgeschwindigkeit besonders gross

Der Querschnitts-Übergang zwischen Einlassschacht und Rohrleitung, die Klappe am Ende der

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Rohrleitung und die Ausleitung aus dem Schaufelkanal beeinflussen die Luftgeschwindigkeit ganz entscheidend neben der Stärke der Sogwirkung.

— Schliesszeit möglichst klein

Über eine Verringerung der Schliesszeit ( = Erhöhung der Radgeschwindigkeit) wird einerseits der Schliessdruck enorm erhöht, während andererseits die Nutzungszeit dieses hohen Druckes reduziert wird. Anzustreben sind somit eine lange Rohrleitung und eine hohe Luftgeschwindigkeit, damit eine längere Schliesszeit möglich wird.

Diese Schliesszeit, multipliziert mit der Radgeschwindigkeit, ergibt den Schliessweg, welchen das äussere Windrad in der Schliesszeit zurücklegt. Die optimale Anzahl der Module ( gleichmässige Leistungsabgabe) erhält man nun, indem der Wirkumfang des äusseren Windrades durch den Schliessweg und die Anzahl der Schaufeln dieses Rades dividiert wird.

Beträgt die Radgeschwindigkeit beispielsweise 0,5 m/s bei einem Wirkdurchmesser von 5,75 m, so benötigt man bei 12 Schaufeln am äusseren Rad und einer Schliesszeit von 1 s insgesamt 3 Module oder ein Vielfaches davon für eine weitgehend homogene Leistungsabgabe.

Will man nun die Leistung der gesamten Anlage erhöhen, wobei das Jahreswindprofil als konstant angenommen wird, so genügt es nicht, die Radgeschwindigkeit einfach zu erhöhen, da hierdurch die nutzbare Schliessdruckzeit reduziert wird, wobei der Druck zwar steigt aber dieser Druckanstieg wegen der Trägheit der Windräder u.U. nicht voll nutzbar ist.

Unter Berücksichtigung des individuellen Jahreswindprofiles am gewünschten Standort sollte wie folgt verfahren werden:

Man dimensioniert überschlägig die Anzahl der Module, Lage und Abmessung und die Anzahl der Schaufehl des äusseren Windrades, legt die minimale ( geringer Wind ) und maximale ( starker Wind) Umfangsgeschwindigkeit fest und berechnet hieraus für das äussere Windrad:

die durchschnittliche Leistung aus dem Schliessdruck,

die durchschnittliche Leistung aus dem Luftwiderstandsdruck,

Die Optimierung der Gesamtanlage erfolgt dann über die möglichst dichte Aufeinanderfolge von Engpassstellen und Klappenwirkflächen.

Zur Erhöhung des Soges und zur verbesserung der Windeinleitung sind in jedem Einlassschacht des Turmes druckluftgesteuerte Segel angebracht.

Diese Segel entfalten sich in Abhängigkeit von der Windrichtung nur in den Einlassschächten, welche jeweils unter einem Winkel von 75° -105 ° zur Windrichtung stehen. Hiervon sind somit jeweils zwei gegenüberliegende Schachtwände betroffen. Die Segel befinden sich an beiden Seiten einer solchen Schachtwand mit der folgenden Funktion: ein Druckluftkolben schiebt zwei vertikal klappbare Platten so nach vome zum Ende des Einlassschachtes, dass sich dort eine Platte senkrecht zu Schachtwand stellt und die andere eine Schräge in den Schacht hinein bis zum Druckkolben bildet, der direkt auf der Schachtwand sitzt. Dieser Vorgang wird dadurch zwangsgesteuert, dass das Scharnier dieser Platten im eingefahrenen Zustand ( parallel zur Schachtwand ) einen gewissen senkrechten Abstand von der Schachtwand hat.

Bei einer Änderung der Windrichtung erfolgt die Rückholung des Kolbens über den Winddruck, welcher das Segel in den Schacht schiebt, evtl. mit Unterstützung einer Feder oder unter Verwendung eines doppelseitig wirkenden Kolbens.

Durch diese Konstruktion wird erreicht, dass sich der Luftwiderstand des Turmes erhöht, was die jeweilige Sogwirkung am Turm ebenso begünstigt wie die Windeinleitung in den Turm.

Der wesentliche Unterschied zwischen den bisherigen Strömungsrotoren und dem erfindungsgemäss neuen Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm besteht somit darin, dass bei den bisherigen Windkraftanlagen die Leistung nur über die Windgeschwindigkeit und die vom Rotor überstrichene Fläche erreicht wird, wobei die Anlagen erst bei einer höheren Windgeschwindigkeit Leistung abgeben können wegen den benötigten Mindestkräften fur den Anlauf einer solchen Anlage.

Bei dem neuen Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm gelten diese Bedingungen nicht mehr. Hier kommt es nur darauf an, dass genügend Sog vorhanden ist, welcher sich durch die verwendeten Diöusoren auch bei geringen Windgeschwindigkeiten nutzen lässt.

Die Leistung des neuen Windenergiesystems hängt somit nicht von der Geometrie der Windkraft-

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anlage alleine ab ( Turm mit Windrädern) und von der Windgeschwindigkeit, sondern vom Sog, welcher in den Turm wirkt.

Hierzu möge man sich nur einmal vorstellen, dass der gesamte Sog an einem mittelgrossen Gebäude mit den Abmessungen 30 m breit &khgr; 12 m hoch &khgr; 10 m tief über Difiusoren in den Turm geleitet wird, wobei diese Difiusoren 1 m breit sind und der Turm 6 m hoch ist bei einem Durchmesser von 10 m und ( mit Abstand ) auf dem Dach des Gebäudes steht und der Wind die gesamte Fläche von 30 m &khgr; 12 m rechtwinklig von vorne trifft ! Die Luftströmung an diesem Gebäude erreicht dann leicht die 1,5 - fache Geschwindigkeit des anströmenden Windes, weshalb in der DIN 1055 Blatt 4 an diesen Gebäudekanten der Windlast-Beiwert auch entsprechend hoch angesetzt ist.

Dieser enorme Sog wird im neuen Windenergiesystem genutzt. Anders formuliert: das neue Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nutzt, anders als die bisherigen Rotoren, nicht nur die Windenergie in der direkten Überstreichungs-( Widerstands-)fläche sondern auch die Windenergie in der Umgebung des Gebäudes und/oder Turmes, welche bekanntermassen den Sog erst möglich macht.

Während die bisherigen Windkraftanlagen mit den grossen Rotoren die Windgeschwindigkeit so nutzen müssen, wie sie anfällt, wird bei dem neuen Windenergiesystem der Wind in den Turm hinein ganz erheblich beschleunigt.

Da die nutzbare Energie mit dem Quadrat der Windgeschwindigkeit anwächst, kann das neue Windenergiesystem erheblich kleiner bauen, als vergleichbare Strömungrotoren.

Durch die mehrfache Nutzung der vom Wind hervorgerufenen Luftströmung ( Schliessdruck, Luftwiderstandsdruck, Staudruck bei der Ausleitung, Staudruck im Aufwindbereich) ergeben sich Potentiale, welche vergleichbar grosse Strömungsrotoren über den Auftrieb nie erreichen können. Diese Potentiale sind vollständig nutzbar, da sich die Luft extrem schnell beschleunigen lässt wegen der geringen Masse.

Ein Ausfuhrungsbeispiel der erfindungsgemässen Neuerung ist auf den folgenden Seiten dargestellt.

Es zeigen:

Figur 1 : Einleitung des Windsoges an Gebäuden in den Turm (Draufsicht)

Figur 2 : Sogwirkung durch die Einleitung des Windsoges am Gebäude innerhalb des Turmes

Figur 3 : Wirkprinzip des Turmes ohne Aufwind-Windrad

Figur 4 : Einzelheiten zu Figur 3

Figur 5 : Nutzung des Soges bei freistehenden Türmen ohne Anschluss an Gebäude

zu Figur 1 : Einleitung des Windsoges an Gebäuden in einen Turm ( Draufsicht)

Man erkennt in der Draufsicht das Gebäude (4), den Turm (2) mit dem innenliegenden Installationsschacht (1) und die Rohrleitungen (3), welche vom Installationsschacht (1) des Turmes (2) zu den Kanälen (6,7,8) führen, die aussen an den Gebäudekanten angebracht sind. Aufgrund der Windrichtung (5) sind die Kanäle (6,7,8) in den Sogbereich hinein geöfifiiet. Die im Druckbereich des Windes (5) liegenden Kanäle ( 2 &khgr; (6) und 1 &khgr; (8) ) sind über luftdichte Stutzen (9) verschlossen.

Die Kanäle (6,7,8) können je nach Windrichtung jeweils in die Sogseite des Windes (5) geklappt werden, während sie druckseitig dabei gleichzeitig fest und luftdicht an Stutzen (9) anliegen.

zu Figur 2 : Sogwirkung durch die Einleitung des Windsoges am Gebäude innerhalb des Turmes

Man erkennt, dass der Sog über den Installationsschacht (1) bis in die Spitze des Turmes (2) geführt wird. Hier wirkt er über das Windrad (23) in den Turm hinein. Gleichzeitig entsteht am Turm (2) selbst ebenfalls noch Sog und zwar auf der dem Wind abgwandten Seite. Dieser Sog wirkt über die Einlassschächte (19) ebenfalls bis in die Mitte des Turmes (2).

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zu Figur 3 : Wirkprinzip des Turmes ohne Aufwind-Windrad

Die vom Wind (5) transportierte Luft strömt durch die Einlassschächte (19) und die langen Rohrleitungen (18) ins Innere des Turmes und trifft dort auf die Schaufeln (11) des ersten Windrades, welches sich im Schaufelkanal ( 13 ) bewegt.

In diesem Schaufelkanal (13) befinden sich Klappen (12), welche beim Unterfahren durch eine Schaufel (11) den Schaufelkanal (13) öffnen, damit die Luft die jeweils davor befindliche Schaufel (11) umströmen kann. Ansonsten wird der Schaufelkanal (13) über diese Klappe (12) jeweils geschlossen, wobei eine Feder diese Schliessbewegung unterstützt.

In diesem Schaufelkanal (13) befinden sich noch Enpassstellen, welche hier aus Platzgründen nicht dargestellt wurden.

Über die Düsenkanäle (14) wird die Luftströmung aus dem Schaufelkanal (13) ausgeleitet. Hierbei erzeugt das zweite Windrad mit den freien Schaufehl (15) nochmals Kraft aus der Luftströmung. Die Luft entweicht anschliessend in Lufträume (10), welche über die gesamte Turmhöhe reichen bis unter das oben im Turm angebrachte Aufwind-Windrad.

Zu erkennen sind auch die Segel (16) mit den Druckkolben (17), welche die Sogseite und die Druckseite des Windes (5) nochmals klar trennen und hierdurch den Sog am Turm erhöhen und die Windströmung an den Seiten des Turmes verbessert in den Turm einleiten.

zu Figur 4 : Einzelheiten zu Figur 3

Die dargestellte Situation ist eine Momentaufnahme und verdeutlicht die Nutzung des Schliessdruckes in der langen Rohrleitung (18).

Die Luftströmung des Windes (5) erreicht über die lange Rohrleitung (18) die Klappe (12), welche den Schaufelkanal (13) mit Hilfe der Feder (21) bereits geschlossen hat. Hierdurch und durch die Schaufel (11) des Windrades mit den rückseitig angebrachten Stegblechen (25) wurde die Rohrleitung (18) bereits zu einem Teil geschlossen.

Die Luft wird deshalb zu einem Teil bereits gestaut, kann aber noch zwischen der Schaufel (11) und der Engpassstelle (22) hindurchströmen. Die Räder (20) auf der Schaufel (11) stören diese Strömung kaum, da sie nur sehr schmal sind.

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Die Luft wird direkt vor der Engpassstelle (22) über den Düsenkanal (14) aus dem Schaufelkanal (13) ausgeleitet und trifft hierbei als Freistrahl auf die Schaufeln des zweiten Windrades (15). Von dort fliesst die Luft in den jeweiligen Luftraum (10).

Dieser Luftraum (10) hat keine Verbindung zum Installationsschacht (1), so dass sich die Sogwirkung voll entfalten kann.

zu Figur 5 : Nutzung des Soges bei freistehenden Türmen ohne Anschluss an Gebäude

Man erkennt den Turm (2) mit dem Installationschacht (1), welcher vom Wind (5) angeströmt wird. Da der Turm (2) freisteht, ohne von aussen zugeführte Sogleitungen, ist ein Luftgeschoss oberhalb des Aufwind-Windrades (23) vorhanden, in welchem die Windgeschwindigkeit über den Kegelstumpf (24) erhöht wird zur Verbesserung des Soges oberhalb des Windrades (23). Die Luftströmung des Windes (5) tritt somit entweder auf der dem Wind (5) abgewandten Seite über die Einlassschächte (19) des Turmes (2) ins Freie aus und/oder über das Windrad (23).

Claims

1. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm, dadurch gekennzeichnet, dass an Gebäuden Bauwerken (4) luftdichte Kanäle (6, 7, 8), Rohrleitungen (3) und Schächte vorhanden sind, welche von einer baulichen Konstruktion, vorzugsweise einem Turm (2), ausgehend jeweils auf die Seite(n) des Gebäudes/Bauwerkes (4) sowie des Turmes (2) geführt werden an denen durch den Wind ein Sog entsteht, mit der Massgabe, dass dieser Turm (2) über Einlassschächte (19) Luft ansaugt, welche im Turm (2) über Windräder (11, 15, 23) geführt wird, die die Windenergie über den Antrieb von Luftverdichtern in Druckluftenergie oder über den Antrieb von Generatoren in elek. Energie umwandeln können und dass die Luft über das Kanal- (6, 7, 8) und Rohrleitungssystem (3) und/oder die Schächte wieder ins Freie austritt.

2. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (6, 7, 8), Rohrleitungen (3) und Schächte vorzugsweise zu den Kanten des Gebäudes sowie unter Dachüberstände geführt sind und dort in Diffusoren enden.

3. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (6, 7, 8) und Rohrleitungen (3) an den Gebäudekanten für beide dort zusammentreffenden Gebäudeflächen genutzt werden können, dergestalt dass die Kanäle (6, 7, 8) abgewinkelt sind und über eine innen am Scheitelpunkt des Winkels angeordnete und mit dem abgewinkelten Kanal festverbundene Stange gedreht werden können mit der Massgabe, dass ein Schenkel dieses abgewinkelten Kanals (6, 7, 8) auf der Winddruckfläche des Gebäudes luftdicht abschliessend aufliegt, während der andere Schenkel über den Diffusor in der Luftströmung des Windes an der Gebäudekante liegt, wobei dieses abgewinkelte Kanalstück (6, 7, 8) auch doppelwandig ausgeführt sein kann und jeweils über die Rohrleitungen (3) mit dem Turm verbunden ist.

4. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Module/Kränze, welche jeweils zwei miteinander verbundene Windräder (11, 15) und einen daran angeschlossenen Luftverdichter beinhalten, übereinander in dem Turm (2) angeordnet sind, wobei die Luftzuführung in einen Modul jeweils über Einlassschächte (19) erfolgt, welche in der Turmwand vorhanden sind und die Luft von einem Einlassschacht (19) über eine lange Rohrleitung (18) zu einem der beiden Windräder (11) strömt, welches sich in einem geschlossenen Schaufelkanal (13) bewegt, der kurze Engpassstellen (22) hat und über eine Klappe (12) geöffnet und geschlossen werden kann, mit der Massgabe, dass das Windrad (11) Kraft abgibt über das Abbremsen der Luftströmung in der langen Rohrleitung (18) kurz vor dem Erreichen der Engpassstelle (22) sowie über den Staudruck in der Engpassstelle (22) und den Luftwiderstandsdruck im Schaufelkanal (13) nach dem Verlassen der Engpassstelle (22), wobei die Klappe (12) am Ende der langen Rohrleitung (18) diese Kraftaufbringung erst ermöglicht oder ansonsten fördert und dass darüberhinaus das zweite Windrad (15) dergestalt Kraft aufbringt, dass es die vom ersten Windrad (11) aus dessen Schaufelkanal (13) über eine Düse (14) austretende Luftströmung nochmals kurzfristig staut bevor die Luft aus den Schaufeln dieses Windrades (15) ins Innere (10) des Turmes (2) abgeleitet wird.

5. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Turm (2) soviele Einlassschächte (19) hat wie Schaufeln (11) am betreffenden Windrad (11) vorhanden sind und dass jedem Einlassschacht (19) genau eine Rohrleitung (18) sowie eine Engpassstelle (22) im Schaufelkanal (13) zugeordnet ist, und dass beim Übergang vom Einlassschacht (19) in die lange Rohrleitung (18) eine Querschnittsverringerung erfolgt.

6. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Klappe (12) am Ende der langen Rohrleitung (18) über die Bewegung einer Schaufel (11) des Windrades (11) die lange Rohrleitung (18) teilweise schliessen kann mit der Massgabe, dass hierdurch die Luftströmung im Bereich der Klappe (12) beschleunigt wird.

7. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1, 4 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass die am Ende der Rohrleitung (18) angebrachte Klappe (12) mit Federunterstützung (21) den Schaufelkanal (13) verschliesst, wenn keine Schaufel (11) in ihrem Schwenkbereich ist, und dass rückseitig an der Schaufel (11) entsprechende Stegbleche (25) vorhanden sind.

8. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Engpassstellen (22) geometrisch so ausgebildet sind, dass sie den äusseren Umriss der Windradschaufel (11) vollständig umhüllen, und dass sich diese Enpassstellen (22) im Schaufelkanal (13) jeweils in bestimmten Abständen von der Klappe (12) befinden, die so bemessen sind, dass die Wirklänge dieser Klappe (12) zusammen mit der oberen Breite der Schaufel (11) am Windrad (11) und dem gewünschten Schliessspalt an der Rohrleitung (18) exakt dem Verhältnis entsprechen, welches gebildet wird, wenn man den Wirkdurchmesser des Windrades (11) am Kraftangriffspunkt der Schaufeln (11) durch die Anzahl der Schaufeln (11) am Windrad (11) dividiert.

9. Windräder in einem Turm nach Schutzanspruch 1, 4, 6 und 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufel (11) des Windrades (11) die am Ende der Rohrleitung (18) befindliche Klappe (12) unterfahren und hierdurch in die Rohrleitung (18) hineindrücken kann, wozu aussen an jeder Schaufel (11) des Windrades (11) federnd gelagerte Rollen (20) angebracht sind.

10. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enpassstellen (22) sehr kurz ausgebildet sind und dass die Schaufeln (11) des Windrades (11) nach dem Verlassen dieser Engpassstellen (22) von der Luftströmung aus der Rohrleitung (18) umströmt werden, und dass zu diesem Zweck die Schaufeln (11) des Windrades (11) dort einen gewissen Abstand zu den Wänden des Schaufelkanales (13) haben.

11. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausleitung der Luftströmung aus dem Schaufelkanal (13) des ersten Windrades (11) jeweils kurz vor dem Erreichen einer Engpassstelle (22) erfolgt über eine hierzu dort befindliche Düse (14).

12. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanpruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich oben im Turm (2) mit etwas Abstand zu dem obersten Modul ein zusätzliches Windrad (23) befindet in der Ausführung wie es z. B. aus den Weihnachtspyramiden bekannt ist, und welches dem Aufwind im Turm (2) Widerstand leistet mit der Massgabe, dass ein zusätzlich dort befindlicher Luftverdichter hierdurch angetrieben werden kann.

13. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanpruch 1 und 12 dadurch gekennzeichnet, dass oben, unterhalb des Turmdaches aber oberhalb des dritten Windrades (23), welches den Aufwind nutzt, ein Luftgeschoss vorhanden ist, das von allen Seiten vom Wind durchströmt werden kann.

14. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1, 4 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Decke des Luftgeschosses von aussen nach innen kegelstumpfförmig auf die halbe Geschosshöhe abgesenkt ist, wobei die obere Fläche des Kegelstumpfes dem dortigen Turmdurchmesser entspricht während die untere Kegelstumpffläche geringfügig grösser ist als der Durchmesser des sich in der Mitte des Turmes (2) befindlichen Installationsschachtes (1).

15. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Module zueinander so im Winkel versetzt sind, dass sich die Zonen des "Schliessdruckes" beim Abbremsen der Luftströmung in der langen Rohrleitung (18) direkt vor der Engpassstelle (22) mit dem "Luftwiderstandsdruck" nach dem Durchfahren der Enpassstelle (22) in den Modulen jeweils überlagern.

16. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Modul befindlichen beiden Windräder (11, 15) und der Luftverdichter über Zahnkränze, Zahnräder und ein Getriebe verbunden sind mit der Massgabe, dass über den Ausgangsdruck des Luftverdichters die Geschwindigkeit der Windräder (11, 15) geregelt werden kann.

17. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände und Böden der langen Rohrleitungen (18) im Turm (2) von Wasser beflutet werden können, welches vorzugsweise erwärmt ist.

18. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die langen Rohrleitungen (18) im Turm (2) angestanzte Laschen haben, welche nach innen und in Strömungsrichtung zeigen, und dass die langen Rohrleitungen (18) jeweils von einem Hüllrohr umgeben sind, welches an den Enden verschlossen ist.

19. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1, 4 und 12 dadurch gekennzeichnet, dass Wasserdampf in die Einlassschächte (19) und Rohrleitungen (18) des Turmes (2) eingespeist werden kann.

20. Windenergiesystem mit Windrädern in einem Turm nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig an jeder Wand eines Einlassschachtes (19) zwei über ein vertikal angeordnetes Scharnier klappbare Platten (16) vorhanden sind, welche druckluftbetrieben (17) bis zum Ende des Einlassschachtes (19) verfahren können, wobei sich dort eine Platte (16) im rechten Winkel zur Schachtwand nach aussen stellt, während die andere Platte (16) eine Schräge in den Schacht (19) hinein bis zum Druckluftkolben (17) bildet.