DE202008000543U1

DE202008000543U1 - Turbine

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Publication number: DE202008000543U1
Application number: DE202008000543U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2018-01-16

Abstract

Turbine (1), umfassend einen drehbaren Rotor (2), der eine Eintrittsöffnung (5) für ein strömendes Fluid besitzt, von der aus ein Strömungskanal (9) wegführt, der über eine endseitige Austrittsöffnung (7) zum tangentialen Ausströmen des Fluids verfügt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbine zur Stromerzeugung, die von einem strömenden Fluid, wie beispielsweise Luft oder Wasser antreibbar ist.
Windturbinen besitzen regelmäßig einen Mast, an dessen oberen Ende ein drehbarer Rotor befestigt ist. Der Rotor besitzt mehrere Rotorblätter bzw. Flügel, auf die der Wind stößt und dadurch in eine Drehbewegung versetzt. Die von den sich drehenden Rotorblättern aufgespannte Rotorfläche ist nicht geschlossen, was zur Folge hat, dass Wind durch den Zwischenraum zwischen zwei Rotorblättern hindurchtreten und für das Antreiben des Rotors ungenutzt bleibt.
Es ist eine Aufgabe einer Ausführungsform der Erfindung, die Bewegungsenergie des Fluids, das eine Turbine antreibt, effizienter zu nutzen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche wiedergegeben.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird eine Turbine vorgeschlagen, die einen drehbaren Rotor umfasst. Der Rotor besitzt eine Eintrittsöffnung für ein strömendes Fluid, beispielsweise Wasser, Dampf oder Luft. Von der Eintrittsöffnung führt ein Strömungskanal weg, wobei der Strö mungskanal endseitig über eine Austrittsöffnung zum tangentialen Ausströmen des Fluids verfügt. Das Fluid strömt damit tangential zur (Kreis-) Fläche des Rotors aus, die von den sich bewegenden Austrittsöffnungen, in der Regel Düsen, beschrieben wird.
Bei dieser Ausführungsform hat das ausströmende Fluid eine Richtung tangential zur kreisförmigen Rotorfläche. Hierbei wird das Rückstoßprinzip nutzbar gemacht, um den Rotor praktisch verlustfrei und unter Ausnutzung der Bewegungsenergie des gesamten in die Eintrittsöffnung einströmenden Fluids in eine Drehbewegung zu versetzen. Zusätzlich bzw. ergänzend hierzu kann das bisher genutzte Antriebsprinzip (Stoßprinzip) nutzbar gemacht werden, um den Rotor anzutreiben, das heißt durch direkte Beaufschlagung des Rotors mit dem Fluid. Das Ausmaß, mit der das Rückstoßprinzip genutzt wird, hängt von der Größe der Eintrittsöffnung und davon ab, wie stark die Fluidströmung in Richtung der Eintrittsöffnung konzentriert ist. Insgesamt hat man mit dieser Ausführungsform die Möglichkeit, unter Nutzbarmachung des Rückstoßprinzips die Bewegungsenergie des anströmenden Fluids effizienter abzugreifen.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist die Eintrittsöffnung in der Rotorachse angeordnet. Eine Anordnung in der Rotorachse kann zunächst bedeuten, dass sich die Eintrittsöffnung baulich im Inneren des Rotors befindet, das heißt in einer kreisrunden Scheibe, deren Umfang von den sich bewegenden Austrittsöffnungen definiert wird und deren Höhe von der Erstreckung des Rotors in Richtung der Rotorachse festgelegt wird. Andererseits kann die genaue Lage der Eintrittsöffnung dem Rotor bzw. dieser Scheibe stromaufwärts vorgelagert sein, was insbesondere bei größeren und schwereren Rotoren die stabile Auslegung des Rotorachsenbereichs erleichtert.
Gemäß einer weiteren Variante kann der Rotor eine konische, vom strömenden Fluid beaufschlagbare Scheibe sein. Bei dieser Ausfüh rungsform, bei der die Konusspitze stromabwärts angeordnet ist, wird die natürliche Neigung des Konus ausgenutzt, um das Fluid in Richtung der Eintrittsöffnung zu lenken und darüber das Rückstoßprinzip stärker zu nutzen.
Weiterhin kann auch ein Rotor mit zwei zueinander parallelen Scheiben mit einem dazwischen befindlichen Zwischenraum gewählt werden, bei der die Eintrittsöffnung über den Zwischenraum fluidzuleitend mit den Austrittsöffnungen verbunden ist.
Alternativ zur vorgenannten Ausführungsform, bei der im Prinzip die gesamte auf die Rotorfläche strömende Fluidmenge für ein Antreiben des Rotors nach dem Rückstoßprinzip genutzt wird, kann auch vorgesehen sein, dass der Rotor mehrere voneinander beabstandete Rotorelemente besitzt, beispielsweise Rotorblätter oder Rotorröhren. Im ersten Fall wird eine Kombination der beiden oben genannten Antriebsprinzipien genutzt werden. Die zweite Variante nutzt bei geringerem Rotorgewicht nahezu ausschließlich das Rückstoßprinzip zum Antreiben des Rotors und erfordert eine dementsprechende Bündelung der anströmenden Fluidmenge auf die Eintrittsöffnung, was jedoch insbesondere bei Wasser baulich leicht realisiert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in der Rotorachse ein Verteiler zum Verteilen des einströmenden Fluids auf die Strömungskanäle der Rotorelemente vorgesehen. Der Verteiler sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Fluidmenge und hilft, eine Unwucht zu vermeiden. Der Verteiler ist verdrehsicher angeordnet, bspw. bezüglich des haltenden Masts bzw. bezüglich des Erdbodens.
Weiterhin ist es möglich, dass dem Rotorelement ein Fluidleitelement zugeordnet ist, mit dem ein strömendes Fluid zur Eintrittsöffnung leitbar ist. Auf diese Weise kann der Fluidstrom in stärkerem Maße zur Eintrittsöffnung gelenkt werden, sodass das durch die Eintrittsöffnung hindurch tretende Fluid stärker zur Rotation beiträgt. Als Fluidleitelement können sowohl Gebäude, Wände von Gebäuden oder separate Stellwände genutzt werden, sodass die Lage bzw. Position der Turbine in der Landschaft davon abhängig gemacht wird, wo entsprechende Gebäude und Wände anzutreffen sind.
Die oben genannte Möglichkeit, den Fluidstrom gezielt auf die Eintrittsöffnung zu lenken, macht es möglich, dass die Rotorachse auch horizontal angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Fluidleitelement mit der Rotorachse oder mit einem den Rotor haltenden Mast fest verbunden. Das Fluidleitelement ist damit kein externer Gegenstand, sondern integraler Bestandteil der Turbine, beispielsweise ein Trichter, der den Fluidstrom auf die Eintrittsöffnung bündelt, um das Rückstoßprinzip im stärkeren Maß zum Antreiben des Motors zu nutzen. Zur Ausrichtung des Fluidleitelements kann eine Windfahne dienen, die mit dem Fluidleitelement gemeinsam drehbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform besitzt die Turbine zwei benachbarte, in einer Ebene angeordnete Rotoren. Bei dieser Doppelturbine strömt das Fluid von den Austrittsöffnungen der ersten Turbine aus und strömt gegen den zweiten Rotor. Die verbleibende kinetische Energie des Fluids wird dann dazu genutzt, den zweiten Rotor durch Beaufschlagung zusätzlich anzutreiben, wodurch die Effizienz der Energiegewinnung erhöht wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der beanspruchten Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar, die nachfolgend als nicht beschränkende Beispiele angegeben sind. Hierbei soll die Benutzung von Bezugszeichen in den Figuren nicht dahingehend verstanden werden, dass die Bezugszeichen den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung einschränken sollen. Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer Turbine in der Seitenansicht,
2 eine zweite Ausführungsform einer Turbine mit Blick auf die Rotorfläche,
3 ein Verteilerstück für die Rotorachse.
Bei den Figuren, die allgemein mit gleichen Bezugszeichen gleiche Gegenstände bezeichnen, zeigt 1 eine Turbine 1 mit einem Rotor 2, der über eine aus Gründen der Anschaulichkeit übertrieben lang dargestellten Rotorachse 3 vom Mast 4 gehalten wird. Der Rotor 2 verfügt über eine Eintrittsöffnung 5 für anströmende Luft L, die vom Trichter 6 auf die Eintrittsöffnung 5 geleitet wird. Die Trichtermündung ist hierzu fest mit der Rotorachse 3 verbunden. Im Inneren des Rotors befinden sich Strömungskanäle 9 mit Austrittsöffnungen 7, und zwar einen pro Rotorelement 9. Aus den Austrittsöffnungen 7 tritt die Luft tangential zur kreisförmigen Rotorfläche aus, sodass der Rotor 2 nach dem Rückstoßprinzip angetrieben wird. Ein Generator 8 sorgt für die Erzeugung des Stroms. Der Trichter 6 ist verdrehsicher relativ zum Mast 4 angeordnet und sorgt dafür, dass die anströmende Luft L vollständig in die Rotorachse 3 bzw. in die Eintrittsöffnung 5 geleitet wird, von wo aus sie über die Strömungskanäle zu den Luftaustrittsöffnungen 7 geleitet wird. Auf diese Weise wird der gesamte Luftstrom genutzt, um den Rotor über das Rückstoßprinzip quasi verlustfrei anzutreiben.
Die 2 zeigt eine Ausführungsform einer Turbine 1 mit einem Rotor 2 aus insgesamt vier Rotorelementen 8 in Form von Rotorblättern, wobei jedes Rotorelement 8 ein in seinem Inneren gestrichelt dargestellten Strömungskanal 9 besitzt. Die Luft gelangt über die Eintrittsöffnung 5 in den Druckraum 11 des Rotors 2, von dort in die Strömungskanäle 9 und, wie durch die Pfeile angedeutet, über die Austrittsöffnungen 7 wieder aus den Strömungskanälen 9 heraus. Die Richtung der aus den Strömungskanälen 9 austretenden Luft verläuft tangential zur kreisrunden Rotorfläche.
Die 3 zeigt ferner einen Verteiler 10 zum Einbau in die Rotorachse 3 der Turbine 1. Die Luft gelangt über die Eintrittsöffnung 5 in den Rotor 2 und von dort in die insgesamt fünf Strömungskanäle 9.
Obwohl vorstehend konkrete Ausführungsformen beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass die Beschreibung dieser Ausführungsformen nicht zum Zweck hat, die Erfindung in der angegebenen Form zu beschränken. Die Erfindung soll vielmehr alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen umfassen, die in den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung fallen.

1: Turbine
2: Rotor
3: Rotorachse
4: Mast
5: Eintrittsöffnung
6: Fluidleitelement/Trichter
7: Austrittsöffnung
8: Rotorelement
9: Strömungskanal
10: Verteiler
11: Druckraum
L: Luft

Claims

Turbine (1), umfassend einen drehbaren Rotor (2), der eine Eintrittsöffnung (5) für ein strömendes Fluid besitzt, von der aus ein Strömungskanal (9) wegführt, der über eine endseitige Austrittsöffnung (7) zum tangentialen Ausströmen des Fluids verfügt.
Turbine nach Anspruch 1, bei der die Eintrittsöffnung in der Rotorachse (3) angeordnet ist.
Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Eintrittsöffnung in der Rotorachse (3) angeordnet und dem Rotor stromaufwärts vorgelagert ist.
Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der Rotor eine konische, vom strömenden Fluid beaufschlagbare Scheibe besitzt.
Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der Rotor zwei zueinander parallele Scheiben mit einem dazwischen befindlichen Zwischenraum besitzt und die Eintrittsöffnung über den Zwischenraum fluidzuleitend mit den Austrittsöffnung verbunden ist.
Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der der Rotor mehrere voneinander beabstandete Rotorelemente (8) besitzt, in denen jeweils ein Strömungskanal verläuft.
Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der als Rotorelemente Rotorblätter oder Rotorröhren vorgesehen sind.
Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der in der Rotorachse ein Verteiler (10) zum Verteilen des einströmenden Fluids auf die Strömungskanäle der Rotorelemente besitzt.
Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Rotorachse horizontal angeordnet ist.
Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche, dessen Rotor ein Fluidleitelement (6) zugeordnet ist, mit dem ein strömendes Fluid zur Eintrittsöffnung leitbar ist.
Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der das Fluidleitelement mit der Rotorachse oder mit einem den Rotor haltenden Mast (4) verbunden ist.
Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der als Fluidleitelement ein Trichter vorgesehen ist.
Turbine nach einem der vorherigen Ansprüche, aufweisend zwei benachbarte, in einer Ebene angeordnete Rotoren.