SK500752015A3 - Spôsob efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu - Google Patents

Spôsob efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu Download PDF

Info

Publication number
SK500752015A3
SK500752015A3 SK50075-2015A SK500752015A SK500752015A3 SK 500752015 A3 SK500752015 A3 SK 500752015A3 SK 500752015 A SK500752015 A SK 500752015A SK 500752015 A3 SK500752015 A3 SK 500752015A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
fluid flow
angle
sheet
blade
mechanical work
Prior art date
Application number
SK50075-2015A
Other languages
English (en)
Other versions
SK288982B6 (sk
Inventor
Martin Šichman
Original Assignee
Martin Šichman
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Martin Šichman filed Critical Martin Šichman
Priority to SK500752015A priority Critical patent/SK288982B6/sk
Priority to HUE16864683A priority patent/HUE063450T2/hu
Priority to US15/774,741 priority patent/US10662922B2/en
Priority to PCT/SK2016/060004 priority patent/WO2017082832A1/en
Priority to EP16864683.4A priority patent/EP3374628B1/en
Publication of SK500752015A3 publication Critical patent/SK500752015A3/sk
Publication of SK288982B6 publication Critical patent/SK288982B6/sk

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D5/00—Other wind motors
    • F03D5/06—Other wind motors the wind-engaging parts swinging to-and-fro and not rotating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00—Controlling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/06—Other machines or engines using liquid flow with predominantly kinetic energy conversion, e.g. of swinging-flap type, "run-of-river", "ultra-low head"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F05B2220/7068—Application in combination with an electrical generator equipped with permanent magnets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/14—Casings, housings, nacelles, gondels or the like, protecting or supporting assemblies there within
    • F05B2240/142—Casings, housings, nacelles, gondels or the like, protecting or supporting assemblies there within in the form of a standard ISO container
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/90—Mounting on supporting structures or systems
    • F05B2240/93—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface
    • F05B2240/931—Mounting on supporting structures or systems on a structure floating on a liquid surface which is a vehicle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/20—Purpose of the control system to optimise the performance of a machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/60—Control system actuates through
    • F05B2270/602—Control system actuates through electrical actuators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Je opísaný spôsob efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín s kyvadlovým pohybom listu a protizávažia v smere kolmom na prúdenie tekutiny v súčinnosti s plynulou a periodickou zmenou uhla listu na smer prúdenia tekutiny po sínusovej krivke, vyznačujúci sa tým, že sa uskutočňuje: natočením plochy listu do smeru prúdenia tekutiny a/alebo zmenou rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny, a/alebo zmenou rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny, odoberaním mechanickej práce vo forme krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily na pohon pripojených strojných zariadení alebo na výrobu elektrickej energie z ramena protizávažia. Ďalej je opísané zariadenie na uskutočnenie tohto spôsobu.

Description

Spôsob efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín a zariadenie
Oblasť techniky
Vynález sa týka spôsobu efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo na výrobu elektrickej energie. Vynález sa taktiež týka konštrukcie zariadenia, ktorým sa efektívne využíva energia prúdiacich tekutín na konanie mechanickej práce a/alebo na výrobu elektrickej energie. Cieľom tohto vynálezu je s čo najväčšou mierou využiť energetický potenciál energie prúdiacich tekutín ako je vietor a voda. Vynález spadá do oblasti energetiky.
Doterajší stav techniky
Zo stavu techniky je známych viacero princípov a zariadení na výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín. Sú to všeobecne známe veterné elektrárne a vodné elektrárne klasických konštrukcií s rotujúcimi listami veterných turbín a rotujúcimi lopatkami vodných turbín radiálne usporiadanými na rotore.
Sú známe aj netradičné konštrukcie, ako napríklad zariadenie poháňané vetrom z US dokumentu č. 4,595,336. Je to zariadenie odoberajúce energiu z pohybujúcich sa tekutín pomocou sústavy dvoch krídel vykonávajúcich kývavovratný pohyb. Uhol nábehu krídel je odvodený od vratného pohybu ramena, na ktorom sú uchytené. Nastavenie uhlu nábehu je riešené mechanickými časťami spojenými s ramenom. Osi krídel ostávajú rovnobežné s osou vratného pohybu počas celého cyklu pohybu. Toto riešenie neumožňuje ochranu pred poveternostnými podmienkami umiestnením mechanických častí mimo pohybujúcu sa tekutinu.
Ďalej je známe zariadenie na extrakciu energie z tečúcich kvapalín z US patentu č. 6,273,680 B1. Je to zariadenie odoberajúce energiu z pohybujúcich sa kvapalín pomocou sústavy viacerých krídel vykonávajúcich lineárny vratný pohyb. Uhol nábehu krídel je odvodený od tiahel, na ktorých sú uchytené. Nastavenie uhla nábehu je riešené mechanickými časťami spojenými s tiahlami. Osi krídel zostávajú kolmé na smer vratného pohybu počas celého cyklu pohybu. Zariadenie vyžaduje veľké množstvo jemných mechanických častí a podpornej konštrukcie.
Z US patentového spisu č. 6,652,232 B2 je známy systém oscilujúceho krídla, ktoré je samo-nastaviteľné. Je to zariadenie odoberajúce energiu z pohybujúcich sa kvapalín pomocou krídla vykonávajúceho kývavo-vratný pohyb. Uhol nábehu krídla je odvodený od ramena, na ktorom je uchytené. Nastavenie uhla nábehu je riešené mechanickými časťami spojenými s ramenom. Os krídla zostáva rovnobežná s osou vratného pohybu počas celého cyklu pohybu. Riešenie neumožňuje ochranu pred poveternostnými podmienkami umiestnením mechanických častí mimo pohybujúcu sa kvapalinu.
Napokon v diplomovej práci: Windstem, Remko Gerbenzon B.Sc., Technische Universiteit Delft, 2007 je opísaná štúdia uskutočniteľnosti veternej turbíny s jedným listom, ktorá kmitá vo vertikálnej rovine. Os listu je uchytená k povrchu zeme cez kĺbový spoj. Pod kĺbovým spojom je na osi listu pripevnené protizávažie vyvažujúce hmotnosť listu. Uhol nábehu krídla je odvodený od vratného pohybu listu. Zmena uhlu nábehu prebieha v krajných polohách spolu so zmenou smeru pohybu listu pomocou pružín. Krídlo sa pohybuje počas svojej dráhy, okrem krajných polôh, konštantnou rýchlosťou. Pružiny uložia kinetickú energiu listu a následne ju listu odovzdajú v opačnom smere. Zmena uhla nábehu prebieha len v krajných polohách pomocou mechanického zariadenia. Odoberanie energie zo systému prebieha napríklad lineárnymi generátormi spriahnutými s pružinami z ramena listu. Odoberanie energie a zmena uhla nábehu v krajných polohách má niekoľko nevýhod, ktoré tiež spomína autor diplomovej práce. Kinetická energia ramena listu v krajnej polohe je značná, preto jej uskladnenie vyžaduje masívne pružiny a teda sú zvýšené náklady na materiál. Pružiny sa pri odoberaní energie opierajú o rameno listu, čo v ramene listu vyvoláva značný ohybový moment. Rameno listu musí byť vyhotovené extrémne pevné, čo je opäť nákladné. Odber energie z lineárneho pohybu a jej zmena na napríklad elektrickú energiu je veľmi neefektívna. Elektrická energia zo zariadenia sa získava vo forme pulzov vznikajúcich v krajnej polohe listu a je ťažko priamo využiteľná. Zariadenie spôsobuje v krajných polohách značné otrasy, ktoré sú rušivé pre okolie a namáhajú mechanické časti zariadenia.
Vyššie uvedené nevýhody výroby elektrickej energie veternými elektrárňami so zreteľom na odstránenie hlučnosti, zníženie zriaďovacích nákladov a zvýšenie energetickej účinnosti, vytvorili priestor na vývoj efektívnejšieho spôsobu využitia veternej energie, ale aj energie prúdiacej vody, a konštrukcie príslušného zariadenia najmä na intenzifikovanú výrobu elektrickej energie a intenzifikované konanie práce.
Výsledkom tohto úsilia je ďalej opisovaný spôsob efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín a zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín v predloženom vynáleze.
Podstata vynálezu
Vyššie uvedené nedostatky sú odstránené spôsobom efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa tohto vynálezu s kyvadlovým pohybom listu a protizávažia v smere kolmom na prúdenie tekutiny v súčinnosti s plynulou a periodickou zmenou uhla listu na smer prúdenia tekutiny po sínusovej krivke, ktorého podstata spočíva v tom, že sa uskutočňuje:
- natočením plochy listu do smeru prúdenia tekutiny a/alebo;
- zmenou rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny a/alebo;
- zmenou rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny;
- odoberaním mechanickej práce vo forme krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily na pohon pripojených strojných zariadení alebo výrobu elektrickej energie z ramena protizávažia.
Vyššie uvedený spôsob efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa tohto vynálezu vyústil do konštrukcie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo na výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín, ktorého jadrom je kyvadlové zoskupenie listu a protizávažia výkyvné uložených vo výkyvnom kĺbe. Podstata vynálezu spočíva vtom, že výkyvný kĺb vertikálneho listu so symetrickým aero4 dynamickým profilom je spriahnutý s protizávažím s mierne vyššou hmotnosťou, ako má list, cez rameno protizávažia, pričom rameno protizávažia je spriahnuté s aspoň dvoma mechanizmami zo sústavy nasledujúcich riadiacich mechanizmov:
- Je to mechanizmus so zabudovaným zotrvačníkom, prvým kĺbovým uchytením, prvým tiahlom a prvým kĺbovým spojom na odoberanie krútiaceho momentu alebo fahovej/tlačnej sily. Pritom na zotrvačník je pripojený elektrický generátor alebo strojné zariadenie. Disk elektrického generátora má na obvode uchytené veľké množstvo magnetov so striedajúcou sa polaritou. V magnetickom poli týchto magnetov sú umiestnené statické cievky.
- Ďalej je to mechanizmus s obsiahnutým druhým kĺbovým uchytením, druhým tiahlom, druhým kĺbovým spojom a pákou uhla na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa v intervale 0° až do max ± 90° listu počas celého výkyvu voči smeru prúdenia tekutiny.
- Ďalej je to mechanizmus na plynulé natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny obsahujúci dĺžkovo prestaviteľný člen zaradený do druhého tiahla. Dĺžkovo prestaviteľným členom môže byť štvrtý lineárny aktuátor.
- Ďalej je to mechanizmus na zmenu rozkmitu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny buď s pridruženým prvým lineárnym aktuátorom k prvému kĺbovému uchyteniu, alebo s pridruženým druhým lineárnym aktuátorom k prvému kĺbovému spoju.
- Napokon je to mechanizmus na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny s pridruženým tretím lineárnym aktuátorom k druhému kĺbovému uchyteniu, alebo s pridruženým piatym lineárnym aktuátorom k páke uhlového záberu.
Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo na výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín môže byť realizované v modifikácii veternej turbíny, kde list sa nachádza nad protizávažím a výkyvný kĺb listu je umiestnený nad ťažiskom, pričom výkyv listu od vertikály je v uhle beta v intervale 0° až do ± 90° výkyvu.
Alternatívne v modifikácii veternej turbíny je výkyvný kĺb listu umiestnený v ťažisku, pričom výkyv listu od horizontály je v uhle beta v intervale 0° až do max ± 90° výkyvu.
Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo na výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín môže byť realizované v modifikácii vodnej turbíny, kde list sa nachádza pod protizávažím a výkyvný kĺb listu je umiestnený nad ťažiskom, pričom výkyv listu od vertikály je v uhle beta v intervale 0° až do max ± 90° výkyvu.
Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín je s výhodou modulárnym kontajnerovým zariadením, kde výkyvný kĺb listu, protizávažie, zotrvačník a aspoň dva mechanizmy zo sústavy riadiacich mechanizmov zahrňujúcich mechanizmus na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily, mechanizmus na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu počas celého výkyvu voči smeru prúdenia tekutiny, mechanizmus na plynulé natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny, prvý a druhý mechanizmus na zmenu rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny alebo prvý a druhý mechanizmus na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny sú zabudované v kontajneri umiestnenom na povrchu alebo pod povrchom zeme alebo zabudovanom na lodi alebo v budove. Turbína môže byť osadená na dne v prúde kvapaliny (vodný tok, príliv-odliv, a iné), alebo na plaváku (loď zakotvená v riečnom prúde a iné) Pre jedny rozšírené realizácie sú výkyvný kĺb listu, protizávažie zabudované v prídavnom pridruženom rozširujúcom kontajneri.
Pre druhé rozšírené realizácie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo na výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín je v jednej modifikácií zariadenie podľa vynálezu riešené tak, že listy sú viacnásobne lineárne radené, pričom aspoň dva mechanizmy jedného druhu zo sústavy riadiacich mechanizmov zahrňujúcich mechanizmus na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily, mechanizmus na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu počas celého výkyvu voči smeru prúdenia tekutiny, mechanizmus na plynulé natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny, prvý a druhý mechanizmus na zmenu rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny alebo prvý a druhý mechanizmus na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny sú spolu spriahnuté alebo sú navzájom nezávislé. Ak listy sú spriahnuté spolu, tak v tomto prípade sa všetky listy pohybujú v rovnakej fáze. Ak sú nezávislé, tak v tomto prípade sa listy pohybujú v rozdielnych fázach.
Pre druhé rozšírené realizácie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo na výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín je v druhej modifikácií zariadenie podľa vynálezu riešené tak, že listy sú viacnásobne radiálne radené, pričom aspoň dva mechanizmy jedného druhu zo sústavy riadiacich mechanizmov zahrňujúcich mechanizmus na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily, mechanizmus na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu počas celého výkyvu voči smeru prúdenia tekutiny, mechanizmus na plynulé natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny, prvý a druhý mechanizmus na zmenu rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny alebo prvý a druhý mechanizmus na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny sú spolu spriahnuté alebo sú navzájom nezávislé. Ak listy sú spriahnuté spolu, tak v tomto prípade sa všetky listy pohybujú v rovnakej fáze. Ak sú nezávislé, tak v tomto prípade sa listy pohybujú v rozdielnych fázach.
Pojmom „tekutina“ sa rozumie spoločné označenie kvapalín a plynov.
Podrobný opis vynálezu
Funkciu zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo na výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín možno opísať nasledovne. List vo svojej základnej polohe má približne maximálny uhol listu a jeho os je kolmá na zem. Vietor obtekaním profilu listu spôsobuje sily nie rovnobežné s osou kyvadlového pohybu. List sa následkom týchto aerodynamických síl začne pohybovať k obom krajným polohám kyvadlového pohybu. V krajnej polohe je uhol listu približne nulový, preto aerodynamické sily spôsobené vetrom sú približne rovnobežné s osou kyvadlového pohybu a tým neprispievajú k pohybu listu. Pohyb listu v tejto fáze je spôsobený kinetickou energiou uloženou v disku zotrvačníka. Po prekonaní oboch krajných polôh uhol listu stúpa v opačnom smere ako v základnej polohe a je opäť približne maximálny v základnej polohe osi listu kolmej na zem. List následne znižuje uhol až do približne nulového v oboch krajných polohách. Pri pohybe k základnej polohe listu kolmej na zem bude uhol listu opäť rásť v smere základnej polohy. Tento cyklus sa opakuje. Rotácia disku zotrvačníka spriahnutého s diskom generátora tento disk roztáča. Zmena magnetického poľa v cievkach, ktorá je spôsobená striedavou polaritou magnetov a rotáciou disku generátora na ktorom sú cievky prichytené, generuje elektrický prúd. Proces indukcie elektrického poľa v cievkach pri zmene sily a orientácie magnetického poľa je dobre známy. V základnom riešení je zotrvačník popísaný so zvislou osou rotácie, možné je však aj riešenie s osou vodorovnou, prípadne v inom uhle.
Ďalej budú opísané možnosti nastavenia napríklad veternej turbíny. Je možnosť nastavenia veternej turbíny podľa smeru vetra. Základné riešenie pracuje optimálne pri smere vetra rovnobežnom s osou kyvadlového pohybu. Schopnosť konvertovať mechanickú energiu vetra na rotačný pohyb disku generátora je úmerná uhlu nábehu, klesá po sínusoide od základnej polohy osi listu smerom ku krajným polohám listu. Pri smeroch vetra iných ako rovnobežných s osou kyvadlového pohybu pôsobia sily spôsobené prúdením vzduchu na liste v krajných polohách listu a v ich blízkosti, opačne spôsobujú spomalenie rotácie disku generátora. Popísanému efektu je možné predísť úpravou dĺžky druhého tiahla. Predĺžením, alebo skrátením druhého tiahla je možné uhol približne konštantné otočiť počas celého cyklu kyvadlového pohybu listu a tým výrazne zvýšiť efektivitu pri smeroch vetra iných ako rovnobežných s osou kyvadlového pohybu. Predĺženie, alebo skrátenie druhého tiahla môže byť dosiahnuté napríklad pomocou lineárneho serva, hydraulického piestu alebo s pantografovým alebo lineárnym vodiacim mechanizmom.
Veterná turbína podľa vynálezu umožňuje nastavenie uhla listu v zvislej polohe. Pre rôzne rýchlosti vetra a rôzne rýchlosti rotácie disku zotrvačníka je vhodné použiť rôzne maximálne uhly listu. Zmenou dĺžky páky uhlu listu alebo zmenou dĺžky kľuky druhého tiahla je možné maximálne uhly listu v základnej polohe osi listu nastaviť. Predĺžením páky uhla listu sa maximálny uhol listu znižuje, skrátením páky uhla listu sa zvyšuje. Predĺžením kľuky druhého tiahla sa uhol listu zvyšuje, skrátením kľuky druhého tiahla sa uhol listu znižuje. Predĺženie alebo skrátenie páky uhla listu a kľuky druhého tiahla môže byť dosiahnuté napríklad pomocou lineárneho serva, hydraulického piestu, s pantogra-fovým alebo lineárnym vodiacim mechanizmom.
Veterná turbína podľa vynálezu ďalej umožňuje nastavenie krajných polôh kyvadlového pohybu. Pre rôzne rýchlosti vetra a rôzne rýchlosti rotácie disku zotrvačníka je vhodné použiť rôzne krajné polohy kyvadlového pohybu. Zmenou umiestnenia kĺbu prvého tiahla na osi listu alebo zmenou vzdialenosti medzi kĺbovým uchytením prvého tiahla a osou rotácie zotrvačníka je možné krajné polohy kyvadlového pohybu nastaviť. Zväčšením vzdialenosti medzi kĺbovým spojom prvého tiahla a osou kyvadlového pohybu sa uhol medzi krajnými polohami kyvadlového pohybu zmenšuje, zmenšením sa zväčšuje. Zväčšením vzdialenosti medzi kĺbovým uchytením prvého tiahla a osou rotácie zotrvačníka sa uhol medzi krajnými polohami kyvadlového pohybu zväčšuje, zmenšením sa zmenšuje.
Výhody spôsobu efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa tohto vynálezu a z neho odvodenej konštrukcie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo na výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa vynálezu sú zjavné z jeho účinkov, ktorými sa prejavuje navonok. Účinky tohto vynálezu spočívajú najmä v tom, že mechanické časti základného riešenia sú dostupné z povrchu zeme a nie je potrebné použitie žeriavov alebo iných zariadení na vertikálny prenos ťažkých objektov pri inštalácií, prevádzke a oprave popisovaného zariadenia. Pri rotačných turbínach hrozí vznik námrazy, ktorá postupne pribúda až kým sa pri kritickom rozmere neodtrhne a neopustí list poháňaná gravitáciou a odstredivou silou, umožňujúcou veľké rýchlosti a teda veľké možné nebezpečenstvo škody alebo úrazu pri dopade. Popisované riešenie podľa vynálezu je prízemné a charakter pohybu listu námrazu postupne striasa a tak pri vzniknutej námraze nehrozí vysoké gravitačné zrýchlenie ani veľká odstredivá sila. Charakterom prízemného osadenia je staticky možne použiť oveľa väčšiu efektívnu aerodynamickú plochu. Následkom veľkej aerodynamickej plochy je možné znížiť rýchlosť pohybu listu a tým znížiť akustické efekty a nebezpečenstvo pre vtáctvo. Popisované riešenie umožňuje napojenie teoreticky nekonečného množstva efektívnych aerodynamických plôch na jediný generátor. To umožňuje zníženie nákladov údržby opravy a obstarávania. Nastavenie smeru vetra, hoci obmedzene uhlom, nevyžaduje otáčanie celého zariadenia na rozdiel od jestvujúcich riešení známych zo stavu techniky. Zariadenie má plynulú zmenu rýchlosti krídla, čo znižuje mechanické namáhanie jeho častí na rozdiel od „windstream“ systému. Zariadenie pri podzemnej inštalácií nie je mimo efektívnej aerodynamickej plochy, ktorej podstata expozíciu vyžaduje, vôbec viditeľné. Konštrukcia umiestnenia v kontajneroch umožňuje prefabrikáciu. Pri inštalácií nie je potrebná prítomnosť odborného personálu. Kontajnerový systém je veľmi dobre transportovateľný. Modularita umožňuje zariadenie doplňovať rôznymi inými funkciami, ako sú napr. ihrisko alebo utečenci a pod. List môže mať rôzne tvary pre rôzne situácie. Veľká plocha listu sa dá použiť na reklamu. Radením viacerých listov sa dá dosiahnuť plynulejší priebeh výkonu. List je opraviteľný\vymeniteľný zo zeme. List môže začínať vo väčšej výške a tým môžu okolo chodiť bezpečne ľudia (pri nízkej frekvencií). Pri väčšej rýchlosti vetra sa list dokáže naklopiť v smere vetra pri použití naklápacieho serva a tým znížiť svoj odpor, prípadne sklopiť list na zem. Veľká plocha listu a hrúbka listu tiež umožňujú uloženie mechanizmov na zmenu tvaru aerodynamického profilu. V uskutočnení na získavanie energie tečúcej rieky je vrtuľa náchylnejšia na poškodenie plávajúcim drevom a musí mať vodotesné ložiská, ktoré je potrebné mazať. Riešenie podľa tohto vynálezu umožňuje použitie manžety na osi listu, čím sa dosiahne vodotesnosť. Z lode potom vyčnievajú len hydrodynamický efektívne časti. Pohyb listu je pomalý, preto aj pri náraze o dno alebo plávajúci objekt je pripadne poškodenie menšie a aj pre vodné živočíchy a rastlinstvo je minimálne riziko. Je taktiež možné list sklopiť do transportnej polohy, čím ho je možné použiť ako kormidlo počas plavby.
Prehľad obrázkov na výkresoch
Spôsob efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín a zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo na výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa vynálezu budú bližšie objasnené na konkrétnych realizáciách zobrazených na výkresoch:
Obr. 1a znázorňuje základné konštrukčné usporiadanie veternej turbíny pre nadzemné aplikácie s mechanizmom na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily a mechanizmom na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu.
Na obr. 1b je znázornená kontajnerová zostava veternej turbíny pre podzemné uloženie.
Na obr. 1c je v grafe znázornená sínusová krivka plynulej zmeny uhla listu.
Na obr. 2a je znázornený mechanizmus na plynulé natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny.
Na obr. 2b je v grafe je znázornené natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny.
Na obr. 3a je znázornený prvý mechanizmus na zmenu rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny.
Na obr. 3b je znázornený druhý mechanizmus na zmenu rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny.
Na obr. 3c je v grafe je znázornené zníženie amplitúdy rozkmitu výkyvu listu.
Na obr. 4a je znázornený prvý mechanizmus na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny.
Na obr. 4b je znázornený druhý mechanizmus na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny.
Na obr. 4c je v grafe je znázornené zníženie rozkmitu uhla listu.
Na obr. 5 je znázornená zostava vodnej turbíny pre lodné usporiadanie.
Na obr. 6a je znázornené lineárne radenie troch veterných turbín pre jednoduchosť so znázornenými spriahnutými len mechanizmami na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily a spriahnutými len mechanizmami na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu a schematický priebeh výkonu počas jedného cyklu.
Na obr. 6b je znázornené lineárne radenie troch veterných turbín pre jednoduchosť so znázornenými nezávislými len mechanizmami na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily a nezávislými len mechanizmami na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu a schematický priebeh výkonu počas jedného cyklu.
Na obr. 7a je znázornené radiálne radenie troch veterných turbín pre jednoduchosť so znázornenými spriahnutými len mechanizmami na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily a spriahnutými len mechanizmami na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu a schematický priebeh výkonu počas jedného cyklu.
Na obr. 7b je znázornené radiálne radenie troch veterných turbín pre jednoduchosť so znázornenými nezávislými len mechanizmami na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/ tlačnej sily a nezávislými len mechanizmami na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu a schematický priebeh výkonu počas jedného cyklu.
Obr. 8a znázorňuje konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z prúdiaceho vzduchu s mechanizmom na odoberanie krútiaceho momentu na pohon kolotoča umiestneného v zábavnom parku.
Obr. 8b znázorňuje konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšiu výrobu elektrickej energie pre potreby utečencov v humanitárnom zbernom tábore.
Obr. 9a znázorňuje konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z prúdiaceho vzduchu v základnom kontajnerovom uskutočnení.
Obr. 9b znázorňuje konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z prúdiaceho vzduchu s jedným hlavným kontajnerom a jedným pridruženým rozširujúcim kontajnerom s jedným listom v lineárnom usporiadaní.
Obr. 9c znázorňuje konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z prúdiaceho vzduchu s jedným hlavným kontajnerom a jedným pridruženým rozširujúcim kontajnerom s dvoma listami v lineárnom usporiadaní.
Obr. 9d znázorňuje konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z prúdiaceho vzduchu s jedným hlavným kontajnerom a dvoma pridruženými rozširujúcimi kontajnermi po jednom liste v radiálnom usporiadaní.
Obr. 9e znázorňuje konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z prúdiaceho vzduchu s jedným hlavným kontajnerom a piatimi pridruženými rozširujúcimi kontajnermi po dvoch listoch v radiálnom usporiadaní.
Príklady uskutočnenia
Je zrejmé, že jednotlivé uskutočnenia spôsobu efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín a prislúchajúce zariadenie podľa vynálezu sú predstavované na ilustráciu a nie ako ich obmedzenia. Odborníci znalí v stave techniky budú schopní zistiť s použitím nie viac ako rutinného experimentovania mnoho ekvivalentov k špecifickým uskutočneniam vynálezu. Aj takéto ekvivalenty budú potom spadať do rozsahu nasledujúcich patentových nárokov.
Pre odborníkov znalých v stave techniky nemôže robiť problém dimenzovanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo na výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín a vhodná voľba materiálov a konštrukčných usporiadaní, preto tieto znaky neboli detailne riešené.
Príklad 1
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu je opísaný spôsob efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín, ktorého činnosť je zrejmá z obr. 1 a 2. Spôsob využíva kyvadlový pohybu listu a protizávažia v smere kolmom na prúdenie tekutiny v súčinnosti s plynulou a periodickou zmenou uhla listu na smer prúdenia tekutiny po sínusovej krivke. V spôsobe sa ďalej uskutočňuje:
- natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny a/alebo ak dochádza k zmene smeru prúdeniu vetra alebo vody;
- zmena rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny a/alebo ak je to nedostačujúce, tak aj
- zmena rozkmitu uhla listu vzhľadom na veľkú rýchlosť prúdenia tekutiny;
- odoberanie mechanickej práce vo forme krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily na pohon pripojených strojných zariadení alebo výrobu elektrickej energie z ramena protizávažia.
Príklad 2
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu je opísaná konštrukcia zariadenia na efektívnejšie výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín t.j. v modifikácii veternej turbíny osadenej pod úrovňou terénu 26 tak, ako je to znázornené na obr. 1 a 2. Jadrom konštrukcie je kyvadlové zoskupenie vertikálneho listu i a protizávažia 5 výkyvné uložených vo výkyvnom kĺbe 3 s osou 6 výkyvu a uložených v statických prvkoch 16. V tomto prípade sa list 1 nachádza nad protizávažím 5 a výkyvný kĺb 3 listu 1 je umiestnený nad ťažiskom. Podstata vynálezu spočíva v tom, že výkyvný kĺb 3 vertikálneho listu 1 so symetrickým aerodynamickým profilom a svojou osou 7 a ramenom 2a listu 1 je spriahnutý s protizávažím 5 s mierne vyššou hmotnosťou ako má list i cez rameno 2a protizávažia 5, pričom rameno 2a protizávažia 5 je spriahnuté s nasledujúcimi riadiacimi mechanizmami. Prvým je mechanizmus A so zabudovaným zotrvačníkom 10 so svojou osou 17 rotácie, prvým kĺbovým uchytením 21 s trajektóriou pohybu 18, prvým tiahlom 20 a prvým kĺbovým spojom 22 na odoberanie krútiaceho momentu. Pritom na zotrvačník 10 je pripojený elektrický generátor 12. Disk elektrického generátora má na obvode uchytenú sústavu magnetov 13 so striedajúcou sa polaritou. V magnetickom poli týchto magnetov 13 sú umiestnené statické cievky 14. Druhým je mechanizmus B uložený na hriadeli 11 s kľukou 15 s obsiahnutým druhým kĺbovým uchytením 24 s trajektóriou pohybu 19, druhým tiahlom 23, druhým kĺbovým spojom 25 a pákou 4 uhla nábehu na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa v intervale od 0° do ± 80° maximálne až do ±90° listu 1 počas celého výkyvu od jednej krajnej polohy 8 po druhú krajnú polohu 9 voči smeru prúdenia tekutiny, ako je to znázornené na grafe z obr. 1c. Tretím je mechanizmus C na plynulé natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny obsahujúci dĺžkovo prestaviteľný člen zaradený do druhého tiahla 23. Dĺžkovo prestaviteľným členom je štvrtý lineárny aktuátor 100, ako je to znázornené na obr. 2a a grafe na obr. 2b. Štvrtým je mechanizmus D1 na zmenu rozkmitu výkyvu listu 1 vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny s pridruženým prvým lineárnym aktuátorom 101 k prvému kĺbovému uchyteniu 21, ako je to znázornené na obr. 3a, alebo alternatívnym piatym mechanizmom D2 na zmenu rozkmitu výkyvu listu 1 vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny s pridruženým druhým lineárnym aktuátorom 102 k prvému kĺbovému spoju 22, ako je to znázornené na obr. 3b. Účinky štvrtého a/alebo piateho mechanizmu Dl, D2 na zmenu rozkmitu výkyvu listu 1 od vertikály v uhle beta v intervale od 0° do ± 60° maximálne až do ±90° vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny sú zobrazené v grafe na obr. 3c. Šiestym je mechanizmus E1 na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny s pridruženým tretím lineárnym aktuátorom 103 k druhému kĺbovému uchyteniu 24, ako je to znázornené na obr. 4a, alebo alternatívnym siedmym mechanizmom E2 na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny s pridruženým piatym lineárnym aktuátorom 104 k páke 4 uhlového záberu, ako je to znázornené na obr. 4b. Účinky šiesteho a/alebo siedmeho mechanizmu E1. E2 na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny sú zobrazené v grafe na obr. 4c.
Príklad 3
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu sú opísané aplikácie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z vetra. Konštrukcia je už dostatočne opísaná v príklade 2. Na obr. 1a je znázornená aplikácia kontajnerového typu ukotvená na povrchu zeme a vhodná je aj na osadenie do osamelých ostrovov s nízkym počtom obyvateľov. Na obr. 1b je znázornená aplikácia kontajnerového typu umiestnená/zakopaná pod úrovňou zeme a vhodná je na osadenie do prímestských lokalít na okrajoch sídlisk.
Príklad 4
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu je opísaná konštrukcia zariadenia na efektívnejšie výrobu elektrickej energie z prúdiacej kvapaliny (vody),t.j. v modifikácii vodnej turbíny tak, ako je to znázornené na obr. 5. Jadrom konštrukcie je opäť kyvadlové zoskupenie vertikálneho listu 1 a protizávažia 5 výkyvné uložených vo výkyvnom kĺbe 3, pričom konštrukcia je ukotvená na lodi alebo pontóne, ako je to opísané už v príklade 2. Rozdielnosť konštrukcie spočíva v tom, že list 1 sa nachádza pod protizávažím 5 a výkyvný kĺb 3 listu 1 je umiestnený nad ťažiskom, pričom rozkmit výkyvu listu 1 od vertikály je v uhle beta max ± 90° výkyvu.
Príklad 5
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu sú opísané aplikácie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie zvetrá pre viacnásobné radenia. Konštrukcia jednotlivých zariadení je už dostatočne opísaná v príklade 2. Na obr. 6a je znázornené lineárne radenie troch veterných turbín pre jednoduchosť so znázornenými spriahnutými len mechanizmami A na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily s jednou spoločnou kľukou a spriahnutými len mechanizmami B na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu s jednou spoločnou kľukou. Na priloženej schéme je znázornený priebeh výkonu počas jedného cyklu dosahujúci hodnoty nuly až dvoch maxím.
Príklad 6
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu sú opísané aplikácie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie zvetrá pre viacnásobné radenia. Konštrukcia jednotlivých zariadení je už dostatočne opísaná v príklade 2. Na obr. 6b je znázornené lineárne radenie troch veterných turbín pre jednoduchosť so znázornenými nezávislými len mechanizmami A na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily s troma nezávislými kľukami a nezávislými len mechanizmami B na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu s troma nezávislými kľukami. Na priloženej schéme je znázornený priebeh výkonu počas jedného cyklu dosahujúci hodnoty šiestim miním a šiestich maxím.
Príklad 7
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu sú opísané aplikácie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie zvetrá pre viacnásobné radenia. Konštrukcia jednotlivých zariadení je už dostatočne opísaná v príklade 2. Na obr. 7a je znázornené radiálne radenie troch veterných turbín pre jednoduchosť so znázornenými spriahnutými len mechanizmami A na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily s jednou spoločnou kľukou a spriahnutými len mechanizmami B na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu s jednou spoločnou kľukou. Na priloženej schéme je znázornený priebeh výkonu počas jedného cyklu dosahujúci hodnoty šiestim miním a šiestich maxím.
Príklad 8
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu sú opísané aplikácie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie zvetrá pre viacnásobné radenia. Konštrukcia jednotlivých zariadení je už dostatočne opísaná v príklade 2. Na obr. 7b je znázornené radiálne radenie troch veterných turbín pre jednoduchosť so znázornenými nezávislými len mechanizmami A na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily s troma nezávislými kľukami a nezávislými len mechanizmami B na plynulú a periodickú zmenu uhla alfa listu s troma nezávislými kľukami. Na priloženej schéme je znázornený priebeh výkonu počas jedného cyklu dosahujúci hodnoty nuly až dvoch maxím.
Príklad 9
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu je opísaná aplikácia zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z vetra. Konštrukcia zariadenia je už dostatočne opísaná v príklade 2. Na obr. 8a je znázornené konštrukčné usporiadanie zariadenia pre jednoduchosť len s mechanizmom A na odoberanie krútiaceho momentu na pohon kolotoča umiestneného v zábavnom parku.
Príklad 10
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu je opísaná aplikácia zariadenia na efektívnejšiu výrobu elektrickej energie z vetra. Konštrukcia zariadenia je už dostatočne opísaná v príklade 2. Na obr. 8b je znázornené konštrukčné usporiadanie zariadenia pre jednoduchosť len s mechanizmom A pre potreby utečencov v humanitárnom utečeneckom tábore. Je to v podstate energetický kontajner, v ktorom sú ešte združené fotovoltaické systémy 200 s batériami 201, dieselový agregát 202 a zásobníkové systémy s vodou 203 a zariadenie na úpravu kvality vody 204.
Príklad 11
V tomto príklade konkrétneho uskutočnenia predmetu vynálezu sú opísané modulárne aplikácie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z vetra pre viacnásobné kontajnerové radenia. Konštrukcia jednotlivých zariadení je už dostatočne opísaná v príklade 2. Na obr. 9a je znázornené konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z prúdiaceho vzduchu v základnom kontajnerovom uskutočnení s jedným listom 1 a jedným elektrickým generátorom 12. Na obr. 9b je znázornené konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z prúdiaceho vzduchu s jedným hlavným kontajnerom s jedným listom 1 a jedným elektrickým generátorom 12 a jedným pridruženým rozširujúcim kontajnerom s jedným listom 1 v lineárnom usporiadaní. Na obr. 9c je znázornené konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z prúdiaceho vzduchu s jedným hlavným kontajnerom s jedným listom 1 a jedným elektrickým generátorom 12 a jedným pridruženým rozširujúcim kontajnerom s dvoma listami 1 v lineárnom usporiadaní. Na obr. 9d je znázornené konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z prúdiaceho vzduchu s jedným hlavným kontajnerom s jedným listom 1 a jedným elektrickým generátorom 12 a dvoma pridruženými rozširujúcimi kontajnermi po jednom liste 1 v radiálnom usporiadaní. Na obr. 9e je znázornené konštrukčné usporiadanie zariadenia na efektívnejšie získavanie mechanickej práce z prúdiaceho vzduchu s jedným hlavným kontajnerom s jedným listom 1 a jedným elektrickým generátorom 12 a piatimi pridruženými rozširujúcimi kontajnermi po dvoch listoch 1 v radiálnom hviezdicovom usporiadaní.
Priemyselná wužitefnosť
Spôsob efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín a prislúchajúce zariadenie podľa vynálezu nachádza uplatnenie najmä v energetickom priemysle ale aj ako pohon pre čerpadlá, navijaky, kolotoče a pod.

Claims (10)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Spôsob efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín s kyvadlovým pohybom listu a protizávažia v smere kolmom na prúdenie tekutiny v súčinnosti s plynulou a periodickou zmenou uhla listu na smer prúdenia tekutiny po sínusovej krivke, vyznačujúci sa tým, že sa uskutočňuje:
    - natočením plochy listu do smeru prúdenia tekutiny a/alebo;
    - zmenou rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny a/alebo;
    - zmenou rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny;
    - odoberaním mechanickej práce vo forme krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily na pohon pripojených strojných zariadení alebo na výrobu elektrickej energie z ramena protizávažia.
  2. 2. Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín pozostávajúce z kyvadlového usporiadania listu a protizávažia výkyvné uložených vo výkyvnom kĺbe, vyznačujúce sa tým, že výkyvný kĺb (3) listu (1) je spriahnutý s protizávažím (5) cez rameno (2b) protizávažia, pričom rameno (2b) protizávažia je spriahnuté s aspoň dvoma mechanizmami zo sústavy riadiacich mechanizmov zahrňujúcich:
    - mechanizmus (A) so zabudovaným zotrvačníkom (10), prvým kĺbovým uchytením (21), prvým tiahlom (20) a prvým kĺbovým spojom (22) na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily, pričom na zotrvačník (10) je pripojený elektrický generátor alebo strojné zariadenie;
    - mechanizmus (B) s obsiahnutým druhým kĺbovým uchytením (24), druhým tiahlom (23), druhým kĺbovým spojom (25) a pákou (4) uhla nábehu na plynulú a periodickú zmenu uhla (alfa) v intervale 0° až do max ± 90° listu počas celého výkyvu voči smeru prúdenia tekutiny;
    A/
    - mechanizmus (C) na plynulé natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny obsahujúci dĺžkovo prestaviteľný člen zaradený do druhého tiahla (23);
    - prvý mechanizmus (D1) na zmenu rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny buď s pridruženým prvým lineárnym aktuátorom (101) k prvému kĺbovému uchyteniu (21), alebo druhý mechanizmus (D2) na zmenu rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny s pridruženým druhým lineárnym aktuátorom (102) k prvému kĺbovému spoju (22);
    - prvý mechanizmus (E1) na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny s pridruženým tretím lineárnym aktuátorom (103) k druhému kĺbovému uchyteniu (24), alebo druhý mechanizmus (E2) na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny s pridruženým piatym lineárnym aktuátorom (104) k páke (4) uhlového záberu.
  3. 3. Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že dĺžkovo prestaviteľným členom je štvrtý lineárny aktuátor (100).
  4. 4. Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že v modifikácii veternej turbíny sa list (1) nachádza nad protizávažím (5) a výkyvný kĺb (3) listu (1) je umiestnený nad ťažiskom, pričom výkyv listu (1) od vertikály je v uhle (beta) v intervale 0° až do max ± 90° výkyvu.
  5. 5. Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že v modifikácii veternej turbíny je výkyvný kĺb (3) listu (1) umiestnený v ťažisku, pričom výkyv listu (1) od horizontály je v uhle (beta) max ± 90° výkyvu.
    AJ
  6. 6. Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa nároku 2, vyznačujúce sa tým, že v modifikácii vodnej turbíny sa list (1) nachádza pod protizávažím (5) a výkyvný kĺb (3) listu (1) je umiestnený nad ťažiskom, pričom výkyv listu (1) od vertikály je v uhle (beta) max ± 90° výkyvu.
  7. 7. Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa aspoň jedného z nárokov 2 až 6, vyznačujúce sa tým, že výkyvný kĺb (3) listu (1), protizávažie (5), zotrvačník (10) a aspoň dva mechanizmy zo sústavy riadiacich mechanizmov zahrňujúcich mechanizmus (A) na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily, mechanizmus (B) na plynulú a periodickú zmenu uhla (alfa) listu počas celého výkyvu voči smeru prúdenia tekutiny, mechanizmus (C) na plynulé natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny, prvý a druhý mechanizmus (D1, D2) na zmenu rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny alebo prvý a druhý mechanizmus (E1, E2) na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny sú zabudované v kontajneri umiestnenom na povrchu alebo pod povrchom zeme alebo zabudovanom na lodi alebo v budove.
  8. 8. Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa aspoň jedného z nárokov 2 až 6, vyznačujúce sa tým, že výkyvný kĺb (3) listu (1), protizávažie (5) sú zabudované v prídavnom kontajneri.
  9. 9. Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa aspoň jedného z nárokov 2 až 8, vyznačujúce sa tým, že listy (1) sú viacnásobne lineárne radené, pričom aspoň dva mechanizmy jedného druhu zo sústavy riadiacich mechanizmov zahrňujúcich mechanizmus (A) na odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily, mecha-nizmus (B) na plynulú a periodickú zmenu uhla (alfa) listu počas celého výkyvu voči smeru prúdenia tekutiny, mechanizmus
    X (C) na plynulé natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny, prvý a druhý mechanizmus (D1, D2) na zmenu rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny alebo prvý a druhý mechanizmus (E1, E2) na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny sú spolu spriahnuté alebo sú navzájom nezávislé.
  10. 10. Zariadenie na efektívnejšie získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín podľa aspoň jedného z nárokov 2 až 8, vyznačujúce sa tým, že listy (1) sú viacnásobne radiálne radené, pričom aspoň dva mechanizmy jedného druhu zo sústavy riadiacich mechanizmov zahrňujúcich mechanizmus (A) odoberanie krútiaceho momentu alebo ťahovej/tlačnej sily, mechanizmus (B) na plynulú a periodickú zmenu uhla (alfa) listu počas celého výkyvu voči smeru prúdenia tekutiny, mechanizmus (C) na plynulé natočenie plochy listu do smeru prúdenia tekutiny, prvý a druhý mechanizmus (D1, D2) na zmenu rozkmitu výkyvu listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny alebo prvý a druhý mechanizmus (Ε1, E2) na zmenu rozkmitu uhla listu vzhľadom na rýchlosť prúdenia tekutiny sú spolu spriahnuté alebo sú navzájom nezávislé.
SK500752015A 2015-11-10 2015-11-10 Zariadenie na získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín SK288982B6 (sk)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK500752015A SK288982B6 (sk) 2015-11-10 2015-11-10 Zariadenie na získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín
HUE16864683A HUE063450T2 (hu) 2015-11-10 2016-11-09 Módszer és készülék mechanikai munka és/vagy energia hatékony kinyerésére folyadékáramlásból és ennek megvalósítására
US15/774,741 US10662922B2 (en) 2015-11-10 2016-11-09 Method for efficiently obtaining mechanical work and/or generating power from fluid flows and apparatus thereof
PCT/SK2016/060004 WO2017082832A1 (en) 2015-11-10 2016-11-09 Method for efficiently obtaining mechanical work and/or generating power from fluid flows and apparatus thereof
EP16864683.4A EP3374628B1 (en) 2015-11-10 2016-11-09 Method for efficiently obtaining mechanical work and/or generating power from fluid flows and apparatus thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK500752015A SK288982B6 (sk) 2015-11-10 2015-11-10 Zariadenie na získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK500752015A3 true SK500752015A3 (sk) 2017-06-02
SK288982B6 SK288982B6 (sk) 2022-08-10

Family

ID=58695858

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK500752015A SK288982B6 (sk) 2015-11-10 2015-11-10 Zariadenie na získavanie mechanickej práce a/alebo výrobu elektrickej energie z prúdiacich tekutín

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10662922B2 (sk)
EP (1) EP3374628B1 (sk)
HU (1) HUE063450T2 (sk)
SK (1) SK288982B6 (sk)
WO (1) WO2017082832A1 (sk)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017174161A1 (en) * 2016-04-07 2017-10-12 Vortex Bladeless, S.L. Electrical power generator
RU188468U1 (ru) * 2017-07-12 2019-04-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Устройство для преобразования возобновляемой энергии
US10968884B2 (en) * 2017-09-01 2021-04-06 Douglas Richard English Fluid flow energy harvester
US10756596B2 (en) * 2017-10-16 2020-08-25 Undula Tech LLC Fluid-powered generator
GB2604639A (en) * 2021-03-11 2022-09-14 Katrick Tech Limited Wind energy harvesting device, system and method of manufacture
JP2024514235A (ja) * 2021-03-11 2024-03-29 カトリック テクノロジーズ リミテッド エネルギーハーベスティング装置、システムおよび製造方法
GB2622277A (en) * 2022-09-12 2024-03-13 Sealec Ltd A power generator for generating power from a water flow

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4024409A (en) * 1975-01-07 1977-05-17 Payne Peter R Aeolian windmill
US4595336A (en) 1982-06-28 1986-06-17 Solartech Energy And Research Corporation Wind powered apparatus
WO1990008895A1 (en) 1989-01-26 1990-08-09 Raoul Derek Smith Wind motor
ATE266811T1 (de) 1996-09-20 2004-05-15 Lee Arnold Energiegewinnung aus strömenden fluiden
CA2365650A1 (en) 2001-12-20 2003-06-20 Maxime Lambert Bolduc Self-trimming oscillating wing system
EP1922482A4 (en) * 2005-02-25 2012-12-19 David C Morris WIND TURRET: OSCILLATING WIND GENERATOR AND ARTICULATED
JP4990889B2 (ja) * 2005-06-01 2012-08-01 アーノルド・システムズ・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー 流体への及び流体からの運動エネルギーの伝達
PT1913204E (pt) * 2005-08-12 2015-10-09 Biopower Systems Pty Ltd Dispositivo de captura de energia das ondas
NL2000889C2 (nl) * 2007-09-28 2009-03-31 Tenca Inrichting voor het opwekken van vermogen uit wind- of waterstroming.
US7839009B2 (en) * 2008-02-28 2010-11-23 Philip A Rink Buoyant blade free stream tidal power device
US20090224553A1 (en) * 2008-03-04 2009-09-10 Johnnie Williams Oscillating Windmill
CN102597497B (zh) * 2009-08-24 2015-08-12 振荡翼片发展有限公司 用于在流体中振荡翼片的方法和设备
US20110064576A1 (en) * 2009-09-17 2011-03-17 Tianshu Liu Wind Oscillator for Power Generation
US20120187694A1 (en) * 2009-09-23 2012-07-26 Engervik Technology As Converting Kinetic Energy Using a Hydrofoil
US9188103B2 (en) * 2009-10-13 2015-11-17 Aerodynenergy, Inc. Wind energy systems and methods of use
US8497595B1 (en) * 2009-11-16 2013-07-30 Lockheed Martin Corporation Surface wind power generation array
KR101761173B1 (ko) * 2010-03-16 2017-08-04 베르드에르그 리미티드 유체 흐름을 이용한 전력 생산 장치
US9006919B2 (en) * 2011-03-08 2015-04-14 Gerard J. Lynch Adaptive hydrokinetic energy harvesting system
US9109573B2 (en) * 2012-02-03 2015-08-18 Incurrent Turbines Ltd. Bluff body turbine and method
DK177654B1 (da) * 2012-06-20 2014-02-03 Subcpartner Holding Aps Bølgekraftkonverter
US9212653B2 (en) * 2012-11-16 2015-12-15 John A. Saavedra Power generator utilizing fluid flow around an airfoil
US8734084B1 (en) * 2012-12-17 2014-05-27 Andrew Lovas Wind wing
US9835130B1 (en) * 2013-09-20 2017-12-05 Mark McKinley Hydrokinetic power source

Also Published As

Publication number Publication date
EP3374628C0 (en) 2023-06-07
EP3374628A1 (en) 2018-09-19
EP3374628A4 (en) 2019-07-17
US10662922B2 (en) 2020-05-26
HUE063450T2 (hu) 2024-01-28
US20180328337A1 (en) 2018-11-15
SK288982B6 (sk) 2022-08-10
EP3374628B1 (en) 2023-06-07
WO2017082832A1 (en) 2017-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SK500752015A3 (sk) Spôsob efektívnejšieho získavania mechanickej práce a/alebo výroby elektrickej energie z prúdiacich tekutín a zariadenie na vykonávanie tohto spôsobu
US9188103B2 (en) Wind energy systems and methods of use
AU2001294710B2 (en) Wind turbine system
US7315093B2 (en) Wind turbine system for buildings
US20090191057A1 (en) Multi-Axis Wind Turbine With Power Concentrator Sail
US20020047276A1 (en) Water power generation system
CA2599120C (en) Device for maintaining a hydraulic turbomachine
US20080159873A1 (en) Cross fluid-flow axis turbine
EP1071882A1 (en) Extracting power from moving water
JPS58500531A (ja) 風と波の総合利用設備
WO2012131705A2 (en) A device for generating electrical energy using ocean waves
JP5278900B2 (ja) 水のエネルギを電力に変換する方法及び装置
AU2011205330B2 (en) Wind turbine generator and motor
US20180202414A1 (en) Dynamic wave power energy converter
RU161935U1 (ru) Ветровая силовая установка карусельного типа балочной конструкции с вертикальной осью вращения
US4878807A (en) Relating to energy conversion apparatus
CN111492139B (zh) 利用流动介质的能量的能量产生设备
CN116761938A (zh) 用于从表面波浪产生电能的方法
WO2012050540A1 (ru) Ветроэнергетическая турбина (варианты)
AU2017101256A4 (en) An apparatus, system and method for harvesting energy from flowing water
RU2087742C1 (ru) Энергетическая установка
Vakhguelt et al. Renewable Energy: Wind Turbine Applications in Vibration and Wave Harvesting
RU2461733C9 (ru) Ветроагрегат
WO2011090453A1 (ru) Способ и устройство преобразования кинетической энергии потока текучей среды
RU188468U1 (ru) Устройство для преобразования возобновляемой энергии

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Assignment and transfer of rights

Owner name: ARCHEE, S.R.O., PEZINOK, SK

Free format text: FORMER OWNER: SICHMAN MARTIN, MGR. ART., BRATISLAVA, SK

Effective date: 20210914