CZ303738B6 - Zarízení na vyuzití energie vetru - Google Patents

Abstract

Zarízení k vyuzití energie vetru je zalozeno na principu kmitajícího vodorovného krídla ulozeného na stabilním rámu. Krídlo (1) je upevneno na horním vahadle (6) paralelogramu (4), který je tvoren vahadly (6, 7) otocne ulozenými nad sebou na konci táhla (2), ulozeného v rámu suvne a otocne kolem svislé osy, a propojenými dvema svislými tycemi (8). Na paralelogramu (4) je vytvorena alespon jedna narázka (9), která v krajních polohách krídla (1) dosedá na v podstate vodorovný díl rámu (3).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení k využití energie větru na principu kmitajícího vodorovného křídla uloženého na stabilním rámu.

Dosavadní stav techniky

V současné době se získává energie z větru převážně ve větrných elektrárnách, které mají vrtuli s vodorovnou osou. Jejich nevýhodou je nezanedbatelná hlučnost a vysoká měrná pořizovací cena - Kč/kW, která strmě klesá s instalovaným výkonem, což v podstatě brání instalaci jednotek o nižším výkonu. Vrtule větrných elektráren má obvodovou rychlost v hodnotách až 80 m/s, což je několikanásobně vyšší rychlost než je obvyklá rychlost větru. Tím dochází k vysokému namáhání konstrukce, které se projeví v pořizovacích nákladech. Větrné vrtulové motory se vyznačují poměrně nízkou účinností, v ideálním případě η = 30 %, což je podmíněno tím, že se rychlost vrtulového listu mění po jeho délce od nuly v ose rotace po uvedených 80 m/s na špici a list musí být proto zkroucený.

Jsou známy větrné motory na principu vodorovného křídla, které se natáčí vůči proudu vzduchu a je jím střídavě tlačeno do horní a spodní polohy. Jeho vratný pohyb se přenáší na klikový nebo pístový mechanismus a takto získaná energie se využívá k výrobě elektřiny nebo k čerpání vody.

V japonském spisu JP 56107976 se popisuje zařízení, ve kterém je křídlo uloženo kyvné v náběžné hraně a ojnicí uloženou cca v těžišti profilu křídla se převádí jeho kmitání na klikový mechanismus. V dolní úvrati je křídlo nastaveno na velký úhel a výsledná aerodynamická sílaje natáčí kolem závěsného čepu, přičemž ojnice spojená s křídlem otáčí hřídelí. Při vzestupném pohybu křidla se postupně úhel nastavení zmenšuje až do nuly ve střední poloze a pak vzrůstá záporný úhel nastavení. Od jisté malé hodnoty záporného úhlu nastavení má každý profil záporné hodnoty součinitele vztlaku a výsledná aerodynamická síla na křídlo je záporná. V uvažovaném provedení tedy brzdi pohyb kliky. Jestliže se zanedbá změna úhlu náběhu podmíněná vertikálním posunutím křídla, což lze při nízkých otáčkách kliky, je možno úhel nastavení pokládat za úhel náběhu, jemuž je přímo úměrná aerodynamická síla. V uvažovaném schématu v oblasti poloh, kde je přeměna síly na moment nejvýhodnější, je tato síla vzhledem k malému úhel náběhu malá. Jde tedy o řešení z dynamického hlediska zcela nevýhodné.

Patent US 4 395 336 se týká systému dvou křídel, která mají vodorovné podélné osy a jsou připevněna na koncích nosníku uchyceného kyvné ke svislému sloupu, přičemž vodorovný kyvný čep není uprostřed mezi křídly, ale blíže přednímu křídlu, orientovanému proti směru větru. Křídla jsou uchycena tak, aby jejich profd byl volný pro nastavení křidla vzhledem ke směru proudu vzduchu. Předpokládá se, že bodem uchycení bude vždy procházet výslednice aerodynamických sil působících na obtékané křidlo, jehož úhel nastavení se bude měnit účinkem křidélek zvláštním mechanismem dle polohy kývající tyče s křídly. Tyto řídicí plošky jsou umístěny na křídlech buďto u odtokové hrany, nebo před hranou náběžnou. Funkce ovládacího mechanismu není specifikována.

Rovněž v US 6 652 232 se jedná o samonastavující se systém kmitajícího křídla, který nemůže zajistit optimální úhel náběhu v každém bodě trajektorie.

Vynález si klade za úkol navrhnout zařízení na principu kmitajícího vodorovného křídla, jehož řídicí mechanismus by zajistil křídlu optimální nastavení, a tudíž optimalizoval výkon zařízení.

- 1 CZ 303738 B6

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší zařízení k využití energie větru na principu kmitajícího vodorovného křídla uloženého na stabilním rámu, jehož podstata spočívá v tom, že křídlo je upevněno na horním vahadle paralelogramu, kterýje tvořen vahadly otočně uloženými nad sebou na konci táhla, uloženého v rámu suvně a otočně kolem svislé osy, a propojenými dvěma svislými tyčemi, přičemž na paralelogramu je vytvořena alespoň jedna narážka, která v krajních polohách křídla dosedá na v podstatě vodorovný díl rámu.

Ve výhodném provedení umožňujícím přesné nastavení úhlu náběhu během pohybu křidla je podél táhla situována alespoň jedna kulisa uložená otočně spolu s táhlem, v níž jsou vytvořeny dvě zakřivené drážky, vzestupná a sestupná, dole i nahoře vzájemně propojené, v nichž je suvně uložen kluzák uložený na výběžku spodního vahadla.

Vodorovným dílem rámu může být deska upevněná na stojinách a opatřená otvorem, jímž prochází táhlo i svislé tyče paralelogramu.

V konkrétním provedení může být táhlo vespod otočně uloženo v jezdci suvně uloženém v rámu a propojeném s klikovým mechanismem setrvačníku.

Ve výhodném zdvojeném provedení zařízení jsou jezdci uloženy v rámech v podobě stožárů o odlišné výšce a s klikami setrvačníku propojeny pomocí lan, přičemž jsou jezdci zavěšeny na koncích společného lana probíhajícího přes kladky uložené na stožárech.

Setrvačník může být napojen na zubové čerpadlo opatřené škrticím ventilem a uložené v olejové lázni, v níž se nachází výměník vodního vytápění.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresu, na němž obr. 1 v částečném bokorysném řezu a obr. 2 v řezu A-A podle obr. 1 schematicky představují příkladné provedení mechanismu pro nastavení kmitajícího vodorovného křídla zařízení podle vynálezu, obr. 3 je dvojice spolupracujícíh zařízení umístěných na stožárech a obr. 4 je aplikace zařízení pro vytápění budovy.

Příklady provedení vynálezu

Konstrukční uspořádání mechanismu pro nastavení vodorovného kmitajícího křídla lje součástí kompletního zařízení na využití energie větru, jehož příkladná provedení jsou schematicky znázorněna na obr. 3 a 4. Křídlo 1 uložené výkyvné na táhle 2 mění periodicky svůj sklon ke směru proudění větru vyjádřený úhlem a; při kladném úhlu g působí na táhlo 2 silou směřující vzhůru a naopak při záporném úhlu a směrem dolů. Táhlo 2 je v rámu 3 uloženo suvně a přenáší vratný pohyb křídla 1 k dalšímu využití. Aby zařízení reagovalo na měnící se azimut větru, jsou křídlo 1 s táhlem 2 v rámu 3 uloženy otočně kolem svislé osy táhla 2.

V zařízení podle vynálezu se nejedná o samonastavující systém; úhel g nastavení křídla i je v každém bodě jeho dráhy přesně stanoven. K tomu slouží mechanismus tvořený paralelogramem 4 a kulisou 5. Paralelogram 4 je složen ze dvou vahadel 6, 7 uložených na táhle 2 a propojených svislými tyčemi 8. Při tom na horním vahadle 6 je upevněno křidlo i a spolu s ním se naklápí. Na jedné z tyčí 8 resp. v jejím prodloužení jsou umístěny narážky 9, které vymezují body obratu kmitajícího křídla J_. Ze strany rámu 3 jsou body obratu vymezeny vodorovnou deskou 10 upev? .

něnou k rámu stojinami J_L Vzhledem k tomu, že křídlo 1 i nastavovací mechanismus jsou otočné kolem svislé osy, musí narážky 9 fungovat v libovolné azimutální poloze křídla L Prochází tedy táhlo 2 i paralelogram 4 kruhovým otvorem v desce JO a narážky 9 jsou konstruovány tak, aby se odvalovaly po obvodu otvoru. Je třeba konstatovat, že funkci obou narážek 9 může v jiném provedení převzít narážka jediná - spodní - spolupracující se dvěma dorazovými plochami v různých rovinách.

Mechanismus, tak jak byl doposud popsán, může již v této podobě realizovat nastavení úhlu a křídla i, avšak pouze tak, že v krajních polohách dojde skokem ke změně maximálního +a na maximální -a a obráceně. Vzhledem k tomu, že je výhodné, aby úhel +a resp. rx od bodu obratu narůstal postupně a nabyl maximální hodnoty v polovině dráhy křídla i, je nastavovací mechanismus doplněn o kulisu 5, která je uložena na rámu 3 otočně spolu s táhlem 2. V kulise 5 jsou vytvořeny dvě zakřivené drážky 12, vzestupná a sestupná, jež jsou nahoře i dole propojeny. Při vratném pohybu křídla i, táhla 2 a paralelogramu 4 se v drážkách pohybuje kluzák 13 upevněný na konci výběžku 14 dolního vahadla 7. Tvar drážky 12 resp. její vzdálenost od osy v daném místě tak určují úhel a nastavení křídla i v daném místě. Je třeba podotknout, že v jiném konstrukčním provedení může kluzák 13 převzít funkci narážek 9 a zároveň vymezovat body obratu kmitajícího křídla L

V příkladném provedení zařízení podle obr. 3 je táhlo 2 kmitavého křídla i propojeno s klikou 15 setrvačníku 16, který je s výhodou opatřen nevývažkem, aby se zabránilo ustavení křídla T v mrtvém bodu, tj. v poloze při úhlu cc = 0. Provedení podle obr. 3 představuje schematicky zdvojené zařízení na využití energie větru. Konstrukční celek podle obr. 1 a 2 je zde umístěn na vrcholu dvou stožárů 17, přičemž otočná táhla jsou uložena v jezdcích 18 konajících vratný pohyb na svislých vedeních. Jezdci 18 jsou s klikami 15 setrvačníku 16 propojeny pomocí tažných lan 19 a vzájemně synchronizovány pomocí závěsných lan 20 vedených přes kladky 21 uložené na stožárech 17.

Na obr. 4 je jiné provedení zařízení podle vynálezu, které dodává mechanickou energii pro výrobu tepla k vytápění budovy. Jedná se o stožár J_7 s jedním křídlem i a se dvěma pomocí lan 20 propojenými jezdci 18 umístěnými nad sebou. Účelem této konstrukce je umožnit propojení jezdců 18 s klikami Jj5 setrvačníku J6 prostřednictvím tažných lan J9, což se jeví žádoucí vzhledem k velké vzdálenosti zdroje energie od setrvačníku 16. Setrvačník 16 pohání zubové čerpadlo 22 uložené v olejové lázni 23 a opatřené škrticím ventilem 24, které přeměňuje mechanickou energii na teplo a ohřívá olej, v něm se nachází primární tepelný výměník 25, kterým cirkuluje voda z akumulační nádrže 26 ústředního topení. V ní je pak sekundární výměník 27 ústředního topení, který je zapojen do okruhu topných těles 28.

Claims (6)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení k využití energie větru na principu kmitajícího vodorovného křídla uloženého na stabilním rámu, vyznačující se tím, že křídlo (1) je upevněno na horním vahadle (6) paralelogramu (4), který je tvořen vahadly (6, 7) otočně uloženými nad sebou na konci táhla (2), uloženého v rámu (3) suvně a otočně kolem svislé osy, a propojenými dvěma svislými tyčemi (8), přičemž na paralelogramu (4) je vytvořena alespoň jedna narážka (9), která v krajních polohách křídla (1) dosedá na v podstatě vodorovný díl rámu (3).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že podél táhla (2) je situována alespoň jedna kulisa (5) uložená otočně spolu s táhlem (2), v níž jsou vytvořeny dvě zakřivené

   - J CZ 303738 B6 drážky (12), vzestupná a sestupná, dole i nahoře vzájemně propojené, v nichž je suvně uložen kluzák (13) upevněný na výběžku (14) spodního vahadla (7).
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vodorovným dílem rámu

   5 (3) je deska (10) upevněná na stojinách (11) a opatřená otvorem, jímž prochází táhlo (2) i svislé tyče (8) paralelogramu (4).
4. 4. Zařízení podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že táhlo (2) je vespod otočně uloženo v jezdci (18) suvně uloženém v rámu (3) a propojeném s klikovým mechanismem setro vačníku(16).
5. 5. Zdvojené zařízení podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že jezdci (18) jsou uloženy v rámech v podobě stožárů (17) o odlišné výšce a s klikami (15) setrvačníku (16) jsou propojeny pomocí tažných lan (19), přičemž jsou jezdci (18) zavěšeny na koncích společného

   5 lana (20) probíhajícího přes kladky (21) uložené na stožárech (17).
6. 6. Zařízení podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že setrvačník (16) je napojen na zubové čerpadlo (22) opatřené škrticím ventilem (24) a uložené v olejové lázni (23), v níž se nachází výměník (25) vodního vytápění.