CZ15075U1 - Vírová hlavice a kombinovaná vírová hlavice pro odvětrávací zařízení - Google Patents

Description

Vírová hlavice a kombinovaná vírová hlavice pro odvětrávací zařízení Oblast techniky

Předložené technické řešení se týká konstrukce pevné vírové hlavice pro odvětrávací zařízení, v níž se vlivem okolního proudění vytvoří stacionární vír, který spolu se zužováním průtočného průřezu směrem ke středu hlavice podpoří odsávání z větraného objektu.

Dosavadní stav techniky

Během vlastní praxe s větrnými turbinami se svislou osou otáčení, viz užitný vzor CZ 13767, jsem zaznamenal zajímavé řešení vírové, takzvané tornádové, větrné turbiny s tečně skloněnými rozváděcími lopatkami po obvodu vysoké válcovité věže. Tornádový vír indukovaný uvnitř ío věže způsobí sání, jež pohání větrnou turbinu ve spodní části věže.

Na podobném principu má pracovat i větrná turbina s několika pevnými rozváděcími lopatkami, umístěnými rovnoměrně po obvodu prstencovitého generátoru vírů, viz patent US 5 391 926. Vlastní turbina zde běží přímo ve vzniklém stacionárním víru.

Současná vzduchotechnika většiny obytných budov v ČR, pokud je vůbec funkční, využívá po15 nejvíce takzvaného komínového efektu, posíleného u větších staveb elektrickými ventilátory.

Stávající samotahové hlavice, běžně instalované na střechách sídlištních domů mají hlavně zabraňovat pronikání srážek do výstupů větracích šachet. Odsávání vlivem větru není u tohoto typu statických větráků příliš účinné, vzhledem k uzavřenosti obvodového pláště hlavice se uplatní pouze slabý účinek takzvaného Venturiho efektu v kónické stříšce a kolem kuželového hrdla hlavice.

Existují samozřejmě i jiné statické střešní odsávače nebo výfuky plynných zplodin, jejichž geometrie vylepšuje přirozené odsávání vlivem větru. Příkladem je kanadské řešení odvětrávání půd rodinných domů, viz patent US 5 655 964; na tříbokém komínku jsou nad sebou umístěné jehlancovitě zkosené stříšky a z průduchů pod nimi je vlivem bočního větru odsáván vzduch z ko25 minku, při současném zamezení vnikání srážek nebo cizích těles.

Výfukovým krytem bez pohyblivých součástí je rovněž japonský vynález chráněný patentem US 5 421 776. Jde tu o vírovou komoru lichoběžníkového půdorysu ze dvou protilehlých stran otevřenou. Proudění indukované v komoře příčným větrem podporuje odsávání a vlivem dvou stacionárních vírů vytvoří záklopku, která zabrání zafukování větru dovnitř. Zařízení může mít i několik vírových komor nad sebou, vzájemně pootočených tak, aby v převládajících větrech bylo odsávání co nejefektivnější.

Nověji se objevují i otáčivé větráky s radiálními turbinkami, jejichž lopatky, vyražené v plášti hlavice, vytvářejí během svého otáčení vlivem větru potřebný podtlak ve větrací šachtě. Jejich nevýhodou je ovšem nutnost údržby rotujících částí, vystavených vlivům počasí.

Podstata technického řešení

Technické řešení se týká vírové hlavice pro odvětrávací zařízení a spočívá v začlenění vhodně zakřivených a tangenciálně skloněných rozváděčích lopatek mezi dvě souosé, většinou kruhovité desky.

Typický průtok vzduchu průřezem hlavice spočívá v tom, že na návětmé straně je vítr nasměro40 ván tangenciálně odkloněnými a podél své délky mírně zakřivenými rozváděcími lopatkami.

Uvnitř hlavice tak vznikne silný tornádový vír, doprovázený dramatickým poklesem tlaku směrem ke středu dutiny a k sacímu otvoru v jejím dně. Vzduch odsávaný z větraného objektu bude odcházet závětrnou stranou větrací hlavice, jejíž lopatky svým sáním rovněž přispívají ke tvorbě stacionárního víru. Účinnost odsávání lze vypočítat z rozdílu energetických hladin okolního

- 1 Z 15075 Ul proudění na návětmé a závětmé straně v vhodnou volbou úhlu nastavení a počtu r raci hlavice a nastavit pak požadovanou intenzitu sání ;váděcích lopatek.

y zapne pomocný ventilátor umístěný ve spodní části může být ovládáno tlakovým spínačem ve větrací lebo v případě potřeby manuálními spínači v odvětráZa bezvětří ěi slabého větru se automati hlavice. Zapnutí nebo vypnutí ventiláti i šachtě, anemometrem na střeše budovy, váných prostorách.

Vírová hlavice pro odvětrávací zařízení hovitých desek o vnějších průměrech D, je ve svém středu opatřená kruhovým o průměrem D a vnitřním průměrem d řídi prstencovitý prostor o výšce H, který je kou L a výškou H, které se svou vnitřní d, přičemž výška H a hloubka L rozvádí rem d řídicí kružnice.

idle technického řešení sestává ze dvou souosých kruzájemně odsazených o výšku H, z nichž alespoň jedna ávacím otvorem o průměru do, přičemž mezi vnějším kružnice, kde d « D/2 a současně d > d₀, je vytvořený zdělen nejméně třemi rozváděcími lopatkami s hloubanou tečně dotýkají obvodu řídicí kružnice o průměru ch lopatek jsou řádově srovnatelné s vnitřním průmě15

Vzájemně k sobě přivrácené povrchy vj chy, čímž se ještě zvýrazní takzvaný V; kami i vyklenutými plochami má za násl· ce s výsledným poklesem tlaku v okolí < zamezuje sklon dolní vyklenuté plochy i zmíněných desek mohou nabýt tvaru vyklenuté ploeMuriho efekt. Zužující se průtokový průřez mezi lopatek akceleraci proudění směrem ke středu vírové hlavisávacího otvoru. Kromě příznivého vlivu na odsávání itékání dešťové vody do větrací šachty.

Profil rozváděčích lopatek je dvojitě zakřivení vnitřního konce a poloměr r z: vídá řádově, v uvedeném pořadí, polomí i vení střední roviny b rozváděčích lopatě jsou v rozmezí 15 až 45°. Navíc mohou od směru výšky H.

ě zallvený a vykazuje tvar písmene S, přičemž poloměr R řivení vnějšího konce profilu rozváděči lopatky odpod/2 respektive D/2 kruhovitých desek; úhly A nastak odpovídajícímu průměru (D+dJ/2 roztečné kružnice Λ t rozváděči lopatky podélně zakřivené nebo odkloněné

Rozváděči lopatky mohou rovněž nabýt opatřeny v blízkosti náběžných hran víre vídá svou podstatou užitnému vzoru CZ iru tenkého křídla s dvojitě zakřiveným profilem a být ými drážkami s odsávacími otvory. Tato úprava odpo767 a je blíže vysvětlena i v dalším textu.

Vírová hlavice může mít rovněž oválný být opatřen ochrannými žaluziemi zames bo eliptický radiální průřez P a její vnější plášť může ícími vnikání větších cizích těles.

Dalším předmětem technického řešení j alespoň dvou výše popsaných vírových i

Přehled obrázků na výkresech

Obr. 1 znázorňuje typické uspořádání n krytem ve tvaru kruhovitých desek včetl hlavice.

kombinovaná vírová hlavice, sestávající z kombinace vic ať už nad sebou či vedle sebe.

< /áděcích lopatek ve vírové hlavici s plochým dnem i základních geometrických rozměrů hlavních součástí

Obr. 2 znázorňuje jednu z možných var indukovaného stacionárního víru.

Obr. 3 zvýrazňuje vyklenutí dna i vrchn celkové uspořádání hlavice včetně nt průtoku vzduchu vírovou hlavicí za vzniku větrem o krytu směrem do dutiny vírové hlavice a dokresluje přídail ého ventilátoru v nástavci větrací šachty.

Obr. 4 zobrazuje dvě vírové hlavice ur vzájemně pootočenými věnci rozváděcíc Obr. 5 představuje rozváděči lopatky slo Obr. 6 znázorňuje detail vírové drážky v

Obr. 7 je příkladem použití ochranných : rozváděcími lopatkami.

né k umístění nad sebou se společným odsáváním a lopatek.

ější konstrukce s profilem tenkého zakřiveného křídla, svrchu rozváděčích lopatek k vylepšení jejich funkce, luzií na vnějším obvodu hlavice se sedmi zakřivenými

-2CZ 15075 Ul

Obr. 8 a 9 znázorňují jednoduchou a zrcadlově zdvojenou eliptickou dispozici rozváděčích lopatek.

Příklady provedení technického řešení

Nejjednodušším příkladem je uspořádání tělesa vírové hlavice I znázorněné na obr. 1. Sestává ze dvou souosých, o výšku H od sebe odsazených plochých kruhovitých desek 2 a 3 o vnějších průměrech D, z nichž kruhovitá deska 2 má ve svém středu odsávací otvor 21 o průměru do. Prstencovitý prostor mezi vnějším průměrem D a vnitřním průměrem d řídicí kružnice, kde d « D/2 a současně d > d₀, je rovnoměrně rozdělen šesti deskovitými rozváděcími lopatkami 44 s hloubkou L a výškou H. Všechny lopatky 44, s půdorysným profilem dvojitě zakřiveným ve tvaru písmene S, vyúsťují svou vnitřní stranou tečně k obvodu řídicí kružnice o průměrud.

V alternativním konstrukčním provedení vírové hlavice I na obr. 3, jsou kruhovité desky 2 a 3 vyklenuté do ploch 22 a 32, směřujících dovnitř vírové hlavice I. Vyklenuté plochy 22 a 32 kruhovitých desek 2 a 3 mohou mít tvar kulového vrchlíku, komolého kužele nebo obecné trojrozměrné plochy.

Rozváděči lopatky 44 jsou přesně zalícovány do obou vyklenutých desek 2 a 3. Odsávací otvor 21 ve spodní desce 2 přechází plynule k ventilátoru 51 a do nástavce 10 větrací šachty.

Pro zvýšení efektivnosti odsávání lze umístit dvě a více vírových hlavic _1 v sérii nad sebou s tím, že sousední vírové hlavice I jsou navzájem propojeny otvory 25 ve spojovacích deskách 33. Věnce rozváděčích lopatek 44 jednotlivých vírových hlavic 1 mohou být navzájem natočeny o úhel C, patrný na rozloženém pohledu kombinované vírové hlavice 11 na obr. 4.

Vírová hlavice 1 v rozloženém zobrazení na obr. 5 má rozváděči lopatky 45 a 46 s profilem tenkého křídla, přičemž náběžná hrana 55 rozváděči lopatky 45 je obrácena do středu vírové hlavice i a náběžná hrana 56 rozváděči lopatky 46 je orientována směrem k obvodu vírové hlaviceI.

Znázorněné uspořádání, s pravidelně se střídající orientací náběžných hran 55, 56 lopatek 45, 46, má vylepšit aerodynamiku průtoku média vírovou hlavicí i a účinnější tvorbu tornádového víru, zvláště bude-li profil lopatek 45, 46 optimalizován počítačovým modelem proudění za různých větrných podmínek, typických pro dané aplikace. Bude tedy výhodné hlavně u větších, výkonnějších zařízení.

Samozřejmě je možné orientovat všechny rozváděči lopatky 45, 46 í pouze jedním směrem, to znamená buď náběžnou hranou 55. 56 dovnitř vírové hlavice I - viz rozváděči lopatka 45, nebo ven z vírové hlavice I - viz rozváděči lopatka 46.

Dalšího zvýšení účinnosti vírové hlavice 1 lze dosáhnout zavedením tzv. vírových drážek 47, znázorněných v detailu na obr. 6 a podrobně popsaných v užitném vzoru CZ 13767. Stojaté víry ve vírových drážkách 47 mají omezit odtrhávání proudnic od konvexních povrchů rozváděčích lopatek 45 nebo 46. Zvláště zajímavé na tomto řešení je, že účinnost vírových drážek 47 může být zlepšena odsáváním otvory 48 spojenými s oblastí podtlaku blízko středu vírové hlavice I.

Vniku větších cizích těles do vírové hlavice I má zabránit uspořádání s ochrannými žaluziemi 60 po vnějším obvodu rozváděčích lopatek 44, zobrazené na obr. 7. Navíc mohou ochranné žaluzie 60 změnou svého nastavení ovlivnit vstup větru mezi rozváděči lopatky 44, a tím i regulovat výkonnost odsávání.

Dispozice rozváděčích lopatek 44, zobrazená v alternativním uspořádání na obr. 8, dodává vírové hlavici 1 eliptický půdorys, jehož delší osa je souběžná se směrem převládajících větrů. To je výhodné například na mořském pobřeží nebo v horských průsmycích a všude tam, kde je většina využitelných větrů soustředěna v úzkém segmentu směrů, ať už z jedné nebo z obou stran.

Konstrukční řešení znázorněné na obr. 9 sestává ze dvou spojených eliptických vírových hlavic I v zrcadlově symetrickém uspořádání a upravených tak, že při orientaci roviny symetrie S takto kombinované vírové hlavice 11 souběžně s větrem se v kombinované vírové hlavici 11 vytvoří

-3 Z 15075 Ul dva vzájemně se podporující protiběžné jsou vypuštěny a dvě rozváděči lopatky na návětmé straně kombinované vírové h

Vítr je tak maximálně využit oběma boč případě může být výhodné spojit větrání protiběžných turbin/ventilátorů přímo do

Průmyslová využitelnost

Konstrukční vytvoření výše popsaných hlavice na střechách sídlištních domů.

Navrhované konstrukční vytvoření vírov nalizačních, navigačních a telekomunika komerčních staveb vystavených pravidel

Všechna výše popsaná konstrukční řeše; kých návrzích horních partií konstrukcí výškové domy, majáky, retranslační září energetickou bilanci s minimálními dodá

A konečně lze vírových hlavic použít obytné nebo komerční stavby, signalizaěi či vytápění těchto objektů.

Claims (7)

1. Vírová hlavice pro odvětrávací září souosých kruhovitých desek (2, 3) o vně z nichž alespoň jedna je ve svém středu čemž volný prostor o výšce (H) mezi k deskovitými rozváděcími lopatkami (44 obvodu řídicí kružnice o průměru (d), kd

2. Vírová hlavice podle nároku 1, v tek (44) je dvojitě zakřivený do tvaru obecně zakřivená i podél své výšky (H) vení rozváděčích lopatek (44) vzhledem 15 až 45°.

3. Vírová hlavice podle nároku 1 neb kruhovitých desek (2, 3) vykazuje směre:

4. Vírová hlavice podle kteréhokoli z že profilované rozváděči lopatky (45, 46 ve tvaru písmene S, přičemž náběžná hr středu vírové hlavice (1) a náběžná hran více (1), přičemž povrch rozváděčích (55, 56) je opatřený vírovými drážkami ( ry. Jak je z obr. 9 zřejmé, dvě z vnitřních lopatek 44 sousedních vírových hlavic I jsou spojeny v bodu T více 11.

mi stranami kombinované vírové hlavice li. V tomto výrobou elektrické energie například vestavěním dvou jou vírů.

írových hlavic může nahradit stávající samotahové :h hlavic může rovněž být součástí horních partií sigích věží, nebo vnějším tvarem konstrukce obytných či m větrům.

vírových hlavic mohou být zahrnuta v architektonicystavených pravidelným větrům, jako jsou například ;ní nebo nadzemní vodní nádrže, a vylepšit tak jejich Sným i náklady.

ω součásti zařízení k výrobě elektrické energie pro , navigační a telekomunikační věže a/nebo ke chlazení

NA

OCHRANU ní, vyznačující se tím, že sestává ze dvou ch průměrech (D), vzájemně odsazených o výšku (H), patřena odsávacím otvorem (21) o průměru (d₀), přihovitými deskami (2, 3) je rozdělený nejméně třemi 15, 46), které se svou vnitřní stranou tečně dotýkají D/2 a současně d > d₀.

enačující se tím, že profil rozváděčích lopasmene S, přičemž rozváděči lopatka (44) může být lebo odkloněná od směru výšky (H) a úhly (A) nastaprůměru ((D+d)/2) roztečné kružnice jsou v rozmezí

2, vyznačující se tím, že alespoň jedna z dovnitř vírové hlavice (l)vyklenutou plochu (22, 32).

‘edcházej ících nároků, vyznačující se tím, nají tvar tenkého křídla s dvojitě zakřiveným profilem, a (55) rozváděči lopatky (45) je obrácená směrem do (56) rozváděči lopatky (46) směrem vně z vírové hlal<Jj atek (45, 46) v blízkosti odpovídající náběžné hrany '), a popřípadě i odsávacími otvory (48).

5. Vírová hlavice podle kteréhokoli že vykazuje oválný nebo eliptický radiál edcházej ících nároků, průřez.

vyznačující se tím,

-4CZ 15075 Ul

6. Vírová hlavice podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že její vnější obvod je opatřený ochrannými žaluziemi (60) zamezujícími vnikání větších cizích těles do vírové hlavice (1).

7. Kombinovaná vírová hlavice pro odvětrávací zařízení, vyznačující se tím, že 5 sestává z alespoň jedné dvojice vírových hlavic (1) podle kteréhokoli z nároků 1 až 6, umístěných v sérii nad sebou, nebo paralelně vedle sebe v zrcadlově symetrickém uspořádání.