Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie, bei der mindestens ein Generator mit einer Antriebseinrichtung gekoppelt ist, die mindestens ein Leitelement zur Transformation einer von einem strömenden Medium bereitgestellten Energie in eine Rotationsbewegung aufweist.

Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise als sogenannte Wind- kraftkonverter oder als Turbinen ausgebildet, die von strömendem Wasser, beispielsweise im Bereich von Flüssen oder im Bereich eines entsprechenden Gezeitenhubes, beaufschlagt werden. Derartige Anlagen sind typischerweise als Großanlagen ausgebildet und nur dafür geeignet, an hierfür besonders disponierten Anwendungsorten eingesetzt zu werden. Die Installation und der Betrieb derartiger Anlagen ist deshalb mit erheblichen Investiti- ons- und Unterhaltungskosten verbunden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine dezentrale Anwendung an einer Vielzahl von Anwendungsorten unterstützt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Leitelement in einem Strömungsweg von erwärmter Abluft mindestens eines Wärmetauschers angeordnet ist.

Derartige Wärmetauscher werden im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Kühleinrichtungen verwendet, bei denen Abwärme von Gebäuden oder Herstellungsprozessen an die Umgebung abzuführen ist. Ein besonders verbreitetes Anwendungsgebiet derartiger Wärmetauscher ist im Zusammenhang mit zentralen Klimatisierungsanlagen gegeben, die bei Wohn-, Büro- oder sonstigen Gebäuden in aller Welt eingesetzt werden. Derartige Klimatisierungsanlagen sind typischerweise mit Kondensatoreinheiten, sogenannten Rückkühlern, ausgestattet, die häufig im Dachbereich von hohen und teilweise auch sehr hohen Gebäuden angeordnet werden.

Derartige Kondensatoreinheiten bestehen üblicherweise aus einem Kühlmittelkreislauf, einer Vielzahl von meist metallischen Wärmeübergangsflächen sowie einem Ventilator, der die Wärmeübergangsflächen mit Umgebungsluft anströmt. Es werden hierzu äußerst leistungsfähige Ventilatoren verwendet, die dazu in der Lage sind, erhebliche und richtungsstabile Luftbewegungen zu erzeugen.

Sowohl die Ventilatoren als auch die Klimaanlagen werden typischerweise mit elektrischer Energie betrieben, so daß hierdurch erhebliche Unterhaltungskosten hervorgerufen werden. Die von den Wärmeaustauschflächen abströmende erwärmte Luft wird typischerweise direkt in die Umgebung abgeleitet. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Leitelementes des Generators im Strömungsweg derartiger erwärmter Abluft ist es möglich, zumindest einen Teil der sowohl in der Strömungsenergie der Abluft als auch in der von der Abluft transportierten Wärmemenge enthaltenen Energie zurückzugewinnen.

In Abhängigkeit von den örtlichen Gegebenheiten ist es zuminderst möglich, wenigstens einen Teil der für den Betrieb der Klimaanlage bzw. der Ventilatoren benötigten elektrischen Energie durch den Betrieb der Generatoren zurückzugewinnen. In Kom-

bination mit vor allem im Bereich hoher Gebäude auftretenden Windstärken und/oder unter Ausnutzung von Auftriebskräften, die die erwärmte Abluft bei entsprechender Strömungsführung gegenüber der umgebenden kühleren Luft entwickelt, ist es ebenfall möglich, zumindest zeitweise eine Energierückspeisung in ein Versorgungsnetz vorzunehmen.

Die vorliegende Erfindung führt somit sowohl zu ökologischen Vorteilen durch eine Verminderung der Aufheizung der Umgebung als auch zu ökonomischen Vorteilen durch eine Reduktion der Betriebskosten von Klimaanlagen oder ähnlichen Einrichtungen.

Eine kompakte Ausführungsform wird dadurch unterstützt, daß das Leitelement in lotrechter Richtung oberhalb des Wärmetauschers angeordnet ist .

Bei einer im wesentlichen horizontalen Anströmung des Wärmetauschers ist auch daran gedacht, daß das Leitelement in lotrechter Richtung seitlich neben dem Wärmetauscher angeordnet ist.

Zur Nutzung von Auftriebseffekten bei einer horizontalen Anströmung des Wärmetauschers ist auch daran gedacht, daß das Leitelement in vertikaler Richtung oberhalb und zusätzlich seitlich versetzt zum Wärmetauscher angeordnet und über ein Strömungs- leitelement mit diesem gekoppelt ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin, daß der Wärmetauscher als Kühler einer Klimaanlage ausgebildet ist.

Ein besonders großes Nutzungspotential wird dadurch erschlossen, daß die Klimaanlage mit mindestens einem Ventilator ausgestattet ist.

Eine geringe Lagerreibung im Bereich des Windkraftkonverters wird dadurch unterstützt, daß zwischen dem Generator und der Antriebseinrichtung ein Getriebe angeordnet ist.

Insbesondere ist es hierdurch möglich, daß das Getriebe eine übersetzung zur Kopplung einer langsam drehenden Antriebseinrichtung mit einem schnell drehenden Generator aufweist.

Eine zeitlich gleichmäßige Energieerzeugung bei wechselnden Anwendungsbedingungen kann dadurch unterstützt werden, daß die Vorrichtung eine Photovoltaikanlage umfaßt.

Ein gleichmäßiger Betrieb und eine hohe Verfügbarkeit der Anlage werden nochmals dadurch verbessert, daß die Vorrichtung einen Speicher für Energie umfaßt.

Gemäß einer Ausführungsform ist daran gedacht, daß der Speicher zur Speicherung elektrischer Energie ausgebildet ist.

Eine stoffliche Energiespeicherung ist dadurch möglich, daß der Speicher zur Erzeugung sowie zur Speicherung von Wasserstoff ausgebildet ist .

Eine weitere Erhöhung der Energieerzeugung kann dadurch erfolgen, daß die Antriebseinrichtung als ein Windkonverter zur Nutzung von natürlichem Wind ausgebildet ist .

Ein weiteres Energiepotential wird dadurch erschlossen, daß die Antriebseinrichtung als ein Windkonverter zur Nutzung einer thermischen Auftriebsströmung ausgebildet ist.

Eine preiswerte und an unterschiedliche Anwendungsanforderungen anpaßbare Grundkonstruktion wird dadurch bereitgestellt, daß eine modulare Ausbildung realisiert ist.

Eine Erhöhung des Leistungspotentials kann dadurch erfolgen, daß mindestens zwei Module zur Erzeugung elektrischer Energie miteinander gekoppelt sind.

Die Anlagenflexibilität wird dadurch erhöht, daß die Windkraftanlage an eine elektronische Steuerung angeschlossen ist.

Insbesondere ist auch daran gedacht, daß die Steuerung zur Regelung einer Bremse des Windkonverters ausgebildet ist.

In den Zeichnungen der Erfindung sind Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt. Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung einer Windkraftanlage in Verbindung mit einer Kondensatoreinheit,

Pig. 2 eine schematische Darstellung einer ersten Anordnungsmöglichkeit der Windkraftanlage in Verbindung mit einer Kondensatoreinheit,

Pig. 3 eine Abwandlung gegenüber der Ausführungsform in Fig. 2,

Pig. 4 eine weitere abgewandelte Ausführungsform,

Fig. 5 eine nochmalige Abwandlung der Ausführungsform und

Fig. 6 eine schematische Darstellung der Kopplung eines Windkon- vertors und eines tragenden Gehäuses zur Bereitstellung einer größeren Windkraftanlage.

Gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 ist die Windkraftanlage als eine modulare und selbsttragende Einheit ausgeführt, deren äußere Form durch miteinander verbundene Gehäuseprofile (4) definiert ist. Die Gehäuseprofile bilden ein stabiles Gehäuse zur Aufnahme und Lagerung einer drehbaren Achse (2) , an der sich ein Windkonverter (1) befindet. Die Achse (2) wird vorzugsweise von mindestens zwei Lagern (3) geführt.

Der Windkonverter (1) kann derart konstruiert sein, daß die Eigenschaften von Darrieus- und Savoniusrotoren kombiniert werden. Der Antrieb des Windkonverters (1) erfolgt durch eine Luftbewegung, die zumindest teilweise durch Ventilatoren (8) erzeugt wird. Ebenfalls ist es möglich, den Windkonverter (1) durch eine

natürliche Windeinwirkung oder durch aufgrund einer erhöhten Temperatur aufsteigender Luft anzutreiben.

In Abhängigkeit von einer vorliegenden Strömungsrichtung kann die Windkraftanlage die Leistung sowohl in einer vertikalen als auch in einer horizontalen Ausrichtung entfalten. Als vorteilhaft wird eine im wesentlichen vertikale Strömungsrichtung im Bereich des Windkonverters (1) angesehen, da hier ein thermischer Auftrieb der Kühlluft zusätzlich genutzt werden kann.

Die drehbare Achse (2) ist über ein Getriebe (10) mit einem Generator (11) verbunden. Vorzugsweise weist das Getriebe (10) eine hohe übersetzung derart auf, daß eine geringe Rotationsgeschwindigkeit des Windkonverters (1) in eine hohe Rotationsgeschwindigkeit des Generators (11) transformiert wird. Der Generator (11) dient zur Erzeugung elektrischer Energie, wobei entsprechend einer jeweils gewählten Ausführungsform Gleichstrom, Wechselstrom oder Drehstrom hergestellt werden kann. Durch entsprechende elektrische Umrichter kann unabhängig von der konkret vom Generator (11) bereitgestellten Energieform eine nahezu beliebige Transformation in andere Energieformen erfolgen.

An einer Außenseite des Gehäuses der Windkraftanlage sind Befestigungsflansche (5) angeordnet, die zur Aufnahme und/oder Befestigung von horizontal und/oder vertikal verstellbaren Ständerprofilen (6) dienen. Die Ständerprofile (6) unterstützen eine Montage und/oder eine Befestigung an einer Kondensatoreinheit (9), an oder auf Gebäuden oder an oder auf Gebäudeteilen oder an sonstigen Konstruktionen. Darüber hinaus dienen die Ständerprofile (6) zur sicheren Aufstellung und/oder Befestigung der Windkraftanlagen. Die Kondensatoreinheit (9) kann durch Befestigungsteile (7) gegenüber dem Ständerprofilen (6) abgestützt werden. Innerhalb der Kondensatoreinheit (9) erzeugen die Ventilatoren (8) typischer Weise eine Strömungsrichtung (14) .

Die Aufstellung und/oder Montage der Windkraftanlage in Verbindung mit einer oder mehreren Kondensatoreinheiten (9) kann beispielsweise horizontal direkt über einem Luftaustritt der Venti-

latoren (8) erfolgen. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Ebenfalls ist daran gedacht, eine Anordnung seitlich links oder rechts direkt neben dem Luftaustritt der Ventilatoren (8) vorzusehen, wie dies in Fig. 3 und Fig. 5 dargestellt ist. Gemäß der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform erfolgt eine Anordnung der Windkraftanlage vertikal direkt vor dem Luftaustritt der Ventilatoren (8) .

Die Energieerzeugung unter Verwendung der Windkraftanlage kann entsprechend der Ausführungsform in Fig. 6 durch die Anordnung einer Photovoltaikeinheit (12) ergänzt werden. Die Photovoltaik- einheit (12) kann unmittelbar auf der Windkraftanlage oder in der Nähe der Windkraftanlage installiert sein. Eine Nutzung der Photovoltaikeinheit (12) ist in mehreren Varianten denkbar. Zum einen kann der von der Photovoltaikeinheit (12) bereitgestellte Strom zur Speisung der Ventilatoren (8) eingesetzt werden. Insbesondere für Zeitdauern einer temporären Nichtnutzung der Kondensatoreinheit durch die angeschlossene Klimatisierungsanlage. Darüber hinaus können in den Windkonverter (1) natürliche Windbewegungen oder aufgrund einer Thermik generierte Luftströmungen eingeleitet werden.

In der Nähe der Windkraftanlage kann eine Vorrichtung (13) zur Speicherung von Energie eingesetzt werden. Der Speicher (13) kann als Batterie oder Wasserstoffgenerator ausgebildet sein. Für den Fall einer temporären Nichtnutzung der Ventilatoren (8) ist eine Nutzung der im Speicher (13) enthaltenen Energie (13) für einen Betrieb der Anlage möglich. Ebenfalls kann in den Speicher (13) aktuell erzeugte aber nicht benötigte Energie eingespeist werden.

Die Windkraftanlage wird vorzugsweise in einer modularen Bauweise realisiert. Insbesondere ist es hierdurch möglich, entsprechend der Ausführungsform in Fig. 6 eine Mehrzahl von Modulen parallel oder in Reihe zu betreiben. Die Kopplung einzelner Module kann über einen Kopplungsteil (15) erfolgen. Durch eine Kopplung von Modulen wird die Möglichkeit bereitgestellt, eine

erhöhte Leistung zu generieren und hierdurch mehr elektrische Energie zu erzeugen.