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    • 专利摘要:

    公开号:WO1984002749A1
    申请号:PCT/CH1983/000147
    申请日:1983-12-20
    公开日:1984-07-19
    发明作者:Heinrich Ernst
    申请人:Heinrich Ernst；
    IPC主号:F03D3-00
    专利说明:
    [0001] Rotor mit durchströmtem Käfig und beweglichen Blättern für gasförmige und flüssige Medien
    [0002] Die Erfindung betrifft einen Rotor mit vertikaler Achse zur Gewinnung von mechanischer Energie aus der Strömung eines flüssigen oder gasförmigen Mediums. Sie baut im Innern des Käfigs aufgrund seiner besonderen Bauart einen Staudruck auf und verlässt den Rotor durch die Blätter der zwei im Lee liegenden Quadranten und überträgt dabei Energie auf den Käfig. Rotoren mit vertikaler Achse haben, verglichen mit horizontal drehenden, einen bescheidenen Wirkungsgrad, wie zum Beispiel derjenige von SAVONIUS. Jener von DARRIEUS hat zudem den Nachteil, dass er nicht selbststartend ist. Gegenüber den heute bekannten vertikal drehenden Rotoren erreicht er einen höheren Wirkungsgrad und kann konstruktiv für grosse überstrichene Flächen und hohe Strömungsgeschwindigkeiten ausgelegt werden. Er arbeitet stufenlos zwischen zwei Funktionszuständen, passt sich dem Energieangebot an und begrenzt den oberen Drehzahlbereich. Bei einem hohen Anlaufdrehmoment zeigt er ein beachtliches dynamisches Verhalten.
    [0003] Der Rotor besteht aus einem Käfig, der oben (Dach) und unten (Boden) abgeschlossen ist und dessen Mantel mit parallel zur zentralen Achse schwenkenden Blättern bestückt ist, die so dimensioniert sind, dass sie sich zwischen Dach und Boden und dem nächstfolgenden Blatt gerade frei bewegen können. Die Bewegungsfreiheit ist nach innen und nach aussen je durch ein Widerlager begrenzt. Das Innere liegt auf einer Geraden, die einen Winkel gleich ü° bis etwa 10° zur Verbindung Rotorzentrum-Blattachse und das Aeussere auf einer Geraden, die einen Winkel gleich etwa 5 - 10º zur Verbindung Blattachse-Blattachse einschliesst (Fig. A) . Die Achsen sind vom Rand des Daches und Bodens so weit gegen das Zentrum eingerückt, dass die ausgeschwenkten Blätter durch Dach und Boden gedeckt sind, und sie befinden sich randständig auf jener Seite der Blätter, nach welcher sich der Rotor dreht. Zur Beschreibung der funktioneilen Vorgänge bezeichnen wir, den Rotor von oben betrachtet, die der Strömung abgekehrte Seite des Rotors als Lee und die ihm zugekehrte Seite als Luv. Dieses liege bei 12 und das Lee bei 6, der erste Quadrant zwischen 12 und 3, der zweite zwischen 3 und 6 usw. Die Drehrichtung des Rotors sei im Uhrzeigersinn.
    [0004] Wird ein stehender Rotor umströmt, zeigt sich experimentell, dass sich die Blätter im ersten Quadranten an das innere Widerlager (Inversionsstellung), in den Quadranten 2 und 3 an das äussere Widerlager (Eversionsstellung) anlehnen und im vierten Quadranten parallel zur Strömung liegen (Fig. C). Aendert sich die Strömungsrichtung, so passt sich die obligate Stellung der Blätter simultan an. Das Medium strömt in dem Quadranten 4 und 1 in den Käfig ein, durchströmt ihn und verlässt ihn durch die Quadranten 2 und 3. Das Verhältnis der durchströmten Fläche (AperturaJ; beim Eintritt zu der beim Austritt ist grösser 1 und bestimmt die Grössenordnung des Staudruckes im Käfig. Uhregelmässige Strömungen werden dadurch aufgefangen und ausgeglichen auf die Blätter weitergegeben.
    [0005] Am drehenden Rotor resultiert die Stellung der Blätter aus der Wirkung des Gesamtdruckes innerhalb und ausserhalb des Käfigs, der auf sie wirkenden Zentrifugalkraft und der Lage der Widerlager und ist bei zwischenstellungen die vektorielle Summe dieser drei Kräfte.
    [0006] Bei höherem Blattgewicht ist die auf die Blätter wirkende Zentrifugalkraft proportional grösser, weshalb sie sich in den Quadranten 4 und 1 entsprechend früher an die äusseren Widerlager anlehnen und dadurch den Durchsatz der eintretenden Strömung entsprechend verringern. Sind die Blätter aller vier Quadranten in Eversionsstellung (Fig. B), nimmt der Rotor nur noch wenig Energie auf und hat nunmehr den oberen Drehzahlbereich erreicht.
    [0007] Die an den Blättern der Quadranten 2 und 3 geleistete Arbeit (dynamisch) wird durch das pro Zeiteinheit ausströmende Volumen und dessen Strömungsgeschwindigkeit und diese wiederum durch die Apertur in diesen Quadranten und dem dynamischen Druck im Käfig bestimmt. Ebenfalls Arbeit (volumetrisch) leistet das durch die Blätter in Inversionsstellung des ersten Quadranten einströmende Medium.
    [0008] Der übrige Teil umströmt den Rotor auf beiden Seiten und bestimmt dadurch den äusseren Örtlichen Gesamtdruck. Der am drehenden Rotor entstehende Magnuseffekt verkleinert bei zunehmender Drehzahl den statischen Druck bei 3 und vergrössert ihn bei 9 und unterstützt hier die erwünschte Stauwirkung. Bei 3 wird die Druckdifferenz zwischen dem Druck innerhalb und ausserhalb des Rotors vergrössert; dort ist auf die Blätter ein äusserer dynamischer Druck wegen ihrer Lage nicht mehr wirksam und deshalb wendet Blatt um Blatt aus der lnversionsin die Eversionsstellung.
    [0009] Beim Abheben vom Widerlager anfangs des 4. Quadranten werden die Blätter durch die Zentrifugalkraft gegen das einströmende Medium gedrückt, was deren Flattern am drehenden Rotor verhindert.
    [0010] Zusammen mit gitterförmigen Widerlagern können ultraleichte Blätter (Folien) verwendet werden, die nur noch eine strömungsweisende Funktion haben und den Druck auf das flächenhafte Widerlager übertragen.
    [0011] Experimentell lässt sich nachweisen, dass ein Rotor mit einer einzelnen Einheit Blatt/Widerlager zu drehen vermag, und zwei sich gegenüberliegende Einheiten drehen regelmässig und selbststartend. Da unter diesen umständen im Käfig kein Staudruck entsteht, nimmt ein solcher Rotor nur wenig Energie auf.
    [0012] Es können grundsätzlich zwei oder mehr Reihen Blätter im Käfig eingebaut werden; ihre Lage ist dann so, dass sie, ein- oder ausgeschwenkt, in der entsprechenden Flucht der Blätter der ersten Reihe liegen.
    [0013] Zur Abbremsung grösser Rotoren muss eine genügend grosse Luke im Boden oder Dach zur Entlastung des Staudruckes vorgesehen werden. Durch eine drehzahlgeregelte Oeffnung kann der obere Drehzahlbereich festgelegt werden.
    [0014] In öinem Rotor von gewisser Höhe sollten wegen den zu erwartenden unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten, Zwischenböden vorgesehen werden. Wünscht man eine veränderliche überstrichene Fläche, so wird in einzelne Rotoren mit abnehmbaren Radien so unterteilt, dass sie sich wie Körbe ineinanderschieben lassen.
    [0015] Aufgrund seiner besonderen Eigenschaften kann der Rotor zur Energiegewinnung aus Wind-, Fluss- und Gezeitenströmung, aber auch für besondere Technologien verwendet werden. Die Energie kann an der zentralen Achse oder peripher abgegriffen werden und eignet sich zur elektrischen (z.B. Produktion von Wasserstoff durch Elektrolyse) und mechanischen (z.B. Antrieb von Pumpen, Schiffen usw.) Energiegewinnung, oder als Antrieb von Spielzeugen (z.B. ferngesteuerte Katamarane, gefesselte Flugobjekte mit Horizontalrotor ausgerüstet).
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Rotor zur Erzeugung von Energie aus einer Strömung eines gasförmigen oder flüssigen Mediums, der im Luv in einem und, dank des dynamischen Druckes im Käfig, im Lee in 2 Quadranten Energie aufnimmt und durch die auf die Blätter wirkende Zentrifugalkraft eine charakteristische Drehzahlbegrenzung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sein Käfig oben durch ein Dach und unten durch einen Boden begrenzt ist und dessen Mantel mit ein- und ausschwenkenden Blättern ausgerüstet ist.
    2. Rotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die ausgeschwenkten Blätter im Lee dynamisch und die eingeschwenkten Blätter im Luv volumetrisch arbeiten-.
    3. Rotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel der Eversionsstellung so dimensioniert ist, dass im Käfig ein Staudruck entsteht.
    4. Rotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Dach oder Boden eine drehzahlgesteuerte Oeffnung angebracht werden kann.
    5. Rotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Dach oder Boden eine Luke zur Entlastung des Staudruckes eingebaut werden kann.
    6. Rotor nach Anspruch 1 dadruch gekennzeichnet, dass bei netzartigen und flächenförmigen Widerlagern ultraleichte Folien angewendet werden können.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    ES276725Y|1985-03-01|
    EP0132429A1|1985-02-06|
    PT77927A|1984-02-01|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1984-07-19| AK| Designated states|Designated state(s): AT AU BR CH DE DK FI GB HU JP KP LK LU MC MG MW NL NO RO SE SU US |
    1984-07-19| AL| Designated countries for regional patents|Designated state(s): BE CF CG CM FR GA MR SN TD TG |
    1986-01-09| REG| Reference to national code|Ref country code: DE Ref legal event code: 8642 |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CH10283||1983-01-09||AU23311/84A| AU2331184A|1983-01-09|1983-12-20|Rotor mit durchstromtem kafig und beweglichen blattern|
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