PL B1. Układ i sposób odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. F24F 12/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Układ i sposób odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 17/08 (73) Uprawniony z patentu: ZAKŁAD PRODUKCJI CIEPŁA ŻORY SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Żory, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/12 (72) Twórca(y) wynalazku: STANISŁAW GRANIECZNY, Wodzisław Śląski, PL JÓZEF GEMBALCZYK, Wodzisław Śląski, PL HENRYK RZEPSKI, Jastrzębie Zdrój, PL JAN KURZYDYM, Rybnik, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest układ odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery oraz sposób odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery. Dotychczas wiele zakładów przemysłowych w swoim ciągu produkcyjnym stosuje do przewietrzania względnie nawietrzania procesów produkcyjnych duże masy powietrza, które po wykonaniu założonej pracy jako prąd zużytego powietrza wydmuchiwane są do atmosfery, przez co traci się bezpowrotnie duże ilości energii wynikające z ruchu tej dużej masy powietrza, często o bardzo dużej prędkości i długiego, zazwyczaj całorocznego czasu jej przepływu. Tymczasem brak jest odpowiednich efektywnych i skutecznych rozwiązań do odzyskania energii prądu zużytego powietrza, który po wykonaniu zamierzonej pracy nie jest dalej wykorzystany i jest wydmuchiwany z zakładu przemysłowego do atmosfery, tracąc tam całą swoją energię. Znane jest z polskiego opisu patentowego nr rozwiązanie sposobu wykorzystania wiatru do napędu obrotu wirnika w silniku wiatrowym oraz silnik wiatrowy, umożliwiające maksymalne przejmowanie parcia siły wiatru na łopatki wirnika przez umieszczenie łopatek w wirniku w osiach prostopadłych do kierunku wiatru, z możliwością samoczynnego ich ustawiania się do kierunku wiatru. Sposób polega na tym, że parcie siły wiatru przenoszone jest na obrotowo osadzone w ramionach łopatki, których osie obrotu umiejscowione są w odpowiednich odległościach. Wzajemny stosunek tych odległości ma się jak 1 lub 2, przy czym w kolejnych fazach obrotu wirnika łopatki ustawiają się swobodnie pod wpływem parcia wiatru w różnych kierunkach. Silnik ma między ramionami rozmieszczone obrotowo i mimośrodowo łopatki, a na wewnętrznych powierzchniach ramion są wbudowane po dwa przestawne zderzaki oporowe, zwalniające lub ograniczające obrót łopatek pod naporem siły wiatru. Znane jest także z polskiego opisu patentowego nr rozwiązanie wiatraka rurowego, służącego do zamiany prostoliniowego ruchu strugi wiatru na ruch wirowy turbiny wiatrowej, w celu wykorzystania energii. Wiatr jest sprowadzany z wyższych części atmosfery do poziomu terenu, gdzie posadowiona jest turbina wiatrowa. Na wylocie wiatru z turbiny jest dysza ssąca, wzorowana na skrzydle samolotu, która po stronie wypukłej wytwarza podciśnienie. W ten sposób turbina wiatrowa zasilana jest dwoma strumieniami wiatru, co zwiększa jej wydajność. Całość wynalazku przeznaczona jest do napędu różnych maszyn roboczych, w których zmiana szybkości obrotów nie ma wpływu na jakość pracy, a jedynie zmienia się wydajność. Znane jest również z polskiego opisu patentowego nr rozwiązanie turbiny wiatrowej, składającej się z umocowanego na maszcie wirnika o poziomej osi. Wirnik stanowią dwa ażurowe koła, zawierające piastę i szprychy, z których jedno koło osadzone jest sztywno na osi, a drugie koło osadzone jest na tulei, przy czym oś osadzona jest przesuwnie i obrotowo w tulei. Ażurowe koła na obwodach spięte są ruchomo drążkami, na których osadzone są zewnętrzne krawędzie elastycznych płatów. Natomiast boczne krawędzie elastycznych płatów zamocowane są do linek. Zespół ten umożliwia czerpanie energii kinetycznej wiatru i utrzymanie stałej w przybliżeniu prędkości obrotowej wirnika. Powyżej omówione oraz inne znane i stosowane rozwiązania siłowni wiatrowych z silnikami lub turbinami wiatrowymi, zawierają pewne niedogodności, występujące zarówno w czasie ich budowy oraz ich eksploatacji, a cechujące się zwłaszcza stosunkowo dużymi kosztami inwestycyjnymi i eksploatacyjnymi oraz brakiem ich przystosowania do technicznie i ekonomicznie uzasadnionych warunków eksploatacyjnych zasilania prądem zużytego powietrza z zakładu przemysłowego. Powyższe niedogodności zostały poważnie ograniczone przez nowe rozwiązanie układu odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery oraz sposobu odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery. Zgodnie z wynalazkiem układ odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery ma wylot prądu powietrza z zakładu przemysłowego oraz silnik wiatrowy usytuowany w atmosferze poza miejscem oddziaływania tego prądu powietrza na atmosferę w taki sposób, że oś tego silnika wiatrowego, na której zabudowano jednozestawowy lub wielozestawowy wirnik z elementami wirującymi, korzystnie w kształcie czasz lub płaszczyzn kierujących, jest prostopadła lub prawie prostopadła do tego prądu powietrza, przy czym część elementów wirujących silnika wiatrowego znajduje się w atmosferze w miejscu oddziaływania tego prądu powie-

3 PL B1 3 trza, natomiast pozostała część elementów wirujących tego silnika wiatrowego znajduje się poza miejscem oddziaływania tego prądu powietrza na atmosferę. Korzystnie wylot prądu powietrza dla wirnika silnika wiatrowego z daną ilością zestawów elementów wirujących jest swym przekrojem tak dobrany, że przepływ tego powietrza przez znajdującą sie w jego oddziaływaniu część elementów wirujących jest optymalny dla maksymalnej ich wydajności. Poszczególne zestawy elementów wirujących, ukształtowanych korzystnie w kształcie czasz, są zabudowane na osi wirnika silnika wiatrowego tak, że kolejny zestaw elementów wirujących jest przesunięty na tej osi względem poprzedniego zestawu elementów wirujących o kąt ustalony w granicach 40% - 60% kąta rozchyłu między sąsiednimi elementami wirującymi. Zestaw elementów wirujących ukształtowanych korzystnie w kształcie płaszczyzn kierujących ma trzy jednakowe płaszczyzny kierujące o przekroju parabolicznym, zabudowane symetrycznie na osi wirnika silnika wiatrowego tak, że poszczególne płaszczyzny kierujące są przesunięte na tej osi względem siebie o kąt 120. Sposób odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery według wynalazku polega na przejmowaniu energii tego prądu powietrza przez część elementów wirujących silnika wiatrowego, osadzonych na osi prostopadłej lub prawie prostopadłej do kierunku tego prądu powietrza, a usytuowanych w atmosferze w miejscu oddziaływania tego prądu powietrza na atmosferę, przy czym sam silnik wiatrowy oraz pozostała część elementów wirujących tego silnika wiatrowego znajduje się poza miejscem oddziaływania tego prądu powietrza na atmosferę. Zastosowanie układu i sposobu według wynalazku umożliwia w sposób efektywny i bezpieczny odzyskanie energii prądu zużytego powietrza z zakładu przemysłowego wydmuchiwanego dotąd nieefektywnie do atmosfery oraz przetworzenie korzystne tej energii kinetycznej na ż ą- daną energię odbiorczą. Celowe wykonanie wirnika silnika wiatrowego z odpowiednią ilością z e- stawów elementów wirujących, korzystnie w kształcie czasz lub płaszczyzn kierujących i adekwatnie do optymalnego przekroju wylotu prądu powietrza z zakładu przemysłowego oraz par a- metrów jego energii kinetycznej, pozwala na maksymalne przetworzenie energii kinetycznej tego prądu powietrza przez silnik wiatrowy na korzystną energię użyteczną dla tego zakładu przem y- słowego i/lub innych odbiorców energetycznych. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony schematycznie w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia poglądowo układ odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery z elementami wirującymi silnika wiatrowego w kształcie czasz w widoku z boku, fig. 2 przedstawia powyższy układ odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery w widoku od czoła, fig. 3 przedstawia układ odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery z elementami wirującymi w kształcie płaszczyzn kierujących w widoku z boku, natomiast fig. 4 przedstawia powyższy układ odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery w widoku od czoła. Układ odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery, według wynalazku ma prąd powietrza 1 skierowany swym odpowiednim wylotem 2 z zakładu przemysłowego 3 do atmosfery oraz silnik wiatrowy 4, usytuowany swą osią w atmosferze poza miejscem oddziaływania tego prądu powietrza 1 na atmosferę. Silnik wiatrowy 4 ma na swej osi zabudowany wirnik z zestawami elementów wirujących 5. Oś wirnika silnika wiatrowego 4 jest usytuowana prostopadle do tego prądu powietrza 1 tak, że część elementów wirujących 5 silnika wiatrowego 4 znajduje się w atmosferze w miejscu oddziaływania tego prądu powietrza 1, zaś pozostała część elementów wirujących 5 tego silnika wiatrowego 4 znajduje się poza miejscem oddziaływania tego prądu powietrza 1 na atmosferę. Silnik wiatrowy 4 jest sprzężony osią swego wirnika z osią urządzenia odbiorczego 6, przetwarzającego energię napędzanego silnika wiatrowego 4 na żądaną energię użyteczną, korzystnie energię elektryczną. Lokalizacja silnika wiatrowego 4 w stosunku do wylotu 2 prądu powietrza 1 z zakładu przemysłowego 3 jest tak dobrana, że zapewnia optymalny przepływ tego prądu powietrza 1 przez znajdujące się w jego oddziaływaniu część elementów wirujących 5 dla uzyskania maksymalnej ich wydajności. Przedstawione na rysunkach fig. 1 i fig. 2 zabudowane na osi wirnika napędu wiatrowego 4 zestawy elementów wirujących 5, ukształtowanych korzystnie w kształcie czasz, są ustawione tak, że są przesunięte względem siebie na tej osi wirnika o kąt równy 50 kąta rozchyłu między sąsiednimi elementami wirującymi 5, co powoduje zwiększenie oddziaływania aerodynamicznego tego prądu powietrza 1 na stronę napędową poszczególnych elementów wirujących 5 i stabilizację przepływu tego prądu

4 4 PL B1 powietrza 1. Natomiast na rysunkach fig. 3 i fig. 4 jest przedstawiony zestaw elementów wirujących 5, ukształtowanych korzystnie w kształcie trzech jednakowych płaszczyzn kierujących o przekroju parabolicznym, zabudowanych symetrycznie na osi wirnika silnika wiatrowego 4 z przesunięciem poszczególnych płaszczyzn, kierujących względem siebie na tej osi o kąt 120. Sposób odzyskania energii zużytego powietrza wydmuchiwanego do atmosfery według wynalazku polega na usytuowaniu silnika wiatrowego 4 w stosunku do wylotu 2 z zakładu przemysłowego 3 prądu powietrza i tak, by ten prąd powietrza 1 działał wyłącznie na strony napędowe części elementów wirujących 5 zabudowanych na osi wirnika silnika wiatrowego 4, znajdujących się w miejscu oddziaływania tego prądu powietrza 1, których przemieszczenie oraz obroty osi tego wirnika powodują napędzanie urządzenia odbiorczego 6, korzystnie generatora prądotwórczego. Powyższe rozwiązanie układu i sposobu do odzyskania energii prądu powietrza 1 z zakładu przemysłowego 3 pozwala na efektywne i maksymalne przetworzenie jego energii kinetycznej na przydatną i tanią dla tego zakładu przemysłowego 3 i/lub innych odbiorców energetycznych energię, korzystnie energię elektryczną. Zastrzeżenia patentowe 1. Układ do odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery, znamienny tym, że ma wylot (2) prądu powietrza (1) z zakładu przemysłowego (3) oraz silnik wiatrowy (4) usytuowany w atmosferze poza miejscem oddziaływania tego prądu powietrza (1) na atmosferę w ten sposób, że oś tego silnika wiatrowego (4), na której ma zabudowany jednozestawowy lub wielozestawowy wirnik z elementami wirującymi (5), korzystnie w kształcie czasz lub płaszczyzn kierujących, jest prostopadła lub prawie prostopadła do prądu powietrza (1), przy czym część elementów wirujących (5) silnika wiatrowego (4) znajduje się w atmosferze w miejscu oddziaływania tego prądu powietrza (1), natomiast pozostała część elementów wirujących (5) silnika wiatrowego (4) znajduje się poza miejscem oddziaływania tego prądu powietrza (1) na atmosferę. 2. Układ do odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery według zastrz. 1, znamienny tym, że ma wylot (2) prądu powietrza (1) dla wirnika silnika wiatrowego (4) z daną ilością zestawów elementów wirujących (5) swym przekrojem tak dobrany, że przepływ tego powietrza przez znajdującą się w jego oddziaływaniu część elementów wirujących (5) jest optymalny dla maksymalnej ich wydajności. 3. Układ do odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery według zastrz. 1, znamienny tym, że ma poszczególne zestawy elementów wirujących (5), ukształtowanych korzystnie w kształcie czasz, zabudowane na osi wirnika silnika wiatrowego (4) tak, że ma kolejny zestaw elementów wirujących (5) przesunięty na tej osi względem poprzedniego zestawu elementów wirujących (5) o kąt ustalony w granicach 40% - 60% kąta rozchyłu między sąsiednimi elementami wirującymi (5). 4. Układ do odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery według zastrz. 1, znamienny tym, że ma zestaw elementów wirujących (5), ukształtowanych korzystnie w kształcie trzech jednakowych płaszczyzn kierujących o przekroju parabolicznym, zabudowanych symetrycznie na osi wirnika silnika wiatrowego (4) tak, że ma poszczególne płaszczyzny kierujące przesunięte na tej osi względem siebie o kąt Sposób odzyskania energii prądu zużytego powietrza wydmuchiwanego z zakładu przemysłowego do atmosfery według zastrz. 1, znamienny tym, że polega na przejmowaniu energii tego prądu powietrza (1) przez część elementów wirujących (5) silnika wiatrowego (4), osadzonych na osi prostopadłej lub prawie prostopadłej do kierunku tego prądu powietrza (1), a usytuowanych w atmosferze w miejscu oddziaływania tego prądu powietrza (1) na atmosferę, przy czym silnik wiatrowy (4) oraz pozostała część elementów wirujących (5) tego silnika wiatrowego (4) znajduje się poza miejscem oddziaływania tego prądu powietrza (1) na atmosferę.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)