FI96133C - Tuuliroottori - Google Patents

Description

! 96133

Tuuliroottori Tämän keksinnön kohteena on kaksi eri roottorira-kennetta käsittävä tuuliroottori, jossa ensimmäisen root-5 torirakenteen muodostavat pystysuuntaisen akselin ympäri pyörivästi asennetut, ulospäin kaarevat roottorisiivet, jotka on muotoiltu poikkileikkaukseltaan niin, että tuuliroottori kykenee siirtämään tuulen tuomaa energiaa hyödynnettäväksi tuuliroottorin akseliin kytkettyyn voimalait-10 teeseen tai vastaavaan, kun roottorisiipien suurimman ke-hänopeuden suhde tuulen nopeuteen on olennaisesti vähintään 3, ja toisen roottorirakenteen muodostavat mainittuihin roottorisiipiin niiden kanssa samanakselisesti samalla nopeudella pyörivästi kytketyt, keskenään yhteydessä ole-15 vat kourumaiset tuuliroottorin kehän suunnassa samaan suuntaan asennetut roottoriosat, joihin vaikuttavan tuulen avulla koko tuuliroottorin pyörintäliike saadaan käynnistymään

Perinteisenä tuuliroottorina tunnetaan Savonius-20 roottori, jossa roottoriin vaikuttava ilmavirta ohjautuu kuppimaisten elimien kautta kääntöakselin ympäri ja näin saa aikaan roottoria kääntävän voiman. Edelleen tunnetaan Darrieus-roottori, jossa pystyakselin ympäri kääntyväksi on kiinnitetty ainakin kaksi ohuesta materiaalista valmis-25 tettua siipeä niin, että ne on päistään kiinnitetty pystyakselille ja samalla pakotettu keskikohdaltaan keskiakse-lista ulospäin kaarelle. Itse siipiprofiilin poikkileikkaus muistuttaa usein lentokoneen siipeä. Edelleen tunnetaan niin sanottu Giro-mylly, jossa pystyakseliin on kiin-30 nitetty pystyakselin suuntaisia siipiä matkan päähän pystyakselista. Siipien poikkileikkaus muistuttaa usein lentokoneen siiven poikkileikkausta, jolloin ilmavirta saa aikaan Giro-myllyä kääntävän voiman.

Edellä esitetyissä tuuliroottorityypeissä on kui-35 tenkin toiminnallisesti suuria eroja. Esimerkiksi 2 96133

Savonius-roottori toimii erittäin hyvin pienellä kierros-luvulla ja pienikin ilmavirtaus saa sen pyörähtämään pystyakselinsa ympäri. Kuitenkin suurilla ilmavirtauksilla sen tehokerroin huononee, eikä sen käyttö tehonlähteenä 5 ole enää kannattavaa. Vastaavasti Darrieus-roottori toimii hyvin suurissakin ilmavirtauksissa. Kuitenkin esimerkiksi ilmavirtauksen kasvaessa niin suureksi, että se vastaa myrskytilannetta pienenee Darrieus-roottorin tehokerroin hyvin jyrkästi, jolloin sen turvapysäytys on helppo suo-10 rittaa ilman suuria pysäytyslaitteita. Ongelmana Darrieus-roottorin käytössä on kuitenkin se, että lähteäkseen pyörimään Darrieus-roottori vaatii erillisen voimanlähteen, kuten esimerkiksi sähkömoottorin tai vastaavan. Näin Darrieus-roottorin pyörimisnopeus saadaan riittävän suu-15 reksi, jotta Darrieus-roottori voisi itse synnyttää tarvittavan voiman pyöriäkseen. Giro-mylly muistuttaa toiminnaltaan hyvin paljon Darrieus-roottoria, mutta lähteäkseen pyörimään se ei tarvitse erillistä apua vaan sen toiminta-alue on laajempi kuin Darrieus-roottorin. Koska Giro-myl-20 lyn toiminta-alue on erittäin laaja se ei pysähdy itsestään esimerkiksi myrskytuulessa. Tällöin rakenteesta täytyy tehdä erittäin vahva ja myrskynkestävä, jolloin Giro-mylly muodostuu erittäin kalliiksi.

Koska eri tuuliroottorit ovat toiminnaltaan niin 25 erilaiset, voidaan niiden parhaimpia ominaisuuksia yhdistää. Erityisesti Savonius- ja Darrieus-roottorin yhdistelmä tuottaa hyvän kombinaation, jossa käyntiinlähdön suorittaa Savonius-roottori ja saavutettuaan Darrieus-roottorin käyttöalueen voidaan Darrieus-roottoria käyttää hyväk-30 si tehon synnyttämisessä. Tunnetaankin yhdistetty

Savonius- ja Darrieus-roottori, jossa pystyakseliin on liitetty Savonius-roottori niin, että Darrieus-roottorin siivekkeet on kiinnitetty pystyakselille Savonius-rootto-rin ylä- ja alapäästä. Kuten edellä on kerrottu Savonius-35 roottori hoitaa laitteiston käyntiinlähdön ja Darrieus- 11 3 96133 roottori on tarkoitettu synnyttämään tehoa tuulivoimasta. Kyseisen ratkaisun ongelmaksi muodostuu kuitenkin se, että asetettaessa Savonius-roottoreita Darrieus-roottorin lapojen väliin kokonaisuus muodostuu erittäin kömpelöksi ja 5 raskaaksi ja vastaavasti suurimmilla pyörimisnopeuksilla Savonius-roottorit toimivat ilmavirtauksen esteinä. Edelleen rakenteessa on monia osia, jolloin se on erittäin herkkä vaurioitumaan ja vastaavasti sen rakennuskustannukset ovat erittäin korkeat.

10 US-julkaisussa 3 918 839 on esitetty laitteisto, jossa Darrieus-roottorin keskisalkoon on kiinnitetty käyn-nistinlaitteiksi kaksi Savonius-roottoria, jolloin Savonius-roottoreiden tehtävänä on kiihdyttää kokonaisuuden pyörimisnopeus Darrieus-roottorin toiminta-alueelle, 15 jonka jälkeen itse Darrieus-roottori toimii riittävän hyvällä hyötysuhteella tehon tuottamiseksi. Ongelmaksi muodostuu kuitenkin kyseisessä laitteessa sen monimutkainen rakenne. Näin ollen rakenneratkaisu on erittäin raskas ja erittäin kallis.

20 Tämän keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainittuja ongelmia ja mahdollistaa edullisen ja yksinkertaisen tuuliroottorin rakenne.

Tälle keksinnölle on tunnusomaista se, että siinä on yksi kourumainen roottoriosa kutakin roottorisiipeä 25 kohden, että kourumaiset roottoriosat ja roottorisiivet on pareittain muodostettu yhtenäisiksi kokonaisuuksiksi niin, että kukin kourumainen roottoriosa on muodostettu rootto-risiiven alapäässä olevaksi tukirunkokokonaisuudeksi, jotka tukirunkokokonaisuudet on kytketty keskenään yhteen, ja 30 että roottorisiivet on vastaavasti yläpäästä kytketty yhteen, jolloin muodostuu tukirunkokokonaisuuden varassa oleva itsekantava roottorirakenne.

Tämän keksinnön olennainen ajatus on siinä, että Darrieus-roottorin siipeen yhdistetään Savonius-roottorin 35 rakenne, jolloin tuuliroottorista saadaan erittäin yksin- 96133 4 kertainen ja toimintavarma yksikkö, jolla on hyvät käyn-nistymisominaisuudet ja vastaavasti myrskytilanteissa sen tuulipinta-ala on erittäin pieni, jolloin se on helppo pysäyttää, eikä tuuliroottoriin kohdistu liiallisia rasi-5 tuksia. Edelleen olennainen ajatus on, että Savonius-root-tori sijoitetaan Darrieus-roottorin lapaan niin, että erillistä Savonius-roottorikokonaisuutta ei tarvita Darrieus-roottorin yhteyteen. Vastaavasti olennainen ajatus on, että kyseinen tuuliroottorin lapa voidaan valmis-10 taa kevyestä aineesta, kuten esimerkiksi hiilikuidusta, jolloin keveyden lisäksi tuuliroottorin lapa muodostuu erittäin kestäväksi. Edelleen olennainen ajatus on sijoittaa Savonius-roottori Darrieus-roottorin pystyakselin kiinnityskohtaan, jolloin kokonaisuudesta saadaan erittäin 15 yksinkertainen, jolloin Savonius-roottori muodostaa

Darrieus-roottorille tukirungon ja kokonaisuudesta muodostuu itsestäänkantava kevyt kokonaisuus. Näin ollen kyseinen tuuliroottorin siipilapa on myös halpa ja helppoval-misteinen.

20 Keksintöä selitetään tarkemmin seuraavissa piirus tuksissa, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista tuuliroottorin siipilapaa sivulta katsottuna, kuvio 2 keksinnön mukaista siipilapaa toiselta si-25 vulta nähtynä ja kuvio 3 esittää keksinnön mukaisista siipilavoista konstruktoitua kolmea siipilavan tuuliroottoria.

Kuviossa 1 on esitetty tuuliroottorin siipilapa 1, joka osaltaan muodostuu sinänsä tunnetusta ulospäin kaare-30 vasta roottorisiivestä eli Darrieus-roottorin siipilavasta 2 ja myös sinänsä tunnetusta kourumaisesta roottoriosasta eli Savonius-roottorin siivestä 3, joihin ei tässä hakemuksessa sen tarkemmin puututa. Kuviossa 1 on esitetty havainnollisuuden vuoksi vain yksi tuuliroottorin siipilapa 35 1. Toimiakseen on tuuliroottorissa oltava vähintään kaksi il 5 96133 siipilavan 1 mukaista kokonaisuutta. Siipilavan 1 Darrieus-siiven 2 poikkileikkaus on edullisimmillaan tuulen kohtausreunasta paksumpi kuin ilmavirtauksen jättö-reunasta. Kuviossa 1 ilmavirtauksen jättöreunaa on merkit-5 ty viitenumerolla 4a ja kuviossa 2 tuuliroottorin siipilavan 1 kohtausreunaa viitenumerolla 4b. Siipilavan 1 kiin-nitysosa 5 on muodostettu rakenteeltaan erittäin kestäväksi, koska kiinnitysosaan on muodostettu tukirunkokokonai-suus, joka koostuu tukirungoista 6a, 6b ja 6c sekä kuvios-10 sa 2 näkyvästä tukirungosta 6d. Näin ollen kiinnitysosaan 5 on voitu tukirunkojen 6a - 6d väliin muotoilla Savonius-roottorin siipi 3. Vastaavasti kyseisellä tukirunkokoko-naisuus-järjestelyllä 6a - 6d saadaan Darrieus-roottorin siivestä 2 erittäin tukeva ja itsestäänkantava rakenne, 15 eikä erityistä keskisalkoa siipilavan 1 pisteiden 7a ja 7b väliin tarvita. Tuuliroottorin siipilavan 1 kiinnitysosan 5 vastakkaiseen päähän 8 on tehty levennys siipilavan 1 kiinnittämisen helpottamiseksi toiseen vastaavaan siipila-paan. Vastaavasti siipilavan 1 kiinnitysosan 5 tukirunko-20 konstruktiolla 6a - 6d saadaan aikaiseksi siipilavan 1 itsekantavuus. Kun kyseinen siipilapa liitetään toiseen vastaavaan siipilapaan saadaan aikaiseksi erittäin hyvin rasitusta kestävä kokonaisuus ja edelleen käytettäessä kolmea siipilapaa muodostuu tuuliroottorista vieläkin kes-25 tävämpi ja erittäin stabiili toimiva kokonaisuus.

Kuviossa 2 on esitetty tuuliroottorin siipilapa 1 toiselta sivulta. Tukirungon osa 6d on muodostettu pussi-maiseksi, jolloin se tukee erittäin hyvin Darrieus-rootto-rin siipeä 2 siiven 2 vastakkaisen pään 8 omasta painosta 30 aiheutuvaa voimaa vasten. Tukirungon 6d pussimainen muotoilu helpottaa myös ilman ohjaamista Savonius-roottorin siivessä 3. Vastaavasti pussimaisella muotoilulla saadaan tuuliroottorin siipilavan 1 aerodynaaminen muotoilu erittäin hyväksi, jolloin kyseisellä siipilavalla päästään 35 erittäin hyviin hyötysuhdearvoihin.

6 96133

Kuviossa 3 on esitetty kolmen siipilavan muodostama tuuliroottori 9, jossa kiinnitys voidaan suorittaa kolmen siipilavan tukirunkokokonaisuuksista 10a - 10c muodostuvien kiinnitysosien 5 avulla. Vastaavasti vastakkaiset päät 5 8 tukeutuvat toisiinsa ja muodostavat näin tukevan koko naisuuden. Edelleen Savonius-roottorin siivet 3 helpottavat tuuliroottorin pyörimään lähtöä. Koska siipilavat on sijoitettu toisiinsa nähden 120°:n välein, lähtee tuuliroottori pyörimään ilmavirtauksen suunnasta riippumatta.

10 Keksintö ja siihen liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan voi keksinnön mukainen tuuliroottorin siipilapa vaihdella patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä esimerkiksi kiinnitysosan 5 tukirungon 6a - 6d muotoilua voidaan 15 muuttaa halutulla tavalla. Oleellisinta kuitenkin on, että kiinnitysosan 5 tukirungon 6a - 6d vaikutuksesta ei pisteiden 7a ja 7b välille tarvita erillistä keskisalkoraken-netta vaan siipilapa 1 on itsekantava rakenne. 1

Claims (3)

96133

1. Kaksi erilaista roottorirakennetta käsittävä tuuliroottori, jossa ensimmäisen roottorirakenteen muodos- 5 tavat pystysuuntaisen akselin ympäri pyörivästi asennetut, ulospäin kaarevat roottorisiivet (2), jotka on muotoiltu poikkileikkaukseltaan niin, että tuuliroottori (9) kykenee siirtämään tuulen tuomaa energiaa hyödynnettäväksi tuuli-roottorin (9) akseliin kytkettyyn voimalaitteeseen tai 10 vastaavaan, kun roottorisiipien (2) suurimman kehänopeuden suhde tuulen nopeuteen on olennaisesti vähintään 3, ja toisen roottorirakenteen muodostavat mainittuihin rootto-risiipiin (2) niiden kanssa samanakselisesti samalla nopeudella pyörivästi kytketyt, keskenään yhteydessä olevat 15 kourumaiset tuuliroottorin kehän suunnassa samaan suuntaan asennetut roottoriosat (3), joihin vaikuttavan tuulen avulla koko tuuliroottorin pyörintäliike saadaan käynnistymään, tunnettu siitä, että siinä on yksi kouru-mainen roottoriosa (3) kutakin roottorisiipeä (2) kohden, 20 että kourumaiset roottoriosat (3) ja roottorisiivet (2) on pareittain muodostettu yhtenäisiksi kokonaisuuksiksi niin, että kukin kourumainen roottoriosa (3) on muodostettu roottorisiiven (2) alapäässä olevaksi tukirunkokokonaisuu-deksi (10a), jotka tukirunkokonaisuudet (10a - 10c) on 25 kytketty keskenään yhteen, ja että roottorisiivet (2) on vastaavasti yläpäästä (8) kytketty yhteen, jolloin muodostuu tukirunkokokonaisuuden (10a - 10c) varassa oleva itse-kantava roottorirakenne.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen tuuliroottori, 30 tunnettu siitä, että kourumaiset roottoriosat (3) on yhdistetty erilliseen tuuliroottorin (9) akselin suunnassa kulkevaan ilmakanavaan niihin osuvan ilman johtamiseksi ilmakanavan kautta muuhun käyttötarkoitukseen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen tuuliroot-35 tori, tunnettu siitä, että tuuliroottori (9) on muodostettu hiilikuidusta tai vastaavasta kuitumateriaalista. 96133