Silnik wiatrowo-cieplny naddachowy

Przedmiotem wynalazku jest silnik wiatrowo-cieplny naddachowy wykorzystujący też energię jego nagrzewania, który nadaje się do zastosowania w budynkach o spadzistych dachach, do zasilania instalacji elektrycznej, szczególnie w domach jednorodzinnych. Najbliższym rozwiązaniem jest wiatrak z wirnikiem o wale pionowym, co umożliwia działanie tego silnika niezależnie od kierunku wiatru, na którym zamocowane są dwa płaty o obrysie prostokątnym i spiralnym przekroju.

Istota silnika według wynalazku, polega na tym, że na wysokości ukształtowanej kalenicy osadzony jest wsparty na wspornikach ułożyskowany wał z zamocowanymi do niego krzyżakami. Na końcach krzyżaków zamocowane są obrotowo na osiach rynny ze stałymi przegrodami sprzężonymi ze sobą czworobokami przegubowymi. Wspólne ramię czworoboków przegubowych osadzone jest obrotowo na wale za pomocą bardzo podatnego, sprężonego wstępnie, sprzęgła. Ponadto ukształtowana kalenica z otworem mocowana jest do poszycia dachu. W ścianach szczytowych dachu zainstalowane są okna. Pod poszyciem dachu w kanałach wentylacyjnych zamocowane są obrotowo klapy. Ponadto rynny są wyposażone w przegrody ruchome mocowane do nich obrotowo za pomocą sprzęgieł podatnych.
Silnik według wynalazku, wykorzystuje przestrzeń obok kalenicy dachu spadzistego oraz zjawisko przylegania strugi powietrza do płaszczyzny, którą opływa, co powoduje zwiększanie jego prędkości i gęstości, a stąd i energii kinetycznej. Silnik wykorzystuje też przestrzeń pod kalenicą dachu spadzistego i energię strugi powietrza przewietrzającego poszycie dachu oraz energię cieplną, przejmowaną przez tą strugę od jego pokrycia, co powoduje zwiększanie jej objętości a stąd prędkości i energii kinetycznej.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, który przedstawia przekrój poprzeczny silnika wiatrowo-cieplnego naddachowego.
Silnik wiatrowo-cieplny naddachowy, składa się z wirnika wyposażonego w ułożyskowany wał 1 z zamocowanymi do niego krzyżakami 2, wspartego na wspornikach 3 i 4. Na końcach krzyżaków 2 zamocowane są obrotowo rynny 5 na osiach 6, za pomocą stałych przegród 7. Przegrody 7 służą do zwiększania momentu rozwijanego przez wirnik, gdy wiatr wieje nie prostopadle do niego. Rynny 5 sprzężone są ze sobą czworobokami przegubowymi 8, których wspólne ramię osadzone jest obrotowo na wale 1 za pomocą bardzo podatnego, sprężonego wstępnie, sprzęgła 9. Rynny 5 są wyposażone też w przegrody ruchome 10 mocowane do nich obrotowo za pomocą sprzęgieł podatnych 11. Ukształtowana kalenica 12 z otworem 13 mocowana jest do poszycia dachu 14. Pod nim w kanałach wentylacyjnych 15 zamocowane są obrotowo klapy 16. W ścianach szczytowych 17 zainstalowane są okna 18. Przegrody 7 służą do zwiększania momentu rozwijanego przez wirnik, gdy wiatr wieje nie prostopadle do niego. Od dołu wirnik jest zasilany powietrzem poprzez otwór w ukształtowanej kalenicy 12 związanej z poszyciem dachu 14, w którym też znajduje się otwór wylotowy. Powietrze to pochodzi z kanałów wentylacyjnych 15 oraz okien 18 w ścianach szczytowych 17 dachu.

Działanie silnika według wynalazku, polega na przekształcaniu energii poruszanego wiatrem powietrza na mechaniczną energię ruchu obrotowego. Realizowane to jest przez napieranie strug powietrza opływającego połacie dachu na rynny 5, które poprzez krzyżaki 2 działają na wał wirnika 1. Korzystnym jest takie ukształtowanie tych połaci, aby nie następowało odrywanie od nich tych strug, co zapewnia łukowy kształt części kalenicy 12. Uzyskuje się przez to równomierny i dłuższy ich przepływ powietrza wokół wirnika, co korzystnie wpływa na jego sprawność. Realizowane jest to też przez gładkie połączenie kalenicy 12 z pokryciem dachu 14. Zastosowanie stałych przegród 7 w rynnach 5, a przede wszystkim przegród ruchomych 10, które pochylając się działają jak żagle, co umożliwia działanie silnika według wynalazku nie tyko, gdy wiatr wieje prostopadle, ale i skośnie a nawet równolegle do kalenicy 12. Połączenie rynien 5 wzajemnie czworobokami przegubowymi 8, które są połączone z wałem 1 wstępnie napiętymi sprzęgłami 9 umożliwia ich obrót wokół osi 6, gdy prędkość wirnika 1 zbliża się dozwolonej. Powoduje to siła odśrodkowa wywoływana masą rynien 5. Zmniejsza się wtedy moment na wale silnika zabezpieczając przed przekroczeniem tej prędkości. Klapy 16 są zaworami zwrotnymi zabezpieczającymi przed cofaniem się strugi powietrza oraz służą do regulacji natężenia jego przepływu. Zainstalowane w ścianach szczytowych 17 dachu okna 18, służą do zasilania przestrzeni pod kalenicą 12. Korzystne osadzenie okien 18 na zawiasach w pionowych osiach symetrii umożliwia ich wykorzystanie niezależnie od kierunku działania wiatru.

Silnik wiatrowo-cieplny naddachowy, może działać nawet przy braku wiatru poprzez wykorzystanie promieniowania słonecznego nagrzewającego pokrycie dachu a przez to i powietrza nad i pod nim, co wywołuje spadek jego ciężaru właściwego, a stąd wstępujące prądy powietrzne. Wówczas zewnętrzna strona pokrycia dachu powinna mieć ciemne zabarwienie zaś wewnętrzna jasne, ponadto wykonane z materiału łatwo przewodzącego ciepło. Można wykorzystywać też energię ciepła przewietrzania, a przede wszystkim klimatyzacji budynku.

Wykaz oznaczeń na rysunku:

1 - wał wirnika
2 - krzyżak
3 - wspornik
4 - wspornik
5 - rynna
6 - oś
7 - przegroda stała
8 - czworobok przegubowy
9 - sprzęgło bardzo podatne
10 - przegroda ruchoma
11 - sprzęgło podatne
12 - kalenica
13 - otwór
14 - poszycie dachu
15 - kanał wentylacyjny
16 - klapa
17 - ściana szczytowa
18 - okno