RS61623B1 - Solarna vetrenjača - Google Patents

Description

OBLAST TEHNIKE NA KOJU SE PRONALAZAK ODNOSI

Pronalazak pripada oblasti mašinstva, a odnosi se napogonske mehanizme koji koriste energiju vetra i/ili sunčevu energiju radi dobijanja mehaničke energije. Prema Međunarodnoj klasifikaciji patenata (MKP) pronalazak se može označiti sa klasifikacionim simbolom F03D3/00, gde su klasifikovani pogonski mehanizmi na vetar s osom rotacije uglavnom pod pravim uglom u odnosu na vazdušnu struju koja ulazi u rotor ili nešto bližim simbolom F03D3/04, pošto se radi o nepokretnim sredstvima za usmeravanje vetra sa kanalima. Kako je u pitanju pronalazak koji koristi i sunčevu energiju radi dobijanja mehaničke energije to ga je moguće označiti klasifikacionom simbolom F03G6/00 ili sa simbolom F24J2/00.

Pronalazak bi se mogao označiti i klasifikacionim simbolom E04D13/18, gde se klasifikuju krovni pokrivači sa uređajima za sakupljanje energija.

Jednako je moguće pronalazak označiti i klasifikacionim simbolom F24J2/04, gde su predviđeni kolektori sunčeve toplote sa provođenjem radnog fluida kroz kolektor ili simbolom F24J2/05, ako su okruženi providnom ogradom.

TEHNIČKI PROBLEM

Kao problem pred pronalazak se postavlja zahtev: kako konstrukcijski rešiti solarnu vetrenjaču, koja koristi sunčevu energiju i/ili energiju vetra radi pokretanja elektro generatora, kako bi se proizvela električna energija.

Ovako definisan tehnički problem podnosilac prijave rešio je solarnom vetrenjačom.

STANJE TEHNIKE

Stalne vetrenjače stvarno iskorišćavaju samo horizontalnu komponentu vetra. Bzina vetra, kao izvor energije deluje na vetrenjaču tako što za svako mesto ima skoro stalnu godišnju prosečnu srednju vrednost brzine. Srednja vrednost brzine je zavisna od visine iznad aktivne ravne površine zemljišta. Energija vetra koja se može iskorišćavati jako raste s visinom preko 1000 m iznad aktivne površine.

Za pretvaranje energije upotrebljavaju se kola vetrenjače sa horizontalnom ili sa vertikalnom osom čija krila opisuju kružne površine.

Poznate su vetrenjače kod kojih su sprega elise sa generatorom električne energije na stubu na kome se zajedno mogu zakretati prema vetru kako bi se maksimalno iskoristilo njegovo strujanje.

Takve naprave ne mogu koristiti termalna strujanja vazduha koja nastaju usled zagrevanja tla sunčevom energijom.

Naprave koje mogu koristiti ovakva strujanja vazduha poznate su kao solarni tornjeviili ili solarni dimnjaci. Projekat jednog solarnog dimnjaka isproban je i ispitan u Madridu u Španiji i pokazao se veoma uspešnim.

Ovi solarni dimnjaci su poznati kao dimnjaci sa uzgonom vazduha na gore ili sa uzgonom vazduha na dole.

Do sada nije poznat uređaj koji obuhvata rad klasične vetrenjače sa solarnim dimnjakom, koji bi koristio sva moguća strujanja vazduha za razliku od solarnih dimnjaka ili klasičnih vetrenjača, a da je položaj sprege elise i generatora u samom prizemlju stuba vetrenjače sa najnižim mogućim težištem celog sklopa.

Među patentnim spisima pronađen je veći broj vetrenjača, ali se ovde navodi samo nekoliko radi ilustracije, pošto samo pripadaju oblasti u kojoj je i ovaj novi pronalazak.

Poznat je patentni spis sa oznakom YU 47541 i pod nazivom "Propelerna vetrenjača sa armirano betonskim objektom i čeličnim tornjem za usmeravanje strujanja vazduha", u kome je opisano rešenje problema konstrukcije vetrenjače pogonjene veštački stvorenim

vetrom, koji nastaje korišćenjem sunčeve energije, pretvarajući, na osnovi ostvarenih termičkih razlika, veštački stvoren vetar u korisnu mehaničku snagu, pri čemu su u konstrukciju ugrađeni solarne grejne ćelije.

U patentnom spisu sa oznakom YU 47708 opisana je jedna vetrena turbina sa više rotora i teleskopskim vratilom kod koje je vratilo sastavljeno od više cevnih vratila koja su teleskopski delom uvučena jedno u drugo, a na donjem delu vratila turbine ugrađen je pogonski točak.

Jedna vertikalna turbina sa stabilisanim centralnim usmerivačem vazduha, koja sadrži veći broj simetričnih krila, gde je u centru obrtnog kola turbine smešten usmerivač vazduha, koji je okretan oko svoje ose radi praćenja promene smera kretanja vetra, opisana je u domaćem patentnom spisu sa oznakom RS 52649.

U nemačkom patentnom spisu sa oznakom DE A1 3801671 opisana je jedna vetrena turbina, koja se sastoji od vertikalno postavljenog cilindričnog kaveznog rotora oko koga su na nepokretnom kružnom podu prstenasto poređana loptasta krila, koja se mogu okretati oko vertikalno postavljene osovine i čiji se ugao može hidraulički podešavati.

Jedna vertikalna turbina opisana u američkom patentnom spisu sa oznakom US 4,245,958 smeštena je u skelet, koji ima tri ili četiri vertikalna stuba koji su povezani sa mnoštvom raspinjača, vezača i pričvršćivača.

Dokument sa oznakom US 2016245265 А1 se bavi poboljšavanjem karakteristika solarnih dimnjaka, ali ne korišćenjem vetra za pogon ili bolje rečeno korišćenjem kinetičke energije vazdušnih strujanja koja su izvan solarnog kolektora. Zapravo on tu horizontalnu komponentu strujanja vazduha, zvanu vetar iz okoline eliminiše konstrukcijom obodnog zida oko kolektora solarnog zračenja, pa na taj način dodatno izoluje solarni kolektor od vazdušnih strujanja oko njega, a povećava uticaj staklene bašte i naglašava temperaturnu razliku između solarnog kolektora i okoline (po navodu pronalazača). Na obodnom zidu postavlja sklop vetroturbine i generatora tako da im je osa obrtanja hirizontalna i svi imaju zastor koji ih mogu prekriti ukoliko ne trebaju da budu pušteni u pogon, odnosno ako nema dovoljno sunčanog zračenja. Na taj način će određeni manji broj njih koji rade uvek raditi u najoptimalnijem režimu rada (po navodu pronalazača). Prema dokumentu sa oznakom US 2016245265 A1, koji se brani od vetra izvan kolektora dodatnim zidom i rešenja opisanog u prijavi Solarne vetrenjače, koja prihvata vetar oko solarno vetrovnog kolektora i usmerava ga ka centru, sa svojim pregradnim zidovima (u radijanim pravcima), koji usmeravaju ta strujanja pravo prema spiralnom uvodniku, a zatim prema rotoru vetroturbine, koja pokreće generator, predstavlja suštinsku razliku između ova dva dokumenta.

Dokument sa oznakom FR 2472147 А1 odnosi se na novi tip solarnog kolektora koji ima reflektujuće koncentrične zidove, koji kanališu sunčevo zračenje ka centralnom apsorpcionom delu kolektora ili rešenje o koncentričnim uvodnicima za svetlosne talase, a ne za vazduh, odnosno za vetar, kao kod Solarne vetrenjače sa spiralnim uvodnicima opisane u predloženoj prijavi.

U dokumentu sa oznakom FR 2956427 А1 problem koji pronalazač želi da reši je strukturno i arhitektonsko povezivanje stambene zgrade sa solarnim dimnjakom, gde dimnjak može biti vezan uz spoljnu fasadu zgrade ili integrisan u unutrašnjosti zgrade, što znači da se po temi i rešenjima ne poklapa sa rešenjem opisanom u prijavi Solarne vetrenjače. Inače Solarni toranj prema dokumentu sa oznakom FR 2956427 А1 koji sadrži solarni dimnjak, kolektor i turbinu može se postaviti samo na mestu koje zadovoljava posebne uslove (mesto mora da bude što toplije i prilično blizu grada), što ograničava njegovu primenu za razliku od Solarne vetrenjače prema predloženom opisu u prijavi.

U člancima

https://web.archive.org/web/20111016155026/http://www. limatetechwiki.org/technol ogv/solar towers i

https://web.archive.org/web/20130320005241/http://data.solartower.orq.uk/pdf/INDIA-A-Solar-Chimnev Power-Plant-TULJAPUR-16p.pdf

data su teorijska objašnjenja rada solarnih tornjeva i dimnjaka, što je široko poznato u tehničkom svetu. Solarni dimnjaci ne mogu funkcionisati na severnim geografskim širinama, kao i na velikim nadmorskim visinama, što predstavlja suštinsku razliku između solarnih dimnjaka i solarne vetrenjače, koja može da radi na mnogo većim nadmorskim visinama i znatno severnije nego što rade postojeći dimnjaci.

Prema izloženom nijedan od navedenih dokumenata ne rešava konstrukciju solarne vetrenjače, koje bi se moglo odnositi na rešenje predstavljeno pronalaskom opisanom u prijavi patenta.

IZLAGANJE SUŠTINE PRONALASKA

Osnovna zamisao pri konstrukciji solarne vetrenjače prema pronalasku sastoji se u tome da se iskoristi energija vetra i/ili sunčeva energija za proizvodnju električne energije.

Konstruisana solarna vetrenjača se sastoji od: kolektora, dimnjaka (u čijem sastavu je rotor vetro turbine i el. generator) i kape.

Kolektor se sastojiod gornjeg centralnog staklenog dela i donjeg obodnog transparentnog plastičnog dela.

Gornji deo kolektora sastavljen je od sektora, koji međusobno složeni obrazuju cilindar, koji se završava u vidu omotača zarubljene kupe. Unutrašnji cilindrični otvor, čiji je prečnik jednak spoljnjem prečniku dimnjaka, izveden je u centru gornjeg dela i prolazi celom visinom gornjeg dela. Donji obodni deo kolektora sastavljen je takođe od plastičnih sektora, pri čemu je u konstrukciji jednak broj segmenata gornjeg i donjeg dela. Sektori donjeg dela međusobno složeni obrazuju cilindar, koji završava u vidu izlomljenog omotača pravilne zarubljene piramide. Unutrašnji cilindrični otvor cilindra, čiji je prečnik jednak spoljnjem prečniku gornjeg staklenog dela, izveden je u središtu i prolazi celom visinom donjeg dela.

Rotor sa lopaticama vetro turbine, izveden je iz više cilindričnih sektora, koji su montirani na lučne segmentne šine, gde je na svakom cilindričnom sektoru, sa donje strane, izvedena nazubljena letva, preko koje se kretanje rotora prenosi na gornji par koničnih zupčanika smešten ispod rotora. Od gornjeg para koničnih zupčanika preko vertikalnog vratila pokreće se donji par koničih zupčanika, koji pokreću horizontalno vratilo generatora, koji tada proizvodi električnu energiju.

U prostoru ispod rotora smešten je generator.

Solarni dimnjakje izveden u vidu cevi iz jednog komada ili kao teleskopski sa nastavcima. Donji cilindrični deo, dimnjaka, prelazi u srednji konusni deo na koji se nastavlja gornji cilindrični deo. U unutrašnjosti donjeg cilindričnog dela dimnjaka delimično je postavljen rotor.

Кара је izvedena sa spoljašnjim i unutrašnjim omotačem. Spoljašnji omotač izveden je kao transparentni sloj sa utisnutim paternom sa rupicama ili bez rupica, a unutrašnji kao termoakumulacioni. Aerodinamični oblik kape sa otvorima na omotaču sa rupicama stvara zone podpritiska, pa vazduh između slojeva omotača, povučen podpritiskom, izlazi napolje kroz otvore na omotaču i telu kape. Donji deo kape t.j. međusloj kape je spojen sa dimnjakom preko cevi koja prolazi kroz kabinu, i tako se sniženi pritisak, oko kape prenosi na izlaz iz dimnjaka, sa ciljem da se poveća vučna snaga dimnjaka - odnosno pravi se dodatna promajaU telu kape se nalaze kesoni za helijum pod atmosferskim ili malim nadpritiskom, a u kabini je elektro motor za pokretanje kompresora, baterije za napajanje elektro motora i boce za helijum pod visokim pritiskom. Kesoni se pune i prazne helijumom, koristeći boce i kompresor. Kapa je postavljena na dimnjak, na aksijalni ležaj, tako da se može okretati oko ose dimnjaka. Kada se kapa usmeri prema vetru, tako da vetar opstrujava oko kape, stvara se zone sniženog pritiska, koji se prenosi do izlaza iz dimnjaka i tako se poveća vučna snaga (promaja) dimnjaka. Povećanjem vučne snage dimnjaka, povećava se i snaga vetro turbine instalisane u dimnjaku i snaga el. generatora. Kolektor prihvata vetar i usmerava vazdušna strujanja prema rotoru i dimnjaku, a istovremeno propušta i sunčano zračenje kroz transparentni krov na kosu ravan. Zagrevanjem kose ravni konvekcijom se prenosi toplota na vazduh, koji se pokreće prema rotoru i dimnjaku.

Solarna vetrenjača prema pronalasku radi u četiri režima rada, odnosno postupaka rada i to: pogonjena energijom vetra, pogonjena Sunčanom energijom, istovremeno koristeći obe energije (Sunca i vetra) i u režimu rada kao pumpa.

Solarna vetrenjača najčešće radi u režimu rada koristeći istovremeno obe vrste energije (vetra i Sunca), pri čemu senzori za pritisak i protok vazduha automatski regulišu stepen otvorenosti elektro mehaničkih ventila u kolektoru, a položaj krovova se podešava prema pravcu i smeru strujanja vetra.

Solarna vetrenjača sa teleskopskim nastavcima može da radi kao pumpa kada se kapa kreće između donjeg i gornjeg položaja.

Dizanje kape se ostvaruje tako što se kesoni napunjeni helijumom kreću sa kapom naviše i ponesu sa sobom nastavke. Pri kretanju kape u gornji položaj vazduh struji naviše, i pokreće rotor, vrši koristan rad, a potom prolazi kroz dimnjak i kapu i izlazi napolje.

Spuštanje kape se ostvaruje tako što kompresor sabija helijum iz kesona u boce, pa se usled povećanja težine kapa kreće u donji položaj, komprimujući vazduh u dimnjaku, koji u donjem delu dimnjaka struji na dole, pa ide kroz kose cevi i dolazi do rotora, prođe kroz rotor, izvrši koristan rad, a zatim kroz podzemne cevi se vraća u donji obodni deo kolektora, gde se ponovo dogreva latentnom toplotom zaostalom u zidovima i termoakumulacinim kosim ravnima, kao i u podzemnim cevima i konačno se kreće naviše, pri čemu se ciklus kretanja kape između donjeg i gornjeg položaja ponavlja dokle god postoji latentna toplota akumulirana u kolektoru.

Ukoliko na nekoj visini dimnjaka, na koju kapa može da dopre sa teleskopskim nastavcima, postoji dovoljna količina energije vetra i/ili sunca, tada će solarna vetrenjača raditi u režimu pogonjena tom energijom i prekinuće se režim rada kao pumpa.

Konstrukcijskim rešenjem solarne vetrenjače prema pronalasku, koja koristi sunčevu energiju i/ili energiju vetra radi pokretanja elektro generatora, kako bi se proizvela električna energija ostvarena je pronalazačka zamisao.

KRATAK OPIS SLIKA NACRTA

Pronalazak je detaljno opisan na primeru izvođenja prikazanom na slikama nacrta u kojima:

SL 1 - predstavlja pogled na solarnu vetrenjaču (sa osam sektora i kapom- vazdušnim brodom) u vertikalnoj ravni gledano iz smera duvanja vetra

SL 2 - predstavlja pogled odozgo sa SL 1 (horizontalna ravan)

SL 3 - predstavlja pogled sa bočne strane sa SL 1 (profilna ravan)

SL 4 - predstavlja presek Y-Y sa SL 3 (solarne vetrenjače sa 8 sektora)

SL 5 - predstavlja delimični presek Х-Х sa SL 2

SL 6 - predstavlja aksonometrijski izgled delimičnog donjeg dela solarne vetrenjače sa osam sektora

SL 7 - predstavlja aksonometrijski izgled kolektora i donjeg dela dimnjaka solarne vetrenjače sa međusobno razdvojenim elementima duž ose dimnjaka

SL 8 - predstavlja pogledsa bočne strane (profilna ravan) solarne vetrenjače sa maksimalno izdignutim teleskopskim dimnjakom i delimično zakrenutim krovnim ravnimapojedinih sektora oko ivičnih osa obrtanja

SL 9- Predstavlja uveličani deo transparentnog sloja - paterna bez rupica, zajedno sa karakterističnim presekom 0-0.

SL 10 - Predstavlja uveličani deo transparentnog sloja - paterna sa rupicama, zajedno sa karakterističnim presekom Ø- Ø.

DETALJAN OPIS PRONALASKA

Solarna vetrenjača se sastoji od: kolektora 1, solarnog dimnjaka 2 (u kome se nalaze rotor 27 vetro turbine i elektro generator 32) i kape 3.

Kolektor 1 je sastavljen iz gornjeg centralnog staklenog dela 4 i donjeg obodnog transparentnog plastičnog dela 5.

Donji deo 5 kolektora 1, sastavljen je od najmanje četiri plastična sektora 19, pri čemu je u konstrukciji jednak broj sektora gornjeg dela 4 i donjeg dela 5. Sektori 19 donjeg dela 5, međusobno složeni, obrazuju cilindar (nije posebno numerisan na slikama nacrta), koji završava u vidu izlomljenog omotača pravilne zarubljene piramide (nije posebno numerisana na slikama nacrta). Svaki sektor 19 donjeg dela 5, izveden je sa transparentnim plastičnim krovnim ravnima 20 od PVC-a, Leksana ili Grafena, sa ojačanjima po ivicama i rubovima, gde su krovne ravni 20 delimično okretne oko osa: μ, η, ξ, i zadižu se pomoću sistema sajli 23. Krovne ravni 20 se oslanjaju na pregradne zidove 21 sa pripadajućim temeljima 22 i sa termoakumulacionim kosim ravnima 7 obrazuju sektore 19, koji svi zajedno poređani u krug čine donji deo 5 kolektora 1. Sektori 19 su na slikama nacrta označeni u odnosu na strane sveta, oznakama: 19N, 19NI, 19I, 19SI, 19S, 19SW, 19W i 19NW, kada je kolektor 1 izveden sa 8 sektora 19. Zidovi 21 i kose ravni 7 akumuliraju toplotu od Sunca i emituju je tokom noći ili pri naglom padu temperature.

U prostoru 10, ispod rotora 27, smešten je elektro generator 32. Ispod donjeg dela (nije posebno numerisan na slikama nacrta) dimnjaka 2 nastavlja se cilindrični prostor 9 u kome se po potrebi, smešta lift (nije posebno prikazan na slikama nacrta). U prostoru 9 postavljen je i ventil 8, koji zauzima dva položaja, prvi (I) u gornjem i drugi (II) u donjem delu prostora 9. Od prostora 9 vode podzemne cevi 6 do svakog od sektora 19 donjeg dela 5 kolektora 1.

U centru donjeg dela 5 nalazi se unutrašnji cilindrični otvor (nije posebno numerisan na slikama nacrta), koji prolazi celom visinom donjeg dela 5, u kome je smešten gornji deo 4 sa termoakumulacionim spiralnim zidovima 18 kao nastavcima sektora 19, gde prostor između spiralnih zidova 18 predstavlja spiralne uvodnike (nisu posebno numerisani na slikama nacrta), koji obezbeđuju vrtložno uvođenje vazdušne struje u rotor 27 vetro turbine.

Gornji deo 4 kolektora 1 sastavljen je od četiri ili više sektora (nisu posebno numerisani na slikama nacrta), koji se nalaze u produžetku sektora 19 i koji su međusobno složeni tako da obrazuju cilindar (nije posebno numerisan na slikama nacrta), koji se sa gornje strane završava u vidu omotača zarubljene kupe (nije posebno numerisana na slikama nacrta) sa unutrašnjim cilindričnim otvorom (nije posebno numerisan na slikama nacrta), koji je izveden u središtu gornjeg dela 4 kolektora 1 i prolazi celom visinom gornjeg dela 4, a identičnog je prečnika sa donjim širim cilindričnim delom 26 dimnjaka 2.

Čeličnu konstrukciju gornjeg dela 4 čini najmanje četiri čelična stuba 11 sa pripadajućim temeljnim stopama 12, gde svakom spiralnom uvodniku (nije posebno numerisan na slikama nacrta) pripada po jedan stub 11. Spiralni zidovi 18 počinju od stubova 11 i prostiru se ka centru i u vidu spirala dolaze do šireg dela 26 dimnjaka 2 u kome se nalazi rotor 27.

Na stubove 11 oslanjaju se kosi nosači 13, koji nose noseći prsten 14, a na noseći prsten 14 oslanja se dimnjak 2, pa tako stubovi 11 nose dimnjak 2.

Na stubovima 11 montirani su profili 15, koji nose staklene ploče (nisu posebno numerisane na slikama nacrta) obrazujući tako spoljnu transparentnu staklenu oplatu gornjeg dela 4 kolektora 1.

U svakom spiralnom uvodniku (nisu posebno numerisani na slikama nacrta) postavljen je elektro mehanički ventil 16, koji je izveden u vidu leptira. Pored svakog ventila 16, u svakom prostoru između spiralnih zidova 18, to jest u svakom spiralnom uvodniku (nisu posebno numerisani na slikama nacrta), postavljen je sensor 17 pritiska i protoka vazduha, koji meri karakteristike strujanja vetra, na osnovu kojih se automatski podešava stepen otvorenosti ventila 16.

Kolektor 1 prihvata vetar iz pravcai smera w strujanja i usmerava ta strujanja prema rotoru 27 i dimnjaku 2, ali takođe i propušta sunčano zračenje kroz krovne ravni 20 na kosu ravan 7, pa se zagrevanjem kose ravni 7 konvekcijom prenosi toplota na vazduh, koji se pokreće prema rotoru 27 vetro turbine i dimnjaku 2.

Rotor 27 vetro turbine sastavljen od najmanje šest (obično 6, 8, 10 ili 12) lučnih cilindričnih segmenata 37 sa lopaticama (nisu posebno prikazane i numerisane na slikama nacrta). Lučni segmenti 37 su montirani na lučnu segmentnu šinu 36 sa ležajevima (nisu posebno prikazani i numerisani na slikama nacrta), gde je na svakom lučnom segmentu 37 sa donje strane prikačena nazubljena lučna letva 35 preko koje se obrtno kretanje rotora 27 prenosi na gornji par koničnih zupčanika (nisu posebno numerisani na slikama nacrta) smešten ispod rotora 27. Od gornjeg para koničnih zupčanika (nisu posebno numerisani na slikama nacrta) preko vertikalnog vratila (nije posebno numerisano na slikama nacrta) pokreće se donji par koničih zupčanika, koji pokreću horizontalno vratilo (nije posebno numerisano na slikama nacrta), koje pogoni elektro generator 32, koji tada proizvodi električnu energiju. Sklop gornjeg i donjeg para koničnih zupčanika sa vertikalnim i horizontalnim vratilom predstavlja prenosnik 31 obrtnog kretanja.

Rotor 27 vetro turbine zajedno sa elektro generatorom 32 ulaze u sastav dimnjaka 2.

Dimnjak 2 je izveden u vidu cevi iz jednog komada ili kao teleskopski sa nastavcima 33 i 34, koji se nastavljaju na gornji uži cilindrični deo 24 dimnjaka 2. Donji širi deo 26 dimnjaka 2 spaja se sa gornjim užim delom 24 preko konusnog dela 25. U unutrašnjosti donjeg šireg dela 26 dimnjaka 2 delimično je postavljen rotor 27 (sa vertikalnom osom obrtanja), pri čemu je unutrašnji prečnik rotora 27 pribižno jednak spoljnjem prečniku gornjeg užeg dela 24 dimnjaka 2, a spoljni prečnik rotora 27 jednak je unutrašnjem prečniku donjeg šireg dela 26 dimnjaka 2.

Neposredno iznad konusnog dela 25 dimnjaka 2 postavljene su kose cevi 28, koje premošćavaju dimnjak 2 i spiralne uvodnike (nisu numerisani na slikama nacrta). Na ulazu u svaku kosu cev 28 iz dimnjaka 2 postavljen je elektro mehanički ventil 30, a na ulazu sa donje strane u gornji uži deo 24 dimnjaka 2 postavljen je ventil 29. Na izlazu sa gornje strane iz gornjeg užeg dela 24 ili nastavaka 33 i 34 dimnjaka 2 na kabini 46 postavljen je ventil 42.

Na vrhu gornjeg užeg dela 24 ili jednog od nastavaka 33 ili 34 dimnjaka 2, postavljena je kapa 3, koja je zakretna na dimnjaku 2 prema pravcu i smeru w strujanja vetra. Na ovaj način se na izlazu iz dimnjaka 2 poveća vučna snaga (promaja), pošto kapa 3 stvara zonu sniženog pritiska — — pri opstrujavanju vetra oko kape 3, a taj podpritisak se prenosi do vrha dimnjaka 2 i na taj način se povećava vučna snaga dimnjaka 2, a samim tim i snaga elektro generator 32.

Kapa 3 ima spoljni transparentni omotač 38 i/ili 39 i unutrašnji termoakumulacioni omotač 41. Omotač 38 je izveden sa utisnutim paternom, koji ima rupice 45, dok je omotač 39 izveden sa utisnutim paternom bez rupica. Rupice 45 se izvode da bi omogućile prelazak vazduha iz međuprostora 40 izvan omatača 38. Na taj način i sam omotač 38 sa paternom sa rupicama 45 stvara zonu vrtloženja vazduha i podpritiska, pa tako i povećava vučnu snagu (promaju) u kapi 3 i dimnjaku 2. Između spoljašnjeg omotača 38 i/ili 39 i unutrašnjeg omotača 41 u međuprostoru 40, postavljeni su distanceri 47, koji razdvajaju omotač 38 i/ili 39 od omotača 41. U međuprostoru 40, ispunjenim vazduhom, smešteni su senzori (nisu prikazani na slikama nacrta) pritiska vazduha. Kapa 3 je izvedena sa dodatnim aerodinamičnim otvorima 43 niz vetar za ispuštanje vazduha iz međuprostora 40 i sa zakrilcima 44 radi održavanja pravca kape 3 u pravcu i smeru w strujanja vetra.

Kapa 3 je aerodinamična, lagana i upravljiva, pa se zakreće prema pravcu i smeru w duvanja vetra, što se postiže obrtnim elektromagnetno mehaničkim ležajem 54, preko kojeg se kapa 3, oslanja na dimnjak 2 i koji omogućava da se kapa 3 nesmetano rotira oko uzdužne ose dimnjaka 2. Kapa 3 je privučena na ležaj 54 elektromagnetnim silama, a potom se mehanički ukopča i rotira oko uzdužne ose dimnjaka 2. Usmerenje kape 3 ka vetru obezbeđuje se zakrilcima 44 i nejednakim dužinama od ose dimnjaka 2 prednjeg i zadnjeg dela kape 3 u korist zadnjeg dela. Unutar kape 3 smešteni su kesona 48 sa helijumom pod atmosferskim ili malim pritiskom od 0,1 do 0,5 MPa, a u kabini 46 smeštene su boce 53 za helijum pod visokim pritiskom do 500 MPa, zatim kompresor 50 sa pogonskim elektro motorom 51, koga napajaju baterije 52. Kapa 3, koja zbog navedenih karakteristika ima osobine vazdušnog broda u kome se kesoni 48 pune i prazne po potrebi, koristeći helijum iz boca 53 i kompresor 50, gde kompresor 50 sabija helijum iz kesona 48 nazad u boce 53 i na taj način se kapa 3 diže i spušta po potrebi. Kada se kapa 3 odvoji od dimnjaka 2, odpuštanjem elektromagnetno mehaničkog ležaja 54, onda se kreće slobodno kroz prostor kao vazdušni brod pogonjen pomoću elektro ventilatora 55 sa kormilom, koji se napajaju iz baterija 52 i sleće bilo gde na svoje točkove 56. Usisna cev 49 prolazi kroz kabinu 46 i identičnog je prečnika

1

kао i teleskopski nastavak 34 i spaja izlaz iz dimnjaka 2 sa međuprostorom 40. Način rada kape 3 je da se vazdušna strujanja iz dimnjaka 2, preko usisne cevi 49, dovedu do međuprostora 40 i to između omotača 38 i/ili 39 i omotača 41, da bi na kraju izašao van kape 3 kroz rupice 45. Vazduh iz međuprostora 40 izlazi van i kroz otvore 43, postavljene niz vetar, tako da podpomognu izlaz vazduha iz međuprostora 40 kape 3. Vazduh iz međuprostora 40 izlazi napolje povučen podpritiskom --------, koji se stvara oko kape 3 usled ubrzanog opstrujavanja vazduha oko aerodinamične prepreke odnosno kape 3, ali i zbog spoljneg omotača 38 sa rupicama 45, koji takođe pravi dodatni pad pritiska -------- na svojoj površini. Oblast sniženog pritiska na slikama je označena sa -------- , koja se javlja usled opstrujavanja vazduha oko kape 3, ima ulogu vakum pumpe, koji se prenosi na izlazni kraj užeg dela dimnjaka 24, odnosno nastavaka 33 ili 34. Na taj način kapa 3 pravi dodatni cug na mestu konekcije sa dimnjakom 2, te samim tim ima ulogu pojačivača snage dimnjaka 2.

Solarna vetrenjača prema pronalasku ima četiri režima rada: pogonjena energijom vetra, pogonjena sunčanom energijom, istovremeno koristeći obe energije (sunca i vetra) i u režimu rada kao pumpa.

Solarna vetrenjača pogonjena vetrom, delom kolektora 1 otvorenim prema pravcu i smeru w strujanja vetra prihvata vazduh, koji struji u okruženju u blizini tla, sa sektorima 19 kolektora 1, koji su u privetrini (prvi na udaru vetra). Kako su transparentni krovne ravni 20 sektora 19 delimično okretne oko svojih osa (μ, η, ξ), tako da po potrebi prihvataju dodatan vazduh iz okruženja i usmere ga ka centru kolektora 1, odnosno ka izlazu iz sektora 19 prema ulazu u spiralne uvodnike (nisu numerusani na slikama nacrta), odnosno kroz prostor između spiralnih zidova 18 prema dimnjaku 2. Kako se prostor između pregradnih zidova 21 sužava prema centru, pa to sužavanje nastavlja i između spiralnih zidova 18, gledano prema dimnjaku 2, samim tim vazduh pravi zonu povećanog pritiska +++++++ vazduha u kolektoru 1. Vazduh pre ulaska u dimnjak 2 prolazi kroz rotor 27 vetro turbine, pokreće rotor 27 i vrtložno struji u središte dimnjaka 2. Vazduh koji opstrujava oko kape 3 stvara zonu povišenog vazdušnog pritiska +++++++ (omotač 39 sa paternom bez rupica) i zonu sniženog vazdušnog pritiska (omotač 38 sa paternom sa rupicama 45). Na taj način se ostvaruje kretanje vazduha kroz dimnjak 2 i to iz zone povećanog pritiska +++++++ u okruženju kolektora 1 u blizini tla ka zoni sniženog pritiska -------- vazduha oko kape 3, a to utiče i na vučna snagu (promaju) dimnjaka 2. Upotrebom kolektora 1 i kape 3 ostvaruju se mnogo dinamičnija strujanja vazduha kroz dimnjak 2, povećava se njegova vučna moć povećanjem broja obrtaja rotora 27 i tako se povećava snaga pogonjenog elektro generatora 32. U delu kolektora 1, koji nije otvoren prema pravcu i smeru w strujanja vetra (zavetrinski deo ili poslednji sektor 19 od smera w udara vetra) stepen otvorenosti elektro mehaničkih ventila 16 u njihovim spiralnim uvodnicima (nisu numerisani na slikama nacrta) je automatski podešen, što podrazumeva da su po potrebi i zatvoreni. Kolektor 1 je centralno simetričan i konstruisan tako da se sektori 19 i dodatno otvaraju prema pravcu i smeru w strujanju vetra - privetrinska strana, a druga polovina zaokrenuta za 180°-zavetrinska strana tada nije u funkciji (gledano na rotor 27) i po potrebi se zatvara sa elektromehaničkim ventilima 16. Privetrinska i zavetrinska strana se menjaju u zavisnosti od vetra (pravac i smer w duvanja vetra nije uvek isti), ali svi sektori 19 kolektora 1 su identični tako da hvataju vetar ma iz kog pravca dolazi.

Solarna vetrenjača pogonjena samo sunčanom energijom radi tako što kolektor 1 propušta sunčano zračenje kroz krovne ravni 20 na termoakumulacionu kosu ravan 7, pa se zagrevanjem ravni 7 toplota konvekcijom prenosi na vazduh, koji se pokreće prema rotoru 27, poguran hladnijim spoljnim stukturama vazduha. Vazduh se kreće radijalno kroz kolektor 1 ka centru, odnosno ka dimnjaku 2. Kolektor 1 prihvata i usmerava vazdušna strujanja prema rotoru 27 i dimnjaku 2 na isti način kao i kod solarne vetenjače pogonjene vetrom, samo što su u ovom slučaju svi elektromagnetni ventili 16 potpuno otvoreni, jer se očekuje približno isti pritisak i protok vazduha u svim sektorima 19 donjeg dela 5 kolektora 1, ukoliko je upadni ugao sunčevih zraka vertikalan ili približan vertikali, što bi na severnoj geografskoj hemisferi bilo tokom letnjih meseci u blizini ekvatora i taj ugao se povećava u zavisnosti od geografske širine. Sa druge strane kapa 3, postavljena na izlazu iz dimnjaka 2, na strani kape 3 izložnoj suncu, propušta sunčane zrake kroz omotače 38 i/ili 39, koji prolaze kroz međuprostor 40 i zagrevaju omotač 41, koji tu energiju prenosi na vazduh u međuprostoru 40 i povećava njegovu sposobnost izlaska iz kape 3 kroz otvore 43 na vrhu kape 3 ili na repu kape 3 ili pak kroz rupice 45 omotača 38, pa se i u tom slučau kapa 3 koristi kao pojačavač snage (promaje) dimnjaka 2.

Solarna vetrenjača najčešće radi u režimu rada koristeći istovremeno obe vrste energije (vetra i sunca), pri čemu senzori 17 za pritisak i protok vazduha daju podatke centralnoj procesorskoj jedinici (nije posebno prikazana na slikama nacrta), koja reguliše stepen otvorenosti elektro mehaničkih ventila 16. Položaj krovnih ravni 20 se takođe reguliše automatski prema intezitetu, pravcu i smeru w strujanja vetra iz centralne procesorske jedinice (nije posebno prikazana i numerisana na slikama nacrta) unutar kolektora 1 solarne vetrenjače.

Kada solarna vetrenjača radi u režimu rada kao pumpa ostvaruje se kretanje kape 3, postavljene na dimnjaku 2 sa teleskopskopskim nastavcima 33 i 34, između dva položaja: donjeg i gornjeg. Dizanje kape 3 se ostvaruje primenom kesona 48 sa helijumom, koji se pune iz boca 53 sa helijiumom pod pritiskom. Kapa 3 sa kesonima 48 napunjenim helijumom se kreće naviše i ponese sa sobom nastavke 33 i/ili 34, odnosno više njih ukoliko ih ima, pa tako dolazi u gornji položaj. U ovom režimu rada ventil 42 je stalno zatvoren.

Pri kretanju kape 3 u gornji položaj ventili 16 i ventil 29 su otvoreni, a ventili 30 (minimum 4 ili više) na kosim cevima 28 su zatvoreni, kao i ventil 8, koji tada zauzima gornji položaj (8-I), pa vazduh iz sektora 19 struji naviše, prema rotoru 27, pokreće rotor 27, vršeći koristan rad i prolazi kroz dimnjak 2.

Pri kretanju kape 3 u donji položaj kompresor 50 sabija helijum iz kesona 48 nazad u boce 53 pod velikim pritiskom, a ventili 16 i ventil 29 su zatvoreni, dok su ventili 30 otvoreni, kao i ventil 8, koji tada zauzima donji položaj (8-II), pa vazduh struji kroz slobodan prostor 9 i podzemne cevi 6, pa ulazi u donji deo 5 kolektora 1. U delu 5 vazduh se ponovo dogreva latentnom toplotom zaostalom u termoakumulacinim kosim ravnima 7, zidovima 21 i cevima 6, a onda se kreće naviše, pri čemu se i ciklus kretanja kape 3, između ova dva položaja (donjeg i gornjeg), ponavlja dok postoji latentne toplote.

Ukoliko na nekoj visini dimnjaka 2, koju dosegne sa nastavcima 33 i 34 i kapom 3, postoji dovoljno energije vetra i/ili sunca solarna vetrenjača će raditi u režimu pogonjena tom energijom, odnosno prekinuće se način rada pumpe.

Vazdušna struja iz dimnjaka 2 prolazi kroz cev 49, pa se uvodi između spoljašnjeg omotača 38 i/ili 39 i unutrašnjeg omotača 41, pri čemu je spoljašnji omotač 38 sa izvedenim paternom sa rupicama 45, a omotač 39 sa paternom bez rupica, dok je unutrašnji omotač 41 termoakumulacioni. Vazduh između omotača 38, 39 i 41 izlazi napolje, povučen podpritiskom, -------- , kroz rupice 45 na omotaču 38 i otvore 43. Sniženi pritisak, -------- , oko kape 3, se prenosi na izlaz iz dimnjaka 2, kako bi se povećala vučna snaga dimnjaka 2 (pravi se dodatna promaja).

Vučna snaga (promaja) je u funkciji spoljne temperature, temperature i specifične težine gasova i raste linearno sa visinom dimnjaka 2, a protok gasova sa kvadratnim korenom slobodne visine dimnjaka 2 (visina iznad one koja je potrebna za izjednačenje otpora vuče u odnosnom postrojenju).

Pored toga količina proizvedene energije zavisiće i od površine zemljišta koje pokriva kolektor 1 i od njegovog oblika, te na koji način je prilagođen terenu na kome se nalazi, kao i od mogućnosti zakretanja krovnih ravni 20 prema vetru. Pored kolektora 1 na vučnu snagu solarne vetrenjače utiče i veličina (zapremina) kape 3, sposobnost njenog zakretanja u pravcu i smeru w duvanja vetra, njen arodinamični profil, paterni 38, 39, omotač 41 i ostale karakteristike.

Ovakvom konstrukcijom solarne vetrenjače ostvarena je osnovna zamisao pronalazača, o korišćenju Sunčeve enrgije i/ili energije vetra da bi se proizvela električna energija.

1

Claims (9)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Solarna vetrenjača se sastoji iz kolektora (1), dimnjaka (2) (u čiji sastav ulazi rotor (27) vetro turbine i elektro generatora (32)) i kape (3), gde je kolektor (1) sastavljen iz gornjeg centralnog staklenog dela (4) i donjeg obodnog transparentnog dela (5), pri čemu je gornji deo (4) kolektora (1) sastavljen od najmanje četiri sektora, a unutrašnji cilindrični otvor izveden u središtu gornjeg dela (4) prolazi celom visinom gornjeg dela (4), n a z n a č e n t i m e , što je donji deo (5) kolektora (1) sastavljen od najmanje četiri plastična sektora (19), pri čemu sektori (19) donjeg dela (5) međusobno složeni obrazuju cilindar sa unutrašnjim cilindričnim otvorom izvedenim u središtu, koji prolazi celom visinom donjeg dela (5); što je svaki sektor (19) kolektora (1) prekriven transparentnim plastičnim krovnim ravnima (20), koje su delimično zakretne oko osa (μ, η, ξ): što se krovne ravni (20) oslanjaju na pregradne zidove (21), koji se oslanjaju na temelje (22) i sa termoakumulacionim kosim ravnima (7) obrazuju sektore (19); što se u nastavku sektora (19) nalaze kanali u vidu spiralnih uvodnika oivičenih između termoakumulacionih spiralnih zidova (18); što čeličnu konstrukciju gornjeg dela (4) čini najmanje četiri segmenta u nastavku sektora (19), gde svaki segment ima svoj čelični stub (11), koji stoji na svojoj temeljnoj stopi (12), dok svi stubovi (11) zajedno drže kose nosače(13) i noseći prsten (14) na koji se oslanja ceo dimnjak (2) sa kapom (3); što je rotor (27) vetro turbine napravljen iz najmanje šest ili više lučnih segmenata (37) sa lopaticama montiranih na lučne segmentne šine (36), koje sve zajedno obrazuju kružnicu, gde je na svakom segmentu (37) rotora (27) sa donje strane prikačena nazubljena lučna letva (35), koje sve zajedno obrazuju kružnicu; što svi lučni segmenti (37) rotora (27) zajedno povezani na šinama čine neprekidan rotor (27), koji rotira na šinama (36) i koji sa donje strane nosi lučnu nazubljenu letvu (35), koja rotira zajedno sa rotorom (27); što nazubljena lučna letva (35) prenosi obrtno kretanje sa rotora (27) na prenosnik (31) obrtnog kretanja, koji kružno kretanje prenose do elektro generatora (32); što je u unutrašnjosti donjeg šireg cilindričnog dela (26) ispod konusnog dela (25) dimnjaka (2) delimično postavljen rotor (27), pri čemu je unutrašnji prečnik rotora (27) jednak spoljašnjem prečniku gornjeg užeg cilindričnog dela (24) dimnjaka (2), a spoljašnji prečnik rotora (27) jednak je unutrašnjem prečniku donjeg šireg cilindričnog dela (26) dimnjaka (2); što je na vrhu gornjeg užeg cilindričnog dela (24) ili jednog od nastavaka (33) ili (34) dimnjaka (2), postavljena kapa (3), koja stoji na obrtnom elektro magnetno - mehaničkom ležaju (54), koji drži kapu (3) povezanu sa dimnjakom (2) na taj način da je ona okretna oko vertikalne ose dimnjaka (2).

2. Solarna vetrenjača prema zahtevu 1 , n a z n a č e n t i m e , što spiralni uvodnici oivičeni spiralnim zidovima (18) predstavljaju nastavke sektora (19) i dosežu do rotora (27), gde svaki spiralni uvodnik ima svoj elektromehanički ventil (16) i senzore (17) za pritisak i protok vazduha.

3. Solarna vetrenjača prema zahtevu 1 , n a z n a č e n a t i m e , što gornji cilindrični deo (24) dimnjaka (2) ima najmanje dva teleskopska nastavka (33) i (34), koji se pakuju jedan u drugi, tako da kapa (3) menja visinu.

4. Solarna vetrenjača prema zahtevu 1 i 3, n a z n a č e n a t i m e , što su neposredno iznad konusnog dela (25) dimnjaka (2) postavljene kose cevi (28), koje premošćavaju dimnjak (2) i spiralne uvodnike, a na ulazu u svaku kosu cev (28) iz dimnjaka (2) postavljen je elektromehanički ventil (30).

5. Solarna vetrenjača prema zahtevu 1 i 2 , n a z n a č e n a t i m e , što je ispod rotora (27) smešten elektro generator (32) sa svim prenosnicima (31) obrtnog kretanja do rotora (27) vetro turbine.

6. Solarna vetrenjača prema zahtevu 1 i 3, n a z n a č e n a t i m e , što je kapa (3), izvedena sa zakrilcima (44) i sa nejednakim rastojanjem prednjeg i zadnjeg dela kape (3) od ose dimnjaka (2), a na kapi (3) su izvedeni otvori (43).

7. Solarna vetrenjača prema zahtevu 1, 3 i 6, n a z n a č e n a t i m e ,š to je kapa (3) izvedena sa spoljnim omotačem (38) i/ili (39) i unutrašnjim omotačem (41), gde je spoljni omotač (38) izveden kao transparentni sloj sa utisnutim paternom sa rupicama (45), dok je spoljni omotač (39) izveden kao transparentni sloj sa utisnutim paternom bez rupica, a unutrašnji omotač (41) je izveden kao termoakumulacioni sloj, dok se između slojeva nalaze distanceri (47) kojima se obezbeđuje međuprostor (40).

8. Solarna vetrenjača prema zahtevu 1, 3, 6 i 7, n a z n a č e n a t i m e , što su u kapi (3) smešteni kesoni (48) sa helijumom pod malim pritiskom, dok su u kabini (46) smeštene boce (53) sa helijumom pod visokim pritiskom, kompresor (50) za sabijanje helijuma, elektro motor (51) za pokretanje kompresora (50) i baterije (52) za napajanje elektormotora (51).

1

9. Solarna vetrenjača prema zahtevu 1, 3, 4, 6, 7 i 8, n a z n a č e n a t i m e , što je u kapi (3), odnosno u njenoj kabini (46) smeštena usisna cev (49), koja spaja dimnjak (2) sa međuprostorom (40), prolazi kroz kabinu (46).

1