Szabadalmi leírás
A találmány címe: Vízerőmű, állóvízben
Feltaláló: Indi Attila, 1212. Budapest XXI. Temesvári út 96. (100%)
Levelezési cím: Indi Attila, 1202. Budapest XX. Perczel Mór utca 38.
A találmány tárgya, alkalmazási területei:
Mai kultúránk elengedhetetlen része az energia, ezen belül is az elektromos áram. Ennek olcsó és megbízható előállítását oldja meg ez a találmány. Világszerte sok ritkán lakott terület van. Városoktól messze eső farmok, veszélyességük miatt a lakott helyektől messze telepített üzemek, stb. Ugyanakkor ezek a farmerek is szeretnék átlagos emberhez hasonlóan élni az életüket, és ezek az üzemek is villamos energiával termelnek. Ellátásuk a területi hálózatról, a távolság miatt igen költséges, szerencsés lenne tehát a szükséges energiát helyben, olcsón megtermelni.
A technika állása:
A sziget jellegű áramforrásoknak számos megoldása létezik a szélkeréktől, a patakra épített vízerőműn át a napelemektől, a robbanómotorral hajtott generátorokig. Mindezek használható megoldások, de egyenként megvannak az árnyoldalaik a használat szempontjából.
- A szélkerék csak szeles vidéken telepíthető, a mégis beálló esetleges szélcsendben működésképtelen, a gyakran változó szélviszonyok és terhelési viszonyok miatt a frekvencia szinten tartása bonyolult technikákat igényel, ezért a viszonylag megbízható szélkerék telepítése igen költséges.
- A patakra épített mini vízerőmű létesítéséhez patak kell, ez nincsen bárhol, ezért ennek a megoldásnak alkalmazása erősen korlátozott.
- A napelemek elektromos teljesítménye a méretükhöz képest elég kicsi, az áruk viszont igen magas. Ha mégis ezzel a megoldással tervezzük ellátni a villamos áram igényünket, nagy területet kell biztosítanunk a megvalósításhoz, sok pénzt kell befektetnünk, és egy borús esős időszak alatt az egész beruházás cserben hagy bennünket.
- A robbanómotoros aggregátorokat a technika már tökéletesre fejlesztette. Biztonságosak, megbízhatók, jól alkalmazkodnak a változó terheléshez, üzemeltetésük alatt viszont egyfolytában itatnunk kell őket szénhidrogénekkel, zajukkal és kipufogó gázaikkal folyamatosan szennyezik a környezetet.
A találmánnyal megoldandó feladat:
Szigetjellegű emberi települések, üzemek áramellátása, megbízható, zajszegény, környezetbarát, gazdaságos módon.
A feladat legáltalánosabb megoldása:
Mechanikai munkát termelő gépegység munkáját, egy áramfejlesztő gépegység meghajtására használják fel, ezzel villamos energiát nyernek, ami bármi más célra újra felhasználható.
A találmány leírása:
A szabadalmi oltalommal a megoldás ötletét szeretném védeni. Ezért a leírás és ábrázolás nem a konkrét kivitelezendő eszközt, csak annak rendszerét tartalmazza. A megépítéshez a részleteket megfelelően méretezni kell. Erre a méretezésre a leírás későbbi szakaszában utalni fogok.
Az eszköz (lásd 1. ábra) megépítése:
- A (9.) puffer tartály megépítésével kezdődik. A (9.) puffer tartály padozatára épül az (3.) állvány, ami mindkét oldalon hordozza a (1.) vízkerék tengelyének csapágyait. A (1.) vízkerékhez (2.) szíjtárcsák tartoznak a (7.) légkompresszor és a (5.) generátor meghajtására.
- A (1.) vízkerék elhelyezése után, annak megfelelően el kell helyezni, pozicionálni és rögzíteni a (4.) szívócsövet. A (4.) szívócső aljához szintén pozicionálva és rögzítve kerül a 10 perforált rostély.
- El kell helyezni, alapokon rögzíteni a (7.) légkompresszort és a (5.) generátort. A (7.) légkompresszor és a (10.) perforált rostély között meg kell építeni a (6.) légvezetéket, amin keresztül a (7.) légkompresszor által termelt sűrített levegő eljut a (10.) perforált rostélyba.
- Fel kell helyezni a hajtószíjakat a (2.) szíjtárcsák a (7.) légkompresszor és a (5.) generátor közé. Így a (1.) vízkerék a (7.) légkompresszor és a (5.) generátor mechanikai kényszerkapcsolatba kerül egymással.
- Végezetül a (9.) puffer tartályt fel kell tölteni megfelelő szintig az (8.) üzemi vízzel. Az üzemi víz feltöltés közben benyomul a megfelelő szintig a (4.) szívócsőbe és a (6.) légvezetékbe is. Ezekkel az építés gyakorlatilag befejeződött.
A rendszer elindítása:
- A (1.) vízkereket külső erőforrással (kézi erő,robbanó vagy elektromos motor) a (1. ábrán látható, és abból logikusan következő) helyes irányban megforgatjuk.
- Ebből következően a (1.) vízkerékkel kényszerkapcsolatban levő (7.) légkompresszor is forogni kezd. Ezzel sűrített levegőt termel, ami a (6.) légvezetéken át eljut a (10.) perforált rostélyba, maga előtt kiszorítva a (2.) légvezetéket eddig feltöltő vizet.
- A (10.) perforált rostélyon ekkor buborékok lépnek ki, melyeket a fajsúlykülönbség révén a gravitáció felfelé mozgat a (4.) szívócső belsejében. A folyamatos levegőbetáplálás miatt a (4.) szívócsőben levő vízoszlop levegőbuborékokkal könnyítetté válik, ettől az átlag-fajsúlya lecsökken. (a P=h x γ képletből a γ változik meg) Már az első buborékok megjelenésével nyomáskülönbség keletkezik a (4.) szívócső alján, ami a buborékok számának növekedésével együtt nő. Ennek hatására az (8.) üzemi víz az (11.) áramlási irányban beáramlik a (4.) szívócsőbe. Mindezek együttes hatására a (4.) szívócsőben a vízszint emelkedik. Amikor az emelkedő vízszint eléri a (4.) szívócső legnagyobb magasságát (vízköpő csövet), akkor az (8.) üzemi víz kifolyik a (1.) vízkerékre, és feltölti annak rekeszeit. A körfolyamat ekkor alakul ki, és válik önfenntartóvá.
Már megszüntethető a külső erőforrásról történő meghajtás, sőt az egység energiatermelésre alkalmas forgatónyomatékot állít elő.
A jelenség magyarázata:
A mi világunkra az egyensúlyi állapot jellemző. (Minden erővel szemben fellép egy ellenerő … és más hasonló igaz axiómák) Ezt az egyensúlyt a természet mindenképpen törekszik fenntartani. Ha viszont sikerül olyan eszközt, vagy eszközrendszert létrehozni, ami képes ennek az egyensúlynak a kibillentésére, akkor ennek következményeképpen más, -egyébként helytálló- axiómák, mint az energia megmaradás törvénye is változnak. Ez a rendszer azáltal billenti ki a természet alapegyensúlyát, hogy kihasználja a sűrített levegő, egész pontosan a gázbuborék kettős hatását a folyadékokban, illetve a folyadékok súlyából származó nyomás és a benne lebegő rugalmas gázbuborék kedvezően együttműködő hatását.
Mi is ez a kettős hatás?
Az első, ami egyszerűen belátható ismereteink alapján, hogy a buborékokkal ritkított vízoszlop alján a (4.) szívócsőben mérhető hidrosztatikus nyomás alacsonyabb lesz, mint a (4.) szívócsövön kívül az (8.) üzemi víz azonos mélységében mérhető. Ez emeli a (4.) szívócsőben levő vízoszlopot, és csak a (4.) szívócsőnek az (8.) üzemi vízbe merülő hossza határozza meg a (4.) szívócső elérhető emelési magasságát.
Megfelelő hosszúságú (4.) szívócső bármilyen emelési magasságra képes (8.) üzemi vizet szállítani, megfelelő mennyiségű sűrített levegő folyamatos betáplálása esetén. Ez igaz. Az is igaz viszont, hogy minél nagyobb mélységben kell a levegőt betáplálni, ehhez annál több munkavégzés szükséges. Ez lenne a csapda, de ez esetben nem az. Itt lép be a buborék kettős hatása. A bepréselt buborék a puszta jelenlétével megteszi nekünk azt, hogy a (4.) szívócsőben levő (8.) üzemi víz átlagos gamma értékét a környező (8.) üzemi vízénél alacsonyabbra állítja be, ezzel létrehozza a (4.) szívócsőben az intenzív feláramlást. De ezzel a „munkája” nem ér véget.
A (4.) szívócsőben felfelé haladtában a rá nehezedő vízoszlop magassága, ezzel a környező víz hidrosztatikus nyomása folyamatosan csökken. A buborék ismeri az egyesített gáztörvényt, és ez szerint viselkedik. Tekintve, hogy a gázok nyomásának, térfogatának és hőmérsékletének szorzata állandó és a hőmérséklet a bepréselés és a felfelé haladás között lényegében nem változik, a nyomás viszont csökken, a buborék folyamatosan nőni fog, vagyis a térfogatának változásával teljesíti be a számára kötelező szorzatazonosságot. Ennek viszont az a következménye, hogy a (4.) szívócsőben levő vízoszlop, nem egyszerűen áramlik, hanem felfelé haladtában folyamatosan nyúlik, vagyis a felül mért kiáramlási sebesség a (4.) szívócső hosszától függően a beáramlás sebességének többszöröse is lehet.
Ezzel a (4.) szívócsőben szállított víz teljes tömege jelentős mozgási energiára tesz szert, jelesül pontosan annyira amennyit a bepréselt levegő a bepréseléskor, állapoti energiaként hordoz. Rövidebben, a (7.) légkompresszor meghajtására befektetett munkát, a buborékok, a 4 szívócső belsejében való terjeszkedésükkel, minimális vesztességgel, mozgási energiában visszaadják.
Ebből következik a működőképesség. A (4.) szívócsőből kilövellő (8.) üzemi víz, nekiütközve a (1.) vízkerék rekeszelválasztó falainak, a (14.) mozgási energia átadási szektorban, átadja tolóerő formájában, mozgási energiájának azt a részét, ami a (1.) vízkerék kerületi sebessége, és a (8.) üzemi víz, áramlási sebessége között számítható. Ezzel létrehozza a (7.) légkompresszor meghajtásához szükséges munka ≈65-70 %-át. Közben a (1.) vízkerék rekeszei megtelnek. A (7.) légkompresszor meghajtásából hiányzó 30-35%-ot a (13.) vesztességek pótlásához szükséges helyzeti energia átadási szektorban, már a gravitáció adja.
A (7.) légkompresszor meghajtása után a (1.) vízkerék rekeszeiben még jelentős helyzeti energiával rendelkező víz marad a (12.) hasznosítható helyzeti energia átadási szektorban, amelynek gravitációból eredő forgató nyomatékát, vagyis a (1.) vízkerék által végzett mechanikai munkát, a (5.) generátor meghajtására használhatjuk.
Méretezések:
Tekintve, hogy jelen szerkezethez nem áll rendelkezésre semmilyen tervezési segédlet, a méretezést az elvárásokból kiindulva célszerű elkezdeni. Első lépésben meghatározandó a (5.) generátor elvárt maximális teljesítménye. Ebből számítható a meghajtásához szükséges mechanikai munka, illetve a teljesen kihasznált (5.) generátor tengelyének forgatásához szükséges forgató nyomaték. A (1.) vízkereket, szélességben, átmérőben és rekesztérfogatában úgy kell méretezni, hogy a (12.) hasznosítható helyzeti energia átadási szektorban, annyi (8.) üzemi víz legyen, aminek gravitációból számított forgató nyomatéka nagyobb mint a (5.) generátor maximális terhelésekor szükséges nyomaték.
A (4.) szívócső hosszát, és ezzel együtt a (9.) puffer tartály mély részének mélységét úgy kell méretezni, hogy a (4.) szívócső teljes magasságában lévő vízoszlop alján mérhető nyomás max. 30% gammaérték csökkenés esetén, (30% levegő) kisebb legyen, mint az (8.) üzemi víz alapszintjétől a (4.) szívócső aljáig mért vízoszlop magasságából származó nyomás. A (4.) szívócső átmérőjét úgy kell méretezni, hogy annak aljánál megjelenő nyomáskülönbség hatására beinduló áramlás sebessége az adott átmérő mellet képes legyen annyi (8.) üzemi vizet szállítani, amellyel a (1.) vízkerék tervezett kerületi sebességével annak vízrekeszei maradéktalanul megtelnek. A (7.) légkompresszort, és annak (1.) vízkerékhez viszonyított fordulatszámát, úgy kell méretezni, hogy a kialakított arányokkal a szállított levegő mennyisége a (4.) szívócsőben tervezett áramló térfogat 30%-át meghaladja. A méretezéseknél és gammaváltozásoknál célszerű figyelembe venni a (4.) szívócsőben mozgó (8.) üzemi vízoszlop korábban leírt megnyúlását, ezzel szívómélységet és szállított levegőmennyiséget takaríthatunk meg.
A találmány jó:
- Mert zajszegény környezetbarát módon oldja meg szigetáramforrás megvalósítását.
- Egyszerű elemei miatt üzembiztos működést garantál.
- Semmit nem von ki (üzemanyag) és semmit nem juttat (kipufogógáz) a környezetébe.
- A világ bármely pontján, viszonyítottan kis költséggel felépíthető.
- Hideg éghajlati övben a működéséhez szükséges zárt temperált tér fenntartásához az energiát önmaga gazdaságosan képes létrehozni.
Kérelem:
„Vízerőmű állóvízben” néven szabadalmi oltalom alá szeretném helyezni a leírt találmányt.
Igénypont:
1. Mechanikai munkát termelő rendszer, jelesül vízerőmű, jellemezve azáltal, hogy saját zárt rendszerében tárolt folyadékkal dolgozik, és ehhez az energiát a folyadékban lebegő, és vele együtt haladó buborékok, és az őket körülvevő folyadék jellemző viselkedéséből meríti.
Vízerőmű állóvízben
1. ábra
