PL226274B1

PL226274B1 - Household wind power station

Info

Publication number: PL226274B1
Application number: PL408057A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Sikorski; Piotr Sikorski
Original assignee: Piotr Sikorski; Włodzimierz Sikorski
Priority date: 2014-04-29
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2017-07-31
Also published as: PL408057A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest domowa elektrownia wiatrowa umożliwiająca zamianę energii wiatru na prąd elektryczny.The subject of the invention is a domestic wind power plant that enables the conversion of wind energy into electricity.

Najbardziej rozpowszechnione w chwili obecnej elektrownie wiatrowe stanowią umieszczone obrotowo, na wysokim maszcie, trójramienne wiatraki o osi poziomej napędzające zblokowany z nimi agregat prądotwórczy. Są to przeważnie urządzenia o dużych rozmiarach. Rozwiązanie takie ma szereg istotnych wad. Przy słabych wiatrach należy zastosować start wymuszony, co wymaga dostarczenia energii z zewnątrz. Urządzenia takie są też mało odporne na silne wiatry, co jest szczególnie istotne przy obecnej tendencji zmian klimatycznych i występowaniu ekstremalnych zjawisk pogodowych. Zanotowano wiele awarii takich elektrowni wywołanych zbyt silnym wiatrem. W elektrowniach tych jest konieczny system hamulcowy również pobierający energię elektryczną i wymagający częstych remontów, które dodatkowo komplikuje duża wysokość, na jakiej są przeprowadzane. Elektrownie takie wpływają ujemnie na estetykę krajobrazu, a emitowany przez nie hałas, szczególnie w zakresie infradźwięków, jest bardzo szkodliwy dla ludzi. Zaburzają one również przeloty ptaków. Drugim typem są elektrowni wiatrowe z turbinami o osi pionowej. W literaturze fachowej istnieje wiele rozwiązań takich elektrowni. Żadne z nich jednak nie jest w znacznym stopniu rozpowszechnione.The most widespread wind farms at present are three-arm, rotating, on a high mast with a horizontal axis, driving a power generator interlocked with them. These are mostly bulky devices. Such a solution has a number of significant drawbacks. In light winds, forced start should be used, which requires external energy. Such devices are also not very resistant to strong winds, which is particularly important in the current trend of climate change and the occurrence of extreme weather phenomena. Many failures of such power plants caused by too strong winds have been reported. These power plants require a braking system that also consumes electricity and requires frequent repairs, which is additionally complicated by the high altitude at which they are carried out. Such power plants have a negative impact on the aesthetics of the landscape, and the noise they emit, especially in the field of infrasound, is very harmful to people. They also disturb the flight of birds. The second type are wind farms with vertical axis turbines. There are many solutions for such power plants in the professional literature. However, neither of them is very widespread.

Na przykład opisana w zgłoszeniu patentowym EP 1 896 723 B1 turbina wiatrowa o pionowej osi obrotu, gdzie konstrukcję nośną wirnika umieszczonego na szczycie masztu stanowią łopaty przestawialne tworzące w pozycji zamkniętej segmenty płaszcza w formie soczewkowatej, podnoszone wokół promieniście umocowanych zawiasów oraz zaopatrzone w środki do otwierania na stronie nawietrznej i zamykania na stronie zawietrznej. Takie rozwiązanie, tak jak wiatraki o osi poziomej, jest mało odporne na silne podmuchy wiatru.For example, a wind turbine described in patent application EP 1 896 723 B1 with a vertical axis of rotation, where the rotor support structure located at the top of the mast consists of staggered blades forming, in the closed position, lenticular shell segments, lifted around radially attached hinges and provided with means for opening on the windward side and closing on the leeward side. Such a solution, like windmills with a horizontal axis, is not resistant to strong gusts of wind.

Na przykład opisana w zgłoszeniu patentowym WO 2004/015266 elektrownia wiatrowa ma wirnik zamocowany na maszcie, przy czym wirnik tworzą zamocowane symetrycznie pary łopat umocowane na końcach obrotowych ramion. Łopaty każdej pary w pozycji zamkniętej mają kształt kropli. Para łopat otwiera się na stronie nawietrznej turbiny i zamyka po jej stronie zawietrznej. Przedmiotem wynalazku jest połączenie systemów mechanicznych, które uruchamiają otwieranie i zamykanie naprzeciwległych par łopat. Takie rozwiązanie jest wprawdzie odporne na podmuchy wiatru, ale posiadając ciężką skomplikowaną konstrukcję wymaga masywnego masztu i jest rozwiązaniem drogim. Dodatkowo w sprawach estetyki krajobrazu i wpływu na przeloty ptaków rozwiązania te posiadają te same wady, co wiatraki o osi poziomej.For example, described in patent application WO 2004/015266, a wind power plant has a rotor mounted on a mast, the rotor being formed by symmetrically mounted pairs of blades mounted at the ends of the rotating arms. The blades of each pair in the closed position are drop-shaped. The blade pair opens on the windward side of the turbine and closes on the leeward side of the turbine. The present invention relates to a combination of mechanical systems that actuate the opening and closing of opposing pairs of blades. Although such a solution is resistant to wind gusts, having a heavy and complicated structure requires a massive mast and is an expensive solution. Additionally, in terms of the aesthetics of the landscape and the impact on bird flights, these solutions have the same disadvantages as windmills with a horizontal axis.

Na przykład opisana w zastrzeżeniu patentowym CH706723 elektrownia ma zabudowaną na dachu budynku turbinę o osi pionowej oraz deflektory kierujące wiatr do wlotów turbiny. Takie rozwiązanie znacząco zaburza architekturę budynku. Ponieważ nie ma kanałów, nie można zastosować żadnych wewnętrznych klap zwiększających sprawność elektrowni, a także nie można czerpać korzyści z efektu cienia aerodynamicznego budynku. W tym rozwiązaniu turbina jest także narażona na niekorzystne warunki atmosferyczne.For example, a power plant described in claim CH706723 has a vertical axis turbine built on the roof of the building and deflectors to direct the wind to the turbine inlets. Such a solution significantly disturbs the architecture of the building. Since there are no channels, no internal flaps can be used to increase the efficiency of the power plant, and neither can the benefits of the building's aerodynamic shadow effect be used. In this solution, the turbine is also exposed to unfavorable weather conditions.

Na przykład opisana w zastrzeżeniu patentowym DE 102010046802 elektrownia zakłada wykorzystanie ciągu komina wentylacyjnego zabudowanego w budynku do wymuszenia przepływu w poziomym tunelu, który to przepływ może napędzić turbinę wiatrową. Ponieważ kanał jest tylko kanałem wlotowym nie wykorzystuje efektu cienia aerodynamicznego budynku. Ze względu na małe średnice przewodów kominowych w budynkach mieszkalnych rozwiązanie nie może zapewnić wystarczająco dużego przepływu powietrza, aby uzysk prądu w takiej elektrowni był znaczący i opłacalny.For example, the power plant described in the patent claim DE 102010046802 assumes the use of the draft of a ventilation chimney built in a building to force a flow in a horizontal tunnel, which flow can drive a wind turbine. As the duct is only an inlet duct, it does not use the aerodynamic shadow of the building. Due to the small diameters of the flue pipes in residential buildings, the solution cannot provide a sufficiently large air flow to make the electricity yield of such a power plant significant and profitable.

Na przykład opisana w zastrzeżeniu patentowym CN101251085 elektrownia wykorzystuje również energię ciągu generowanego przez rozgrzane w kominie powietrze kierowane do wylotu znajdującego się na znacznej wysokości. Powietrze do komina jest dostarczane za pomocą czterech kanałów wlotowych znajdujących się po czterech stronach elektrowni napędzając generatory elektryczne. To rozwiązanie jest wolnostojące, duże i znacząco zaburza krajobraz i otoczenie. Jest niemożliwe do zastosowania w typowych budynkach, a ze względu na fakt, że wszystkie kanały są kanałami wlotowymi nie wykorzystuje w żaden sposób energii wiatru, ani tym bardziej efektu cienia aerodynamicznego budynku.For example, the power plant described in the patent claim CN101251085 also uses the thrust energy generated by the air heated in the chimney, directed to the outlet located at a significant height. The air to the chimney is supplied through four intake ducts located on four sides of the power plant, driving the electric generators. This solution is free-standing, large and significantly disturbs the landscape and surroundings. It is impossible to use in typical buildings, and due to the fact that all ducts are inlet ducts, it does not use the wind energy in any way, let alone the aerodynamic shadow effect of the building.

Na przykład opisana w zastrzeżeniu patentowym DE 10056767 elektrownia wykorzystuje zabudowane na ścianach budynków żebra/deflektory kierujące wiatr na umieszczoną przy ścianie wąską turbinę o pionowej osi obrotu. Rozwiązanie takie wykorzystuje osobną turbinę oraz deflektory na każdej ścianie budynku, co znacząco podnosi koszty inwestycji. Konstrukcja taka nie czerpie korzyściFor example, a power plant described in DE 10056767 uses wall-mounted ribs / deflectors to direct the wind towards a wall-mounted narrow turbine with a vertical axis of rotation. This solution uses a separate turbine and deflectors on each wall of the building, which significantly increases the investment costs. There is no benefit to such a construction

PL 226 274 B1 z efektu cienia aerodynamicznego budynku, gdyż każda turbina na każdej ścianie stanowi niezależne źródło energii. Takie rozwiązanie znacząco zmienia architekturę budynku, gdyż całe ściany budynku są pokryte pionowymi żebrami (deflektorami), co dodatkowo bardzo utrudnia utrzymanie całej elektrowni w należytej czystości.From the aerodynamic shadow effect of the building, as each turbine on each wall is an independent source of energy. This solution significantly changes the architecture of the building, as the entire walls of the building are covered with vertical ribs (deflectors), which additionally makes it very difficult to keep the entire power plant properly clean.

Istotą wynalazku jest wykorzystanie w konstrukcji domowej elektrowni wiatrowej zjawiska cienia aerodynamicznego budynku zwiększając w ten sposób sprawność turbiny. Jest to możliwe dzięki temu, że wlot i wylot każdego z kanałów znajduje się na przeciwległych ścianach budynku. Przy zmianie kierunku wiatru wlot i wylot zamieniają się miejscami Dwa prostopadle przecinające się kanały na przecięciu, których znajduje się turbina o pionowej osi obrotu umożliwiają działanie elektrowni bez względu na kierunek wiatru. Niewielkie zmniejszenie prędkości przepływu wiatru przy jego kierunkach odchylonych od osi kanałów maksymalnie o 45 stopni, rekompensuje z nawiązką zastosowanie wewnątrz kanałów ruchomych klap, zwiększających sprawność układu, sterowanych samoczynnie przepływem wiatru.The essence of the invention is to use the aerodynamic shadow of the building in the construction of a domestic wind power plant, thus increasing the efficiency of the turbine. This is possible due to the fact that the inlet and outlet of each of the channels are located on opposite walls of the building. When the wind changes direction, the inlet and outlet change places. Two perpendicular intersecting channels at the intersection with a turbine with a vertical axis of rotation allow the power plant to operate regardless of the wind direction. A slight reduction in the wind flow velocity with its directions deviating from the channel axis by a maximum of 45 degrees, more than compensates for the use of movable flaps inside the channels, increasing the efficiency of the system, automatically controlled by the wind flow.

Zadaniem wynalazku jest budowa domowej elektrowni wiatrowej, która jest możliwa i łatwa do zabudowy wewnątrz typowych budynków, a w której nie występują, lub są w znacznym stopniu ograniczone wady dotychczasowych rozwiązań.The object of the invention is to build a home wind power plant, which is possible and easy to install inside typical buildings, and in which there are no or significantly limited disadvantages of the previous solutions.

Taka elektrownia umożliwia stworzenie dużej ilości niewielkich przydomowych źródeł energii elektrycznej zarówno w nowobudowanych budynkach jak i poprzez modernizację już zbudowanych. Nie koliduje z możliwością umieszczenia na dachu systemów solarnych. Możliwe jest jej zabudowanie w niewykorzystanej przestrzeni poddaszy użytkowych, co jest szczególnie atrakcyjne dla inwestorów. Dzięki prostym samoczynnym kierownicom w kanałach podnoszących sprawność turbiny, umożliwia zastosowanie tanich nieskomplikowanych turbin, np. Savoniusa. Nie zaburza krajobrazu. Poprzez możliwość osłonięcia wlotów siatką, nie stanowi również zagrożenia dla ptaków. W rozwiązaniu tym, nie trzeba budować masztu. Posiada ona także wszystkie zalety turbin o osi pionowej. To znaczy brak mechanizmu ustawiania „na wiatr”, cichą pracę i odporność na silny wiatr. Domowa elektrownia wiatrowa może w znacznym stopniu poszerzyć krąg odbiorców energii elektrycznej powstającej z energii wiatru.Such a power plant enables the creation of a large number of small household electricity sources, both in newly built buildings and by modernizing those already built. It does not interfere with the possibility of placing solar systems on the roof. It can be built in the unused space of attics, which is particularly attractive to investors. Thanks to the simple self-winding blades in the channels increasing the efficiency of the turbine, it enables the use of cheap, simple turbines, eg Savonius. It does not disturb the landscape. Due to the possibility of covering the inlets with a net, it does not pose a threat to birds. In this solution, there is no need to build a mast. It also has all the advantages of a vertical axis turbine. This means no setting mechanism "to the wind", quiet operation and resistance to strong wind. A home wind farm can significantly expand the group of consumers of electricity generated from wind energy.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony został w przykładzie wykonania na rysunku, gdzie Fig. 1 przedstawia przekrój elektrowni w widoku z góry, Fig. 2 przedstawia przekrój elektrowni w widoku z boku a Fig. 3 widok z dołu.The subject of the invention has been shown in the embodiment in the drawing, where Fig. 1 shows a cross-section of the power plant in a top view, Fig. 2 shows a cross-section of the power plant in a side view and Fig. 3 shows a bottom view.

Domowa elektrownia wiatrowa składająca się z dwóch prostych rozszerzonych na końcach kanałów powietrznych (1), umiejscowionych poziomo wewnątrz budynku, przy czym wlot i wylot każdego kanału (1) znajduje się na przeciwległych ścianach budynku, a osie kanałów (1) przecinają się pod kątem prostym i w miejscu ich przecięcia znajduje się turbina wiatrowa o osi pionowej (2) napędzająca prądnicę (6), a w każdym kanale (1) po obu stronach turbiny (2) i w bezpośredniej do niej bliskości, znajdują się dwie identyczne, pionowe, ruchome kierownice powietrza (3) o pionowej osi obrotu umiejscowionej na krawędzi kierownicy (3) bliższej turbinie (2), a obydwie kierownice (3) są połączone cięgnem (4), które poprzez identycznie, prostopadle i w osi obrotu, zamocowane do każdej z kierownic (3) dźwigienki (5), ustawia samoczynnie kierownicę (3) we wlotowej części kanału (1) w pozycji skośnej do osi kanału, kierując strumień powietrza na tą część turbiny (2), która porusza się zgodnie z kierunkiem przepływu powietrza, a kierownicę (3) w wylotowej części kanału (1) ustawia w pozycji równoległej do osi kanału.Domestic wind power plant consisting of two straight air ducts widened at the ends (1), placed horizontally inside the building, with the inlet and outlet of each duct (1) on opposite walls of the building and the axes of the ducts (1) intersecting at right angles and in the place of their intersection there is a wind turbine with a vertical axis (2) driving the generator (6), and in each channel (1) on both sides of the turbine (2) and in the immediate vicinity of it, there are two identical, vertical, movable air deflectors ( 3) with a vertical axis of rotation located on the edge of the steering wheel (3) closer to the turbine (2), and both steering wheels (3) are connected by a rod (4) which, through identical, perpendicularly and in the axis of rotation, levers attached to each of the steering wheels (3) (5), automatically sets the blade (3) in the inlet part of the duct (1) at an oblique position to the duct axis, directing the air stream to the part of the turbine (2) which moves in the direction of the flow the air duct (3) in the outlet part of the duct (1) in a position parallel to the duct axis.

Claims

Patent claim

1. Domestic wind power plant, consisting of two air ducts, a wind turbine, a generator, blades, links and levers, characterized in that the straight channels (1) flared at their ends are positioned horizontally inside the building, with the inlet and outlet of each channel (1) is located on opposite walls of the building, and the axes of the channels (1) intersect at right angles and in the place of their intersection there is a wind turbine with a vertical axis (2) driving the generator (6), and in each channel (1) on both sides of the turbine (2) and in close proximity to it, there are two identical, vertical, movable air deflectors (3) with a vertical axis of rotation located on the edge of the wheel (3) closer to the turbine (2), and both deflectors (3) are connected by a cable ( 4) which, through identical, perpendicular and in the axis of rotation, mounted to each of the steering wheels (3) levers (5)

The blower (3) automatically sets the blade (3) in the inlet part of the duct (1) at an oblique position to the axis of the duct, directing the air stream towards the part of the turbine (2) which moves in the direction of air flow, and the blade (3) in outlet part of the duct (1 is positioned parallel to the axis of the duct.