Bezeichnung der Erfindung: Strömungsleitsystem für eine Strömungskraftanlage, Verfahren zur Leitung einer Fluidströmung mit dem Strömungsleitsystem auf eine Strömungskraftanlage

Technisches Gebiet

[1] Die Erfindung betrifft ein Strömungsleitsystem zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung anströmenden Fluidströmung auf eine Strömungskraftanlage mit zumindest einem linken Rotor mit einer quer zur Anströmrichtung ausgerichteten linken Rotorachse und bevorzugt zumindest einem quer zur Anströmrichtung und zur linken Rotorachse neben dem linken Rotor angeordneten rechten Rotor mit einer entlang der linken Rotorachse ausgerichteten rechten Rotorachse.

[2] Das Strömungsleitsystem ist zur Ablenkung eines auf die Innenseite(n) des Rotors oder der Rotoren gerichteten Anteils der Fluidströmung auf die Außenseite(n) des Rotors oder der Rotoren ausgelegt. Das Strömungsleitsystem umfasst zumindest eine entlang der linken Rotorachse ausgerichtete linke Leitfläche zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des linken Rotors und bevorzugt zumindest eine quer zur Anströmrichtung und den Rotorachsen neben der linken Leitfläche angeordnete rechte Leitfläche zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des rechten Rotors.

Stand der Technik

[3] Bei Strömungskraftanlagen, die eine Strömungsenergie einer Fluidströmung mit einem Rotor mit quer zur Anströmrichtung ausgerichteter Rotorachse in elektrische Energie umwandeln, beispielsweise bei sogenannten „vertikalen Windkraftanlagen“, besteht das Problem, dass die Rotorblätter jeweils die Hälfte einer Umdrehung um die Rotorachse gegen die Fluidströmung laufen müssen, wodurch die Effizienz solcher Strömungskraftanlagen begrenzt ist. Zur Erhöhung der Effizienz sind im Stand der Technik unterschiedliche Konzepte mit Strömungsleitsystemen für die Fluidströmung bekannt:

[4] Die Druckschrift EP 1 859 164 B1 offenbart eine Vorrichtung zur Nutzung von Wndenergie, die zur Lenkung der Wndströmung auf einen die Strömungsenergie umsetzenden Rotor mindestens eine den Wnd lenkende Leitfläche aufweist, sodass der Rotor, dessen Drehachse quer zur Strömungsrichtung angeordnet ist, mit der Strömung beaufschlagt ist.

[5] Die Druckschrift WO 2011/098957 A1 offenbart einen Windgenerator mit vertikaler Achse und einem Rotor, an dem eine Vielzahl von Radialblättern montiert sind. Ein um den Rotor angeordneter Stator umfasst Leitelemente, die den Wind in und aus dem Rotor lenken.

[6] Die Druckschrift DE 102014007206 A1 offenbart eine Windkraftanlage mit zumindest zwei im Wesentlichen vertikal angeordneten Rotoren. Dabei kann ein Anströmfluss durch Luftleitflächen von gegen den Anströmfluss laufenden Rotorblättern der Rotoren abgelenkt werden.

[6a] Die Druckschrift DE 102013 101 977 A1 beschreibt eine Windkraftanlage mit zwei um eine vertikale Achse drehbaren Rotoren und einem in Strömungsrichtung davor angeordneten Strömungsleitsystem zur Leitung des Windes auf die Außenseiten der Rotoren. Das Strömungsleitsystem umfasst zwei Leitflächen, die jeweils zwei Leitelemente umfassen. Die Leitelemente sind gegenüber einem Leitelementrahmen drehbar und gegeneinander verschieblich angeordnet.

[6b] Die Druckschrift DE 103 31 682 A1 offenbart eine Windkraftanlage mit zumindest einem Rotor mit vertikaler Rotationsachse, der eine Anzahl von Rotorblättern umfasst, die in Umfangsrichtung in gleichen Abständen verteilt um einen freien Durchströmraum im Bereich der Rotationsachse herum angeordnet sind. Eine den Rotor teilweise umschließende Leitflächenkonstruktion umfasst einen seitlichen Strömungseinlass, der von zwei Leitflächen begrenzt wird, von denen die in Bezug auf die Umlaufrichtung des Rotors stromaufwärts gelegene Leitfläche einen konkav gewölbten horizontalen Querschnitt aufweist, und einen Strömungsauslass, der dem Strömungseinlass gegenüberliegt.

[7] Auch mit den vorgenannten Konzepten kann nur ein Teil der Strömungsenergie zum Antrieb der Rotoren genutzt werden, der oft auch von der Anströmrichtung und einer Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung abhängt, sodass die Effizienz entsprechender Strömungskraftanlagen in der Regel geringer ist als bei Strömungskraftanlagen mit entlang der Anströmrichtung ausgerichteter Rotorachse, beispielsweise bei sogenannten „horizontalen Windkraftanlagen“.

Technische Aufgabe [8] Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst leistungsstarkes und wartungsarmes Strömungsleitsystem zur effizienteren und, insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten, betriebssicheren Nutzung der Strömungsenergie durch eine Strömungskraftanlage mit Rotoren mit quer zur Anströmrichtung ausgerichteter Rotorachse, insbesondere durch sogenannte „vertikale Strömungskraftanlagen“, zu schaffen.

Technische Lösung

[9] Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung stellt ein Strömungsleitsystem gemäß Anspruch 1 und gemäß Anspruch 2 bereit, das jeweils die technische Aufgabe löst. Ebenso wird die Aufgabe durch eine Strömungskraftanlage gemäß Anspruch 12 und ein Verfahren zur Leitung einer Fluidströmung mit dem Strömungsleitsystem gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Beschreibung der Ausführungsarten

[10] Ein erfindungsgemäßes Strömungsleitsystem ist zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung anströmenden Fluidströmung auf eine Strömungskraftanlage mit zumindest einem linken Rotor mit einer quer zur Anströmrichtung ausgerichteten linken Rotorachse und bevorzugt zumindest einem quer zur Anströmrichtung und zur linken Rotorachse neben dem linken Rotor angeordneten rechten Rotor mit einer entlang der linken Rotorachse ausgerichteten rechten Rotorachse ausgelegt.

[11] Die Begriffe „rechts“ und „links“ sind im Sinne der Erfindung nicht einschränkend zu verstehen, sondern dienen lediglich der Unterscheidung mehrerer einander entsprechender Elemente, beispielsweise Rotoren oder Leitflächen. Grundsätzlich können die Begriffe „links“ und „rechts“ erfindungsgemäß vertauscht werden.

[12] Die Fluidströmung kann beispielsweise eine Windströmung oder eine Wasserströmung umfassen. Wenn die Anströmrichtung beispielsweise horizontal ist, sind die Rotorachsen vorzugsweise vertikal ausgerichtet. Die Strömungskraftanlage kann insbesondere eine sogenannte „vertikale Windkraftanlage“, beispielsweise gemäß der Druckschrift DE 102014007206 A1, umfassen.

[13] Als „Anströmrichtung“ wird im Sinne der Erfindung die Richtung bezeichnet, in die die Fluidströmung auf die Strömungskraftanlage zu strömt, bevor sie durch das Strömungsleitsystem abgelenkt wird. [14] Der Begriff „entlang“ wird im Sinne der Erfindung gleichbedeutend mit „im Wesentlichen parallel“ verwendet. Der Begriff „quer“ wird im Sinne der Erfindung gleichbedeutend mit „im Wesentlichen orthogonal“ verwendet. Diese Begriffe sollen nicht als auf eine im mathematischen Sinne exakte Parallelität bzw. Orthogonalität beschränkend verstanden werden, sondern schließen auch geringfügige Abweichungen von beispielsweise 0° bis 20°, insbesondere 0° bis 10°, insbesondere 0° bis 5°, von der Parallelität bzw. Orthogonalität ein. Analog schließen auch die Begriffe „horizontal“ und „vertikal“ im Sinne der Erfindung jeweils geringfügige Abweichungen von beispielsweise 0° bis 20°, insbesondere 0° bis 10°, insbesondere 0° bis 5°, von einer exakten Horizontalität bzw. Vertikalität ein.

[15] Das Strömungsleitsystem ist in einer Ausgestaltung zur Ablenkung eines auf eine gegen die Anströmrichtung laufende Innenseite des linken Rotors gerichteten Anteils der Fluidströmung auf eine mit der Anströmrichtung laufende Außenseite des linken Rotors ausgelegt.

[16] Das Strömungsleitsystem ist in einer bevorzugten Ausgestaltung zur Ablenkung eines auf die aufeinander zugewandten Innenseiten der Rotoren gerichteten zentralen Anteils der Fluidströmung auf die voneinander abgewandten Außenseiten der Rotoren ausgelegt ist. Dadurch werden, insbesondere wie durch die in DE 10 2014007206 A1 beschriebenen Luftleitflächen, die Innenseiten der Rotoren von der Fluidströmung abgeschirmt, sodass die Rotorblätter der Rotoren an den Innenseiten gegen die Anströmrichtung laufen können, ohne durch die Fluidströmung gebremst zu werden. Der linke Rotor und der rechte Rotor werden somit auf effiziente Weise zueinander gegenläufig angetrieben.

[17] Das Strömungsleitsystem und die Rotoren können, beispielsweise wie in DE 102014 007206 A1 beschrieben, drehbar gelagert sein, um die Strömungskraftanlage zur Anströmrichtung ausrichten zu können.

[18] Das Strömungsleitsystem umfasst zumindest eine linke Leitfläche zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des linken Rotors und bevorzugt zumindest eine quer zur Anströmrichtung und den Rotorachsen neben der linken Leitfläche angeordnete rechte Leitfläche zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des rechten Rotors. Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung ist die rechte Leitfläche vorzugsweise quer zur Anströmrichtung horizontal neben der linken Leitfläche angeordnet. [19] Im Folgenden wird das Strömungsleitsystem weiter anhand einer Ausgestaltung mit zumindest einer linken Leitfläche und zumindest einer rechten Leitfläche für eine Strömungskraftanlage mit zumindest einem linken Rotor und zumindest einen rechten Rotor beschrieben. Die beschriebenen Merkmale und Vorteile beziehen sich erfindungsgemäß auch auf eine Ausgestaltung ohne rechte Leitfläche für eine Strömungskraftanlage ohne rechten Rotor. Insbesondere können die im Folgenden im Plural verwendeten Begriffe „Rotoren“, „Rotorachsen“ und/oder „Leitflächen“ erfindungsgemäß durch den jeweiligen Singular ersetzt werden.

[20] Das Strömungsleitsystem umfasst zwei Leitelementrahmen, die jeweils eine Mehrzahl von, beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr, Leitelementen tragen, wobei die Leitelemente jeweils eines Leitelementrahmens als linke Leitfläche und als rechte Leitfläche Zusammenwirken.

[21] Der zumindest eine Leitelementrahmen kann beispielsweise als Rahmengestell, um eine zu den Rotorachsen im Wesentlichen parallele, insbesondere vertikale, Achse konvex oder konkav auf die Anströmrichtung zu gewölbt und/oder im Wesentlichen rechteckig ausgestaltet sein. Eine konvexe oder konkave Wölbung erlaubt eine besonders verlustarme Ablenkung der Fluidströmung.

[22] Die Leitelemente wirken als Leitfläche zusammen, wenn sie dazu ausgelegt sind, die Fluidströmung auf die Außenseite des zu der Leitfläche zugehörigen Rotors zu leiten. Dazu ist es erfindungsgemäß möglich, aber nicht erforderlich, dass die Leitelemente zusammen eine geschlossene Leitfläche bilden.

[23] Die Leitelemente sind jeweils zur Einstellung zumindest eines Anstellwinkels der Leitelemente gegenüber der Anströmrichtung um eine entlang der Rotorachsen ausgerichtete Elementdrehachse, beispielsweise um 45° bis 315°, insbesondere um 90° bis 270°, bevorzugt um 180°, drehbar, mit dem Leitelementrahmen verbunden, und die Elementdrehachsen der Leitelemente sind entlang der Leitfläche quer zu den Rotorachsen mit zumindest einem Leitelementabstand voneinander beabstandet.

[24] Der Leitelementabstand benachbarter Elementdrehachsen kann für alle Leitelemente identisch oder voneinander unterschiedlich sein. Der Leitelementabstand kann so groß gewählt sein, dass zwischen benachbarten Leitelementen bei jedem Anstellwinkel eine Öffnung verbleibt. Der Leitelementabstand ist bevorzugt kleiner oder gleich einer Länge der Leitelemente entlang der Leitfläche quer zu den Rotorachsen, sodass eine Öffnung zwischen benachbarten Leitelementen durch eine geeignete Einstellung ihrer Anstellwinkel verschließbar ist, wobei die benachbarten Leitelemente insbesondere einander überlappen können, beispielsweise auf zumindest einem Viertel, einem Drittel oder einer Hälfte der Länge der Leitelemente überlappen können.

[25] Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung sind die Elementdrehachsen vorzugsweise vertikal ausgerichtet und entlang der Leitfläche horizontal voneinander beabstandet.

[26] Dadurch, dass die Elementdrehachsen voneinander beabstandet sind, sind Öffnungen zwischen den einzelnen Leitelementen vorgesehen, sodass Fluid, das von den Rotoren an deren Innenseite in Anströmrichtung hinter die Leitflächen transportiert wurde, durch die Öffnungen austreten kann. Dadurch wird verhindert, dass hinter den Leitflächen ein Überdruck entsteht, der die Bewegung der Rotoren behindern könnte.

[27] Weiterhin kann das Fluid durch die Öffnungen von vor den Leitflächen vorbeiströmendem Fluid wie bei einer Wasserstrahlpumpe aus dem Bereich hinter den Leitflächen herausgesogen werden, sodass hinter den Leitflächen ein Unterdrück entsteht, der die Rotoren zusätzlich antreibt. Vorzugsweise entstehen durch die von den Leitflächen verursachten Druckunterschiede Strömungswirbel um die Rotorachsen, insbesondere innerhalb der Rotoren, denen kinetische Energie entzogen werden kann, indem sie die Rotoren zusätzlich antreiben.

[28] Dadurch, dass die Leitelemente drehbar sind, können die Öffnungsflächen der Öffnungen zwischen den Leitelementen und die Anstellwinkel der Leitelemente gegenüber der Anströmrichtung, beispielsweise abhängig von einer Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung, so eingestellt werden, dass zum effizienten Antrieb der Rotoren optimale Druck- und Strömungsverhältnisse hinter den Leitelementen geschaffen werden. Insbesondere können die Leitelemente bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung in eine Durchlass- Konfiguration gedreht werden, in der die Fluidströmung die Leitflächen mit geringem Strömungswiderstand passieren kann, so dass das Strömungsleitsystem nicht durch eine zu hohe darauf einwirkende Windlast beschädigt wird. Bei geeigneter aerodynamischer Ausgestaltung der Leitelemente können die Leitelemente sogar einen der Windlast entgegenwirkenden Auftrieb erzeugen. Durch die drehbaren Leitelemente ist also ein besonders sicherer Betrieb möglich.

[29] Für besonders umfassende Einstellmöglichkeiten sind die Leitelemente vorzugsweise voneinander unabhängig um ihre Elementdrehachsen drehbar. Für eine besonders effiziente Ablenkung der Fluidströmung kann es beispielsweise vorteilhaft sein, die Leitelemente mit einem in Strömungsrichtung zunehmenden Anstellwinkel auszurichten.

[30] Die Leitelemente sind vorzugsweise zur Einstellung des zumindest einen Leitelementabstands entlang der Leitfläche quer zu den Rotorachsen verschieblich mit dem zumindest einen Leitelementrahmen verbunden. Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung sind die Elementdrehachsen vorzugsweise entlang der Leitfläche horizontal verschieblich mit dem zumindest einen Leitelementrahmen verbunden.

[31] Die verschiebliche Verbindung, beispielsweise über ein Schienensystem, erlaubt es vorteilhafterweise eine Öffnungsfläche von Öffnungen zwischen den Leitelementen unabhängig vom Anstellwinkel der Leitelemente gegenüber der Anströmrichtung einzustellen.

[32] Die linke Leitfläche und die rechte Leitfläche schließen vorzugsweise in einer quer zu den Rotorachsen ausgerichteten Ebene einen Öffnungswinkel von beispielsweise 0° bis 180°, insbesondere 45° bis 135°, bevorzugt 60° bis 120°, ein, wobei bevorzugt der zumindest eine Leitelementrahmen der linken Leitfläche und/oder der rechten Leitfläche zur Einstellung des Öffnungswinkels an einer Lagervorrichtung um eine entlang der Rotorachsen ausgerichtete Drehachse gegenüber den Rotoren drehbar gelagert ist. Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung liegt der Öffnungswinkel vorzugsweise in einer horizontalen Ebene, und die Drehachse ist vorzugsweise vertikal ausgerichtet.

[33] In einer Ausgestaltung des Strömungsleitsystems mit nur einer Leitfläche bezeichnet der Begriff „Öffnungswinkel“ das Doppelte des Anstellwinkels zwischen der Leitfläche und der Anströmrichtung. Das heißt, bei einer Ausrichtung der Leitfläche entlang der Anströmrichtung betragen Anstellwinkel und Öffnungswinkel jeweils 0°, bei einer Ausrichtung der Leitfläche quer zur Anströmrichtung beträgt der Anstellwinkel 90° und der Öffnungswinkel 180°.

[34] Durch eine Einstellung des Öffnungswinkels kann vorteilhafterweise die Größe des Anteils der Rotoren eingestellt werden, der durch die Leitflächen von einer direkten Anströmung durch die Fluidströmung in Anströmrichtung abgeschirmt wird, sodass die Rotoren mehr oder weniger stark angetrieben werden. So kann beispielsweise eine Rotationsfrequenz der Rotoren auf einen zur effizienten Stromerzeugung optimalen Wert eingestellt werden. Insbesondere können die Rotoren bei einem ausreichend großen Öffnungswinkel vollständig abgeschirmt werden, beispielsweise um sie zu Wartungszwecken anzuhalten oder vor einer zu hohen Strömungsgeschwindigkeit zu schützen.

[35] Der zumindest eine Leitelementrahmen der linken Leitfläche und/oder der rechten Leitfläche ist vorzugsweise zur Einstellung eines Leitflächenabstands der jeweiligen Leitfläche von dem zugehörigen Rotor an einer Lagervorrichtung entlang der Anströmrichtung gegenüber dem zugehörigen Rotor verschieblich gelagert. Durch eine Einstellung des Leitflächenabstands kann, insbesondere abhängig von einer Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung und/oder von einem Öffnungswinkel der Leitflächen, eine verlustarme, insbesondere turbulenzarme, Übertragung der Fluidströmung von den Leitflächen auf die Rotoren sichergestellt werden.

[36] Zwischen der linken Leitfläche und der rechten Leitfläche ist vorzugsweise ein Eintrittsspalt für die Fluidströmung mit einer quer zur Anströmrichtung und zu den Rotorachsen ausgerichteten Eintrittsbreite angeordnet, wobei bevorzugt der zumindest eine Leitelementrahmen der linken Leitfläche und/oder der rechten Leitfläche zur Einstellung der Eintrittsbreite an einer Lagervorrichtung quer zur Anströmrichtung und zu den Rotorachsen gegenüber den Rotoren verschieblich gelagert ist.

[37] In einer Ausgestaltung des Strömungsleitsystems mit nur einer Leitfläche ist der Eintrittsspalt vorzugsweise zwischen der Leitfläche und einem quer zur Anströmrichtung und zur Rotorachse neben der Leitfläche angeordneten Strömungshindernis für die Fluidströmung, beispielsweise einer Gebäudewand, einem Gebäudedach, einem Untergrund der Strömungskraftanlage und/oder einem Gewässerbett eines Gewässers, in dem die Strömungskraftanlage angeordnet ist.

[38] Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung liegt die Eintrittsbreite vorzugsweise quer zur Anströmrichtung in einer horizontalen Ebene, und die linke Leitfläche und/oder rechte Leitfläche ist vorzugsweise quer zur Anströmrichtung horizontal gegenüber den Rotoren verschieblich gelagert.

[39] Durch den Eintrittsspalt mit einstellbarer Breite kann ein variabler Anteil der Fluidströmung an die Innenseite der Rotoren gelangen, beispielsweise um deren Rotationsfrequenz optimal einzustellen.

[40] Der Eintrittsspalt ist vorzugsweise zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von einem Vorflügel überdeckt, wobei der Vorflügel entgegen der Anströmrichtung mit einem Vorflügelabstand von den Leitflächen beabstandet ist. [41] Zwischen einem derart angeordneten Vorflügel und den Leitflächen kann Fluid, das von den Rotoren an deren Innenseite in Anströmrichtung hinter die Leitflächen transportiert wurde, austreten. Dadurch wird wie durch die Öffnungen zwischen den Leitelementen verhindert, dass hinter den Leitflächen ein die Rotoren bremsender Überdruck entsteht. Idealerweise wird hinter den Leitflächen ein Unterdrück erzeugt, der die Rotoren zusätzlich antreibt.

[42] Der Vorflügel ist vorzugsweise durch eine Einstellvorrichtung zur Einstellung des Vorflügelabstands entlang der Anströmrichtung gegenüber den Leitflächen verschieblich, sodass vorteilhafterweise hinter den Leitflächen für einen effizienten Antrieb der Rotoren optimale Druck- und Strömungsverhältnisse eingestellt werden können.

[43] Der Vorflügel hat bevorzugt in einer quer zu den Rotorachsen ausgerichteten Schnittebene ein um eine entlang der Rotorachsen ausgerichtete Achse gebogenes Profil, das insbesondere wie bei einem Vorflügel einer Tragfläche eines Flugzeugs ausgestaltet sein kann. Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung ist die Schnittebene vorzugsweise horizontal ausgerichtet und das Profil vorzugsweise um eine vertikale Achse gebogen.

[44] Durch einen gebogenen Vorflügel kann die Strömung besonders effizient, insbesondere ohne Turbulenzen, abgelenkt werden.

[45] Das Strömungsleitsystem umfasst vorzugsweise zumindest eine motorisierte Antriebsvorrichtung, bevorzugt mit einer Überlastsicherung, zur Einstellung und bevorzugt zur Arretierung des zumindest einen Anstellwinkels der Leitelemente, des zumindest einen Leitelementabstands der Leitelemente, des Leitflächenabstands zumindest einer Leitfläche von dem zugehörigen Rotor, des Öffnungswinkels der Leitflächen, der Eintrittsbreite des Eintrittsspalts zwischen den Leitflächen und/oder des Vorflügelabstands des Vorflügels von den Leitflächen.

[46] Mit Hilfe der motorisierten Antriebsvorrichtung, die beispielsweise zumindest einen Elektromotor umfassen kann, können die genannten Größen auf einfache Weise, insbesondere automatisiert, eingestellt werden.

[47] Die Antriebsvorrichtung erlaubt vorzugsweise eine passive Arretierung ohne Energieaufnahme, beispielsweise durch eine mechanische Sperre und/oder ein Sperrgetriebe. Dadurch wird der Energieverbrauch der Antriebsvorrichtung minimiert.

[48] Die Überlastsicherung, die beispielsweise eine Rutschkupplung und/oder eine Sperrkörperkupplung umfassen kann, verhindert vorteilhafterweise eine Beschädigung des Strömungsleitsystems, beispielsweise durch eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung.

[49] Das Strömungsleitsystem umfasst vorzugsweise zumindest ein Sensorsystem zur Vermessung der Fluidströmung und zumindest eine kommunikativ mit dem Sensorsystem und der zumindest einen Antriebsvorrichtung verbundene Steuervorrichtung zur automatischen Auswertung von Messdaten des Sensorsystems und zur automatischen Steuerung der zumindest einen Antriebsvorrichtung abhängig von den Messdaten.

[50] Das Sensorsystem umfasst vorzugsweise zumindest einen Sensor zur Messung einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder Strömungsrichtung der Fluidströmung. Die Steuervorrichtung umfasst vorzugsweise ein Computergerät, dass beispielsweise lokal in dem Strömungsleitsystem und/oder entfernt davon angeordnet sein kann.

Das Computergerät kann beispielsweise ein in dem Strömungsleitsystem eingebettetes Computersystem (Embedded PC) und/oder einen Netzwerkserver umfassen.

[51] Mit Hilfe des Sensorsystems und der Steuervorrichtung kann das Strömungsleitsystem automatisch an die Fluidströmung angepasst werden, um auch bei wechselnden Strömungsverhältnissen jederzeit einen effizienten Antrieb der Rotoren sicherzustellen.

[52] Das Strömungsleitsystem umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von entlang der Rotorachsen, insbesondere vertikal, übereinander angeordneten Leitflächen, wobei die Öffnungswinkel zwischen quer zur Anströmrichtung nebeneinander angeordneten Leitflächen, die Eintrittsbreiten des Eintrittsspalts zwischen quer zur Anströmrichtung nebeneinander angeordneten Leitflächen und/oder die Vorflügelabstände des Vorflügels von quer zur Anströmrichtung nebeneinander angeordneten Leitflächen für die übereinander angeordneten Leitflächen bevorzugt voneinander unabhängig einstellbar sind.

[53] Wenn eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Leitflächen vorgesehen ist, können die einzelnen Leitflächen kleiner und leichter ausgeführt und somit einfacher zu produzieren, montieren und haltern sein.

[54] Häufig ist eine Strömungsgeschwindigkeit einer Fluidströmung entlang der Rotorachsen nicht homogen, sondern hängt beispielsweise von einer vertikalen Höhe über einem Boden ab. Durch eine Mehrzahl von übereinander angeordneten Leitflächen können auch bei einer nicht homogenen Strömungsgeschwindigkeit überall ideale Druck- und Strömungsverhältnisse für einen effizienten Antrieb der Rotoren eingestellt werden.

[55] Das Strömungsleitsystem umfasst vorzugsweise eine Mehrzahl von entlang der Rotorachsen, insbesondere vertikal, übereinander angeordneten Leitelementen, wobei die Anstellwinkel und/oder die Leitelementabstände der übereinander angeordneten Leitelemente bevorzugt voneinander unabhängig einstellbar sind.

[56] Aus der Mehrzahl von übereinander angeordneten Leitelementen ergeben sich die gleichen Vorteile wie aus der Mehrzahl von übereinander angeordneten Leitflächen.

[57] Die Leitelemente haben in einer quer zu den Rotorachsen ausgerichteten Schnittebene ein Tragflächenprofil mit einer der Fluidströmung entgegen ausgerichteten Profilnase, wobei eine Profiloberseite des Tragflächenprofils der entlang der Anströmrichtung anströmenden Fluidströmung abgewandt ist. Im Fall einer horizontalen Anströmrichtung ist die Schnittebene vorzugsweise horizontal ausgerichtet.

[58] Durch zumindest ein erfindungsgemäß ausgerichtetes Tragflächenprofil wird die Fluidströmung besonders effizient, insbesondere ohne Turbulenzen, abgelenkt, verdichtet und verstärkt, und das an den Leitelementen vorbeiströmende Fluid kann in Anströmrichtung hinter den Leitflächen an den Innenseiten der Rotoren einen Unterdrück erzeugen, der die Rotoren, insbesondere durch die Erzeugung von Strömungswirbeln um die Rotorachsen, vorzugsweise innerhalb der Rotoren, zusätzlich antreibt. Besonders vorteilhaft können bei zwei zueinander gegenläufigen Rotoren zwei zueinander gegenläufige Strömungswirbel entstehen, die sich gegenseitig verstärken können.

[59] Die Erfindung betrifft eine Strömungskraftanlage zur Energiegewinnung aus einer entlang einer Anströmrichtung anströmenden Fluidströmung mit zumindest einem linken Rotor mit einer quer zur Anströmrichtung ausgerichteten linken Rotorachse und vorzugsweise zumindest einem quer zur Anströmrichtung und zur linken Rotorachse neben dem linken Rotor angeordneten rechten Rotor mit einer entlang der linken Rotorachse ausgerichteten rechten Rotorachse. Die Strömungskraftanlage kann insbesondere eines oder mehrere der Merkmale der in DE 102014 007206 A1 beschriebenen Windkraftanlage aufweisen.

[60] Die Strömungskraftanlage umfasst ein erfindungsgemäßes Strömungsleitsystem zur Ablenkung eines auf die Innenseite(n) des Rotors oder der Rotoren gerichteten Anteils der Fluidströmung auf die Außenseite(n) des Rotors oder der Rotoren, wobei die zumindest eine linke Leitfläche des Strömungsleitsystems zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des linken Rotors angeordnet ist, und vorzugsweise die zumindest eine rechte Leitfläche des Strömungsleitsystems zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des rechten Rotors angeordnet ist.

[61] Durch die Ausstattung der Strömungskraftanlage mit dem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem ergeben sich die zum erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem beschriebenen Ausgestaltungsmöglichkeiten und Vorteile.

[62] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung anströmenden Fluidströmung mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem auf eine Strömungskraftanlage mit zumindest einem linken Rotor mit einer quer zur Anströmrichtung ausgerichteten linken Rotorachse und vorzugsweise zumindest einem quer zur Anströmrichtung und zur linken Rotorachse neben dem linken Rotor angeordneten rechten Rotor mit einer entlang der linken Rotorachse ausgerichteten rechten Rotorachse. Die Strömungskraftanlage kann insbesondere eines oder mehrere der Merkmale der in DE 102014007206 A1 beschriebenen Windkraftanlage aufweisen.

[63] Das Strömungsleitsystem wird erfindungsgemäß zur Ablenkung eines auf die Innenseite(n) des Rotors oder der Rotoren gerichteten Anteils der Fluidströmung auf die Außenseite(n) des Rotors oder der Rotoren verwendet, wobei die zumindest eine linke Leitfläche des Strömungsleitsystems zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des linken Rotors verwendet wird, und wobei vorzugsweise die zumindest eine rechte Leitfläche des Strömungsleitsystems zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite des rechten Rotors verwendet wird.

[64] Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Strömungsleitsystems ergeben sich die zum erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem beschriebenen Ausgestaltungsmöglichkeiten und Vorteile.

[65] Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise ein Einstellen einer Rotationsfrequenz des Rotors oder der Rotoren mit dem Strömungsleitsystem, insbesondere durch ein Einstellen des zumindest einen Anstellwinkels der Leitelemente, des zumindest einen Leitelementabstands der Leitelemente, des Leitflächenabstands zumindest einer Leitfläche von dem zugehörigen Rotor, des Öffnungswinkels der Leitflächen, der Eintrittsbreite des Eintrittsspalts zwischen den Leitflächen und/oder des Vorflügelabstands des Vorflügels von den Leitflächen. Dadurch kann die Rotationsfrequenz weitgehend unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung auf einen zur effizienten Stromerzeugung optimalen Wert eingestellt werden.

[66] Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise ein Verdichten und/oder Verstärken der Fluidströmung durch das Strömungsleitsystem an der Außenseite des Rotors oder den Außenseiten der Rotoren.

[67] Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise ein Erzeugen eines Unterdrucks zwischen der zumindest einen Leitfläche und dem Rotor oder den Rotoren durch das Strömungsleitsystem.

[68] Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst vorzugsweise ein Generieren zumindest eines den Rotor oder die Rotoren antreibenden Strömungswirbels durch das Strömungsleitsystem.

[69] Durch die vorgenannten Ausgestaltungen wird, wie im Detail schon zum erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem beschrieben, eine besonders effiziente Nutzung der Energie der Fluidströmung zum Antrieb des Rotors oder der Rotoren bewirkt.

Weitere Vorteile der Erfindung

[70] Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein steuerbares Strömungsleitsystem zur Effizienzsteigerung von Energieanlagen mit vertikaler Rotorachse (Wind- oder Wasserkraftanlagen). Insbesondere aber Energieanlagen mit zwei zueinander gegenläufigen, vertikalachsigen Rotoren, wie sie auch aus der Druckschrift DE 10 2014007206 A1 bekannt sind.

[71] Das Strömungsleitsystem besteht in einer Ausgestaltung im Wesentlichen aus mehreren nebeneinander und übereinander angeordneten, steuerbaren, aerodynamisch geformten Leitelementen (oder Profilen) innerhalb eines Leitelementrahmens (oder Rahmengestells), welches ebenfalls steuerbar ist. Die Winkelstellung der einzelnen Profile und des Rahmengestells ist dabei von den individuellen Strömungsverhältnissen (insbesondere von der Strömungsgeschwindigkeit) vor Ort abhängig.

[72] Ein Ziel ist es, die Effizienz und Wettbewerbsfähigkeit von Energieanlagen mit vertikaler Rotorachse gegenüber marktüblichen Anlagen zu erhöhen.

[73] Erreicht wird dies insbesondere, indem die Anteile der Strömung, die normalerweise entgegen der Laufrichtung auf den Rotor oder die Rotoren treffen und dessen Effizienz schmälern würden, stattdessen auf die mit der Strömung laufende Seite des Rotors oder der Rotoren abgelenkt werden.

[74] Vorzugsweise wird die Strömung nicht nur auf die mit der Strömung laufende Seite des Rotors oder der Rotoren optimal abgelenkt, sondern auch nach Bedarf verdichtet und verstärkt, was ebenfalls zu einer Effizienzsteigerung führt.

[75] Des Weiteren können durch von dem Strömungsleitsystem erzeugte Druckunterschiede und durch die Bewegung des Rotors oder der Rotoren die aus der Strömungslehre bekannten Strömungswirbel um die Rotorachse(n) erzeugt werden. Die kinetische Energie dieser Strömungswirbel kann dann zusätzlich genutzt werden und den Rotor oder die Rotoren weiter antreiben, was noch einmal zu einer Steigerung der Effizienz führt.

[76] Mit Hilfe des Strömungsleitsystems kann eine Drehzahl des Rotors oder der Rotoren weitgehend unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der auf das Strömungsleitsystem treffenden Fluidströmung auf einen für eine effiziente Stromerzeugung optimalen Wert eingestellt werden.

[77] Insbesondere können die Leitelemente bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung in eine Durchlass-Konfiguration gedreht werden, in der die Fluidströmung die Leitflächen mit geringem Strömungswiderstand passieren kann, so dass das Strömungsleitsystem, insbesondere ein das Strömungsleitsystem tragender Mast, nicht durch eine zu hohe darauf einwirkende Windlast beschädigt wird. Bei geeigneter aerodynamischer Ausgestaltung der Leitelemente können die Leitelemente sogar einen der Windlast entgegenwirkenden Auftrieb erzeugen. Durch die drehbaren Leitelemente ist also ein besonders sicherer Betrieb des Strömungsleitsystems und einer damit ausgestatteten Strömungskraftanlage möglich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[78] Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung und anliegender Zeichnungen erläutert, in welchen beispielhaft erfindungsgemäße Gegenstände dargestellt sind. Merkmale, welche in den Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei diese Merkmale nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.

[79] Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem. [80] Figur 2 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage aus Figur 1 mit einer die Strömungskraftanlage antreibenden Fluidströmung.

[81] Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem mit einem Vorflügel.

[82] Figur 4 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage aus Figur 1 in einer Durchfluss-Konfiguration.

[83] Figur 5 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage aus Figur 1 in einer Brems-Konfiguration.

[84] Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage mit nur einem Rotor und mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem.

[85] Figur 7 zeigt eine perspektivische, schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem mit mehreren übereinander angeordneten Leitflächen.

Fig.1

[86] Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage 200 mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem 100.

[87] Die Strömungskraftanlage 200 ist zur Energiegewinnung aus einer entlang einer, beispielsweise horizontalen, Anströmrichtung A anströmenden Fluidströmung, insbesondere Wind, ausgelegt und umfasst einen linken Rotor 210 mit einer quer zur Anströmrichtung A, insbesondere vertikal, ausgerichteten linken Rotorachse 211 und einem quer zur Anströmrichtung A und zur linken Rotorachse 211 neben dem linken Rotor 210 angeordneten rechten Rotor 220 mit einer entlang der linken Rotorachse 211 ausgerichteten rechten Rotorachse 221.

[88] Das Strömungsleitsystem 100 und die Rotoren 210, 220 können an einem Zentralträger 230 um den Zentralträger 230 drehbar gelagert sein, um die Strömungskraftanlage 200 zur Anströmrichtung A ausrichten zu können. Eine solche drehbare Lagerung ist beispielsweise in der Druckschrift DE 102014007206 A1 detailliert beschrieben.

[89] Das Strömungsleitsystem 100 ist zur Ablenkung eines auf die aufeinander zugewandten Innenseiten 201 der Rotoren 210, 220 gerichteten zentralen Anteils der Fluidströmung auf die voneinander abgewandten Außenseiten 202 der Rotoren 210, 220 ausgelegt.

[90] Das Strömungsleitsystem 100 umfasst eine linke Leitfläche 110 zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite 202 des linken Rotors 210 und eine quer zur Anströmrichtung A und den Rotorachsen 211, 212, insbesondere horizontal, neben der linken Leitfläche 110 angeordnete rechte Leitfläche 120 zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite 202 des rechten Rotors 220.

[91] Das Strömungsleitsystem 100 umfasst eine Mehrzahl von Leitelementen 140, die als jeweils eine der Leitflächen 110, 120 Zusammenwirken, und jeweils einen die Leitelemente 140 tragenden Leitelementrahmen 130, der beispielsweise ein im Wesentlichen rechteckiges Rahmengestell umfassen kann. Das Strömungsleitsystem 100 umfasst beispielsweise zwei Leitelementrahmen 130, die jeweils eine Mehrzahl von, beispielsweise drei, Leitelementen 140 tragen, wobei die Leitelemente 140 jeweils eines Leitelementrahmens 130 als linke Leitfläche 110 und als rechte Leitfläche 120 Zusammenwirken.

[92] Die Leitflächen 110, 120 sind beispielsweise jeweils mit einem Leitelementabstand d, der für beide Leitflächen 110, 120 identisch oder voneinander verschieden sein kann, von dem zugehörigen Rotor 210, 220 beabstandet.

[93] Zumindest ein Leitelement 140 zumindest einer Leitfläche 110, 120, insbesondere jedes Leitelement 140, kann in einer quer zu den Rotorachsen 211, 221 ausgerichteten, insbesondere horizontalen, Schnittebene ein Tragflächenprofil mit einer der Fluidströmung entgegen ausgerichteten Profilnase 142 aufweisen, wobei eine Profiloberseite 143 des Tragflächenprofils vorzugsweise der entlang der Anströmrichtung A anströmenden Fluidströmung abgewandt ist.

[94] Die Leitelemente 140 sind jeweils zur Einstellung eines Anstellwinkels a der Leitelemente 140 gegenüber der Anströmrichtung A um eine entlang der Rotorachsen 211, 221 ausgerichtete, insbesondere vertikale, Elementdrehachse drehbar mit dem Leitelementrahmen 130 verbundenen.

[95] In Figur 1 ist der Übersichtlichkeit halber nur der Anstellwinkel a eines Leitelements 140 gezeigt. Erfindungsgemäß können die übrigen Leitelemente 140 mit dem gleichen Anstellwinkel a oder mit voneinander verschiedenen Anstellwinkeln a ausrichtbar sein. Die Leitelemente 140 können beispielsweise mit einem in Strömungsrichtung zunehmenden Anstellwinkel a ausgerichtet sein. [96] Die Elementdrehachsen 141 der Leitelemente 140 sind entlang der Leitfläche 110 120 quer zu den Rotorachsen 211, 221, insbesondere horizontal, mit einem Leitelementabstand a voneinander beabstandet. In Figur 1 ist der Übersichtlichkeit halber nur ein Leitelementabstand a gezeigt. Erfindungsgemäß können die Abstände der Elementdrehachsen 141 der übrigen Leitelemente 140 identisch zu dem gezeigten Leitelementabstand a oder davon verschieden sein.

[97] Die linke Leitfläche 110 und die rechte Leitfläche 120 schließen in einer quer zu den Rotorachsen 211, 221 ausgerichteten, insbesondere horizontalen, Ebene einen Öffnungswinkel ß ein, der bevorzugt variabel, beispielsweise von 45° bis 135°, einstellbar, ist.

[98] Der eine Leitelementrahmen 130 der linken Leitfläche 110 und/oder der rechten Leitfläche 120 ist vorzugsweise zur Einstellung des Öffnungswinkels ß an einer Lagervorrichtung (nicht dargestellt) um eine entlang der Rotorachsen 211, 221, insbesondere vertikal, ausgerichtete Drehachse gegenüber den Rotoren 210, 220 drehbar gelagert.

[99] Zwischen der linken Leitfläche 110 und der rechten Leitfläche 120 kann ein Eintrittsspalt 116 für die Fluidströmung mit einer quer zur Anströmrichtung A und zu den Rotorachsen 211, 221, beispielsweise horizontal, ausgerichteten Eintrittsbreite angeordnet sein.

Fig.2

[100] Figur 2 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage 200 aus Figur 1.

[101] Zur Verdeutlichung der Funktion des Strömungsleitsystems 100 sind in Figur 2 zusätzlich die Fluidströmung und eine davon angetriebene Rotation der Rotoren 210, 220 durch Pfeile skizziert. Damit Figur 2 nicht zu unübersichtlich wird, wurden gegenüber Figur 1 einige Bezugszeichen weggelassen.

[102] Ein zentraler, auf die aufeinander zugewandten Innenseiten 201 der Rotoren 210, 220 gerichteter Teil der Fluidströmung wird von den Leitflächen 110, 120 auf die voneinander abgewandten Außenseiten 202 der Rotoren 210, 220 gelenkt und verdichtet.

[103] Die auf die Außenseiten 202 der Rotoren 210, 220 treffende, verdichtete Fluidströmung treibt die Rotoren 210, 220 zu einer zueinander gegenläufigen Rotation um die jeweiligen Rotorachse 211, 221 an. [104] Die an den der Anströmrichtung A entgegengewandten Seiten der Leitelemente 140 vorbeiströmende Fluidströmung saugt durch die Öffnungen zwischen den Leitelementen 140, insbesondere unterstützt durch ein Tragflächenprofil der Leitelemente 140, Fluid aus dem Zwischenraum 240 zwischen den Leitflächen 110, 120 und den Rotoren 210, 220 heraus.

[105] Der dadurch in dem Zwischenraum 240 entstehende Unterdrück sorgt dafür, dass weiteres Fluid von den Innenseiten 201 der Rotoren 210, 220 in den Zwischenraum 240 nachströmt und dabei die Rotoren 210, 220 zusätzlich antreibt. Dabei können insbesondere zueinander gegenläufige Strömungswirbel um die Rotorachsen 211,

221 entstehen, die zusätzliche Bewegungsenergie an die Rotoren 210, 220 übertragen können.

Fig.3

[106] Figur 3 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage 200 mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem 100.

[107] Das in Figur 3 gezeigte Strömungsleitsystem 100 unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten Strömungsleitsystem 100 darin, dass der Eintrittsspalt 116 zwischen der linken Leitfläche 110 und der rechten Leitfläche 120 zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von einem Vorflügel 117 überdeckt ist, wobei der Vorflügel 117 entgegen der Anströmrichtung A mit einem Vorflügelabstand von den Leitflächen 110, 120 beabstandet ist, sodass zwischen dem Vorflügel 117 und den Leitflächen 110, 120 Fluid aus dem Zwischenraum 240 zwischen Leitflächen 110,

120 und Rotoren 210, 220 austreten kann.

[108] Der Vorflügel 117 hat bevorzugt in einer quer zu den Rotorachsen 211, 221 ausgerichteten, insbesondere horizontalen, Schnittebene ein um eine entlang der Rotorachsen 211, 221 ausgerichtete, insbesondere vertikale, Achse gebogenes Profil, insbesondere ein aus dem Tragflächenbau bekanntes Vorflügelprofil.

Fig.4

[109] Figur 4 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage 200 aus Figur 1 in einer Durchfluss-Konfiguration des Strömungsleitsystems 100, wobei wie in Figur 2 die Fluidströmung und die Rotation der Rotoren 210, 220 durch Pfeile skizziert sind.

[110] Im Unterschied zu Figur 2 haben die Leitelemente 140 in Figur 4 einen geringeren Anstellwinkel a zu der Anströmrichtung A der Fluidströmung. Dadurch kann ein Teil der Fluidströmung zwischen den Leitelementen 140 hindurch und durch den Zwischenraum 240 zwischen Leitflächen 110, 120 und Rotoren 210, 220 direkt an die Innenseiten 201 der Rotoren 210, 220 gelangen, wodurch die Rotoren 210, 220 weniger stark angetrieben werden als in der in Figur 2 gezeigten Stellung der Leitelemente 140.

[111] Ein weniger starker Antrieb der Rotoren 210, 220 kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn eine Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung so hoch ist, dass die in Figur 2 gezeigte Stellung der Leitelemente 140 zu einer ineffizienten Energiegewinnung, einer Beschädigung der Rotoren 210, 220 oder einer Überlastung eines durch die Rotoren angetriebenen Generators führen könnte.

Fig.5

[112] Figur 5 zeigt einen weiteren schematischen Querschnitt der Strömungskraftanlage 200 aus Figur 1 in einer Brems-Konfiguration des Strömungsleitsystems 100, wobei wie in Figur 2 die Fluidströmung und die Rotation der Rotoren 210, 220 durch Pfeile skizziert sind.

[113] Im Verhältnis zu Figur 4 haben die Leitelemente 140 in Figur 5 einen noch geringeren, insbesondere negativen, Anstellwinkel a zu der Anströmrichtung A der Fluidströmung. Dadurch wird ein größerer Teil der Fluidströmung zwischen den Leitelementen 140 hindurch und durch den Zwischenraum 240 zwischen Leitflächen 110, 120 und Rotoren 210, 220 direkt an die Innenseiten 201 der Rotoren 210, 220 gelenkt, wodurch die Rotoren 210, 220, insbesondere bis zum Stillstand, abgebremst werden können.

[114] Ein solches Abbremsen der Rotoren 210, 220 kann beispielsweise zum Schutz der Rotoren 210, 220 vor Beschädigung durch eine zu hohe Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung und/oder für Wartungsarbeiten vorteilhaft sein.

Fig.6

[115] Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage 200 mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem 100 zur Leitung einer entlang einer Anströmrichtung A anströmenden Fluidströmung auf die Strömungskraftanlage 200.

[116] Die Strömungskraftanlage umfasst einen linken Rotor 210 mit einer quer zur Anströmrichtung A ausgerichteten linken Rotorachse 211, aber im Gegensatz zur in Figur 1 gezeigten Strömungskraftanlage 200 keinen rechten Rotor. [117] Das Strömungsleitsystem 100 ist zur Ablenkung eines auf eine gegen die Anströmrichtung A laufende Innenseite 201 des linken Rotors 210 gerichteten Anteils der Fluidströmung auf eine mit der Anströmrichtung laufende Außenseite 202 des linken Rotors 210 ausgelegt.

[118] Das Strömungsleitsystem 100 umfasst eine linke Leitfläche 110 zur Leitung der Fluidströmung auf die Außenseite 202 des linken Rotors 210.

[119] Anstelle einer rechten Leitfläche und einem rechten Rotor ist quer zur Anströmrichtung A und zur linken Rotorachse 211 neben der linken Leitfläche 110 und dem linken Rotor 210, insbesondere horizontal daneben, beispielsweise ein Strömungshindernis 250, insbesondere eine Gebäudewand, angeordnet.

[120] Zwischen der linken Leitfläche 110 und dem Strömungshindernis 250 kann ein Eintrittsspalt 116 für die Fluidströmung mit einer quer zur Anströmrichtung A und zu der linken Rotorachse 211, beispielsweise horizontal, ausgerichteten Eintrittsbreite angeordnet sein.

[121] Die linke Leitfläche 110 kann im Wesentlichen genau so aufgebaut sein, wie die linke Leitfläche 110 des Strömungsleitsystems 100 aus Figur 1, wobei der Leitelementrahmen 130 beispielsweise um eine zu der linken Rotorachse 211 im Wesentlichen parallelen, insbesondere vertikale, Achse konvex auf die Anströmrichtung A zu gewölbt sein kann.

[122] Zur Verdeutlichung der Funktion des Strömungsleitsystems 100 sind in Figur 6 wie in Figur 2 zusätzlich die Fluidströmung und eine davon angetriebene Rotation des linken Rotors durch Pfeile skizziert.

[123] Ein auf die gegen die Anströmrichtung A laufende Innenseite 201 des linken Rotors

210 gerichteter Teil der Fluidströmung wird von der linken Leitfläche 110 auf die mit der Anströmrichtung A laufende Außenseite 202 des linken Rotors 210 gelenkt und verdichtet.

[124] Die auf die Außenseite 202 des linken Rotors 210 treffende, verdichtete Fluidströmung treibt den linken Rotor 210 zu einer Rotation um die linke Rotorachse

211 an.

[125] Die an den der Anströmrichtung A entgegengewandten Seiten der Leitelemente 140 vorbeiströmende Fluidströmung saugt durch die Öffnungen zwischen den Leitelementen 140, insbesondere unterstützt durch ein Tragflächenprofil der Leitelemente 140, Fluid aus dem Zwischenraum 240 zwischen der linken Leitfläche 110, dem linken Rotor 210 und dem Strömungshindernis 250 heraus.

[126] Der dadurch in dem Zwischenraum 240 entstehende Unterdrück sorgt dafür, dass weiteres Fluid von der Innenseite 201 des linken Rotors 210 in den Zwischenraum 240 nachströmt und dabei den linken Rotor 210 zusätzlich antreibt. Dabei kann insbesondere ein Strömungswirbel um die linke Rotorachse 211 entstehen, der zusätzliche Bewegungsenergie an den Rotor 210 übertragen kann.

Fig.7

[127] Figur 7 zeigt eine perspektivische, schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Strömungskraftanlage 200 mit einem erfindungsgemäßen Strömungsleitsystem 100. Die Strömungskraftanlage 200 und das Strömungsleitsystem 100 können im Wesentlichen so aufgebaut sein, wie in Figur 1 dargestellt.

[128] Die Strömungskraftanlage 200 kann jeweils eine Mehrzahl von, beispielsweise zwei, entlang der Rotorachsen 221, 222 übereinander angeordneten linken Rotoren 210 und rechten Rotoren 220 umfassen.

[129] Entsprechend kann das Strömungsleitsystem 100 eine Mehrzahl von, beispielsweise zwei, entlang der Rotorachsen 221, 222 übereinander angeordneten linken Leitflächen 110 und rechten Leitflächen 120 umfassen.

[130] Vorzugsweise sind die Öffnungswinkel zwischen quer zur Anströmrichtung nebeneinander angeordneten Leitflächen 110, 120 und/oder die Anstellwinkel der übereinander angeordneten Leitelemente 140 für die übereinander angeordneten Leitflächen 110, 120 voneinander unabhängig einstellbar. Dadurch kann das Strömungsleitsystem 100 vorteilhafterweis auf entlang der Rotorachse 221, 222 variable Strömungsverhältnisse eingestellt werden. Beispielsweise kann die Fluidströmung an einer weiter von einem Untergrund der Strömungskraftanlage 200 entfernten Bereich der Strömungskraftanlage 200 stärker sein als in der Nähe des Untergrunds.

Liste der Bezugszeichen

100 Strömungsleitsystem 202 Außenseite

110 linke Leitfläche 210 linker Rotor

116 Eintrittsspalt 211 linke Rotorachse Vorflügel 220 rechter Rotor rechte Leitfläche 221 rechte Rotorachse Leitelementrahmen 230 Zentralträger Leitelement 240 Zwischenraum Elementdrehachse 250 Strömungshindernis Profilnase a Anstellwinkel Profiloberseite ß Öffnungswinkel Strömungskraftanlage a Leitelementabstand Innenseite A Anströmrichtung d Leitflächenabstand