SE537137C2 - En anordning, en systeminstallation och ett förfarande för generering av elektricitet ur gasströmmar vid en byggnad - Google Patents

Abstract

Uppfinningen avser en anordning för generering av elektrisk kraft, varvid an-ordningen (3) år anpassad att installeras i anslutning till en byggnad eller enanläggning försedd med åtminstone en första gaskälla (7a, 7 b, 7c, 7d) anpas-sad att tillhandhålla åtminstone en första gasström, varvid anordningen inne-fattar en gasturbin (13) anpassad att mottaga åtminstone en del av den åt-minstone en första gasströmmen (9) från den åtminstone en första gaskällanoch att konvertera åtminstone en del av den kinetiska energin hos gasström-men till elektrisk kraft. Uppñnningen avser även en systeminstallation inne-fattande en sådan anordning och ett förfarande för konvertering av vind till elektrisk kraft med en sådan anordning. (Fig. la)

Description

537 137 I US 2007/ 0222225 visas en vindturbin placerad överst på en byggnad nära takets kant. Byggnadens sidoytor insamlar vind och riktar den mot takets kant, och således mot vindturbinens position, så att vindturbinen kan matas med ett större luftflöde. Alternativt kan vindturbinen placeras nära en bergs- vägg eller liknande struktur. En nackdel med detta arrangemang är att vin- den fortfarande är oregelbunden, och således så kommer kraftgenereringen att variera kraftigt.

I artikeln ” The Development of a Ducted Turbine Simulation Model” av Andy Grant et al., Eight International IBPSA Conference, Eindhoven, NL August 11-14, 2003, visas en modell för att anordna en kanalöppning i en sidoyta av en byggnad för att uppnå ett mera koncentrerat vindflöde i syfte att mata en vindturbin genom användning av samma principer som ovan för att koncen- trera vinden.

I artikeln ” Modelling of the Performance of a Building-Mounted Ducted Wind Turbine", S J Watson et al. Journal of Physics: Conference Series 75 (2007) 012001, visas resultaten från en datasimulering av de vindflöden som erhålls vid anordning av en vindturbin inuti en kanal ovanpå en byggnad.

I patentdokumentet US 6,365,985 visas en gasturbin som är ansluten med utbläset från ett ventilationssystem. I en av dess utföringsformer är gasturbi- nen anordnad på ett avstånd från utblåset, men på grund av att gasflödet minskar med avståndet kan endast en låg verkningsgrad erhållas. I en annan av dess utföringsformer anordnas en kåpa som ansluter gasturbinen med utblåset, med detta leder emellertid till att trycket ökar så att ventilationsfläk- ten måste arbeta hårdare, vilket uppväger energivinsten från genereringen med vindturbinen. I US 7,538,447 visas ett annat exempel på en vindturbin som mottar ett flöde från ett ventilationsutblås, i vilket en vägledande kropp är anordnad att leda utblåsflödet på utsidan av kroppen mot vindturbinen.

Emellertid kan effektiviteten hos denna anordning ifrågasättas.

I patentdokumentet US 2009 / 0230691 visas en vindturbin som innefattar en kombination av en rotor, en blandare i form av en kåpa och en ejektor, vars 537 137 anläggning antas öka effektiviteten hos en fristående vindturbin. Blandaren blandar en del av vinden som går genom rotorn och den del som flödar runt rotorn och in i blandaren.

I patentdokumentet US 4,499,034 visas ett kyltorn enligt känd utformning som innefattar ett 100 m högt, ihåligt torn, varvid luft tillsätts vid botten ge- nom ett flertal mindre kanaler, varvid luften upphettas av förlustvärme från en industriprocess och stiger uppåt för att slippa ut ur tornet. Dokumentet visar att en virvel skapas inuti tornet, vilken virvel fortsätter ovanför tornet och således ökar tomets effektiva höjd. Gasturbiner är vidare anordnade in- uti de mindre kanalerna i botten för att återvinna kraft från förlustvärmen.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att anvisa en förbättrad an- ordning för generering av elektrisk kraft från en gasström.

Enligt en aspekt av uppfinningen uppnås detta ändamål med anordningen enligt kravet 1, vilken vidare är formad i enlighet med den kännetecknande delen av samma krav.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen uppnås detta även med en system- installation enligt kravet 14.

Enligt ytterligare en annan aspekt av uppfinningen uppnås detta ändamål även med ett förfarande enligt kravet 15.

Genom att inrätta anordningen att mottaga åtminstone en andra gasström och forma anordningen att påverka den andra gasströmmen att generera ett undertryck i anslutning till utblåsningen av den första gasströmmen från gasturbinen så kan flera fördelar uppnås. En fördel är att eftersom tryckskillnaden över rotorn är större än om den andra strömmen skulle ha uteblivit så kan gasturbinens effektivitet ökas. Detta kan delvis även bero på att den andra gasströmmen indirekt kan bidra till den energi som finns till- 537 137 gänglig för konvertering av gasturbinen. En annan fördel är att eftersom trycket är lägre på utblåssidan av gasturbinen så upplever den första gass- strömmen mindre motstånd mot sitt flöde, varvid anordningen enligt uppfin- ningen kan användas i samverkan med gasströmskällor vilka är känsligare för, eller skulle kunna utsättas för skadliga effekter från, att arbeta mot ett högt flödesmotstånd för gasströmmen. Ytterligare en annan möjlig fördel är att gasströmsflödet kan ökas med hjälp av den andra gasströmmen. Företrä- desvis är anordningen även inrättad att medge en blandning av den första och den andra gasströmmen vid utblåset av den första gasströmmen. Detta kan vara en hjälp vid skapandet av undertrycket.

Enligt en utföringsform innefattar anordningen en huvudgaskanal, varvid gasturbinen är anordnad inuti huvudgaskanalen. Företrädesvis är huvud- gaskanalen anpassad att leda åtminstone den första gasströmmen till gasturbinen inuti huvudkanalen. Detta kommer att förbättra anordningens effektivitet, eftersom turbinen då kan arbeta med en effektivitet bortom Betzgränsen.

Anordningen är företrädesvis anpassad att installeras i anslutning till en byggnad eller en anläggning. Företrädesvis är anordningen anpassad att in- stalleras i eller på den övre delen av en byggnad, mer företrädesvis på taket av byggnaden, och företrädesvis är byggnaden ett höghus. En anläggning kan vara vilken anläggning som helst, såsom en fabrik, en ställning eller en skor- sten. Anläggningen eller byggnaden kan även vara en tunnel, såsom en väg- tunnel, vilka vanligen är försedda med högkraftsventilation, eller en tåg eller tunnelbanetunnel, i vilka vind kan skapas av tågen eller tunnelbanetågen när de kör inuti tunneln. Företrädesvis är anläggningen eller byggnaden placerad på en hög höjd, och / eller är försedd med en kraftig vindkälla för att försäkra om en hög kraftgenerering.

Byggnaden innefattar företrädesvis en eller flera gaskällor, vilka gaskällor kan vara eller inte vara oberoende från varandra. Enligt en utföringsform innefat- tar byggnaden eller anläggningen åtminstone en första gaskälla. Den första gaskällan är företrädesvis därför extern med avseende på anordningen som 537 137 skall installeras i anslutning till byggnaden, men, så snart den är installerad, är anordningen och gaskällan företrädesvis åtminstone till en viss utsträck- ning associerade med varandra, och anordningen är företrädesvis anpassad för mottagning av gasströmmen eller strömmarna från gaskällan. Företrädes- vis är anordningen placerad i fluidanslutning med gaskällan, varvid åt- minstone en del av den första (eller andra) gasströmmen kan kommuniceras till anordningen, företrädesvis in i anordningen, och mest företrädesvis kan åtminstone en huvuddel av den första gasströmmen hos gaskällan överföras in i anordningen. Företrädesvis härstammar den andra gasströmmen från en andra gaskälla, annan än den första gaskällan för den första gasströmmen.

Företrädesvis mottar anordningen då den andra gasströmmen från åt- minstone en andra gaskanal. Företrädesvis mottar anordningen även den första gasströmmen från en första gaskanal, separat från de andra kanalerna.

I en utföringsform kan den första eller andra gaskällan bildas från formen hos själva byggnaden eller anläggningen. I en annan utföringsform kan gas- källan bildas genom inkluderande av en inrättning eller system i byggnaden.

Gasströmmen från gaskällan kan genereras av naturliga fenomen, såsom vind, eller kan genereras artificiellt, såsom med en fläkt. Enligt en föredragen utföringsform innefattar byggnaden åtminstone en gaskanal anordnad att leda en gasström och som bildar åtminstone en del av den första gaskällan.

Som en tumregel skulle gaskanalen då leda den gasströmmen oberoende av närvaron av en anordning.

Med termen undertryck avses ett tryck som är lägre än trycket som skulle vara resultatet om den andra gasströmmen skulle stängas av. Undertrycket skulle i en utföringsform kunna uppnås genom att den andra gasströmmen blåser förbi en öppning till en kanal med den första gasströmmen, liknande verkan hos ett venturirör. I en annan utföringsform kan undertrycket uppnås genom att anordna en utblåsningsöppning för den första gasströmmen att öppnas till den andra gasströmmen i den andra gasströmmens nedströms riktning, liknande en traditionell Persisk vindfångare. 537 137 Enligt en föredragen utföringsform är anordningen formad att påverka åt- minstone en andra gasström att generera en virvel i anslutning till utblåset av den första gasströmmen från turbinen. Genom att skapa en virvel ökar den andra gasströmmens hastighet, varvid den andra gasströmmens tryck mins- kar. Den andra gasströmmen påverkar även den första gasströmmen att bli en del av virveln, varvid virvelns öga, vilken borde vara placerad vid gasturbi- nens utblås, kommer att ha ett mycket lågt tryck, vilket hjälper vid utblåset av den första gasströmmen från turbinen. En virvel ger även ett lågt oljud när den första och den andra gasströmmen blåses ut till atmosfären. Detta är viktigt eftersom anordningen är avsedd att placeras på byggnader, såsom i anslutning till en hushålls- eller kontorsbyggnad.

Enligt en utföringsform innefattar anordningen åtminstone ett flödesrikt- ningselement anordnat att rikta åtminstone en del av den andra gasström- men att flöda i en spiralbana runt den utblåsta första gasströmmen för att bidra med genereringen av en virvel. Företrädesvis innefattar flödesrikt- ningselementet åtminstone ett vingblad anordnat att rikta åtminstone en del av den andra gasströmmen att flöda i en vinkel relativt den utblåsta första gasströmmens flödesriktning i syfte att bidra till genereringen av virveln.

Vingblad är mycket effektiva för att rikta gasströmmar i önskade riktningar.

Således kan vingbladen rikta den andra gasströmmen att flöda i riktningen för att bilda en virvel. Företrädesvis är vingbladet eller vingbladen anordnade att rikta den andra gasströmmen att flöda längs en spiralbana för att bilda virveln. Således kommer den andra gasströmmen att bilda virvelns yttre omcirklande flöde. Företrädesvis sträcker sig vingbladet eller vingbladen utåt från gasturbinens kropp, varvid den andra gasströmmen är riktad att bilda virveln nära utblåset för den första gasströmmen. I en föredragen utförings- form är vingbladet eller vingbladen även anordnade att uppbära och fästa gasturbinen inuti anordningen. Företrädesvis uppbär och fäster vingbladen gasturbinen till de inre väggarna av huvudgaskanalen, i vilken gasturbinen är inrättad.

Enligt en utföringsform innefattar gasturbinen en rörformig kropp som inne- håller en rotor, och vilken rörformiga kropp är anordnad att separera den 537 137 första och den andra gasströmmen. Företrädesvis strömmar den första gas- strömmen inuti den rörformiga kroppen medan den andra gasströmmen strömmar utanför den rörformiga kroppen. Företrädesvis blandar anordning- en den första och den andra gasströmmarna genom att den rörformiga krop- pen tar slut, så att den inte längre separerar gasströmmen. Företrädesvis är den rörformiga kroppen formad så att den komprimerar den första gass- strömmen i dess flödesriktning efter rotorn. Således ökar den första gass- strömmens hastighet och dess tryck stiger. Företrädesvis är den rörformiga kroppen även anordnad att expandera den andra gasströmmen innan den medger kontakt mellan den första och den andra gasströmmen. Företrädesvis är den rörformiga kroppens utsida vidare formad så att den påverkar den andra gasströmmen att bilda ett undertryck vid utblåset av den första gas- strömmen från den rörformiga kroppen.

Enligt en utföringsform innefattar gasturbinen även en andra, rörformig kropp placerad innanför den första rörformiga kroppen, varvid den andra rör- formiga kroppen är formad att dela den första gasströmmen till en inre och en yttre del. Således förenklas blandningen av den första och den andra gas- strömmen eftersom blandningen kan utföras i två steg, och således är även skapandet av ett undertryck eller en virvel enklare att uppnå.

Enligt en utföringsform innefattar anordningen en huvudgaskanal för att leda både den första och den andra gasströmmen, varvid gasturbinen är placerad inuti huvudgaskanalen. Genom att leda båda strömmarna inuti samma kanal förenklas styrningen av gasströmmarnas flöden eftersom den gemensamma volymen är oförånderlig. Således kan gasströmmarnas koncentration och de- ras flöden enklare uppskattas så att anordningen kan optimeras. Detta leder till att ett lägre undertryck kan uppnås med anordningen.

Enligt en utföringsform är åtminstone en andra gaskanal anordnad att leda åtminstone en andra gasström in till huvudgaskanalen, varvid den andra gaskanalen öppnas till huvudgaskanalen i en position efter en öppning för den första gasströmmen in till turbinen. Således undviks en ökning i trycket på grund av inträdet av den andra gasströmmen innan öppningen för den 537 137 första gasströmmen in i turbinen, vilket annars skulle kunna utgöra ett hin- der för den första gasströmmen och minska anordningens effektivitet. Före- trädesvis öppnar även den andra gaskanalen in i huvudgaskanalen i en posit- ion inom utbredningen för gasturbinen, och/ eller för den rörformiga kroppen som omger turbinen. I en annan utföringsform öppnar den andra gaskanalen in i huvudgaskanalen i en position inom 1 m från innan eller efter utblås- ningsöppningen för den första gasströmmen ut ur turbinen och in i huvud- gaskanalen. Företrädesvis öppnar den andra gaskanalen in i huvudgas- kanalen så att den blåser den andra gasströmmen in i ett gap bildat mellan en yttre yta hos turbinens rörformiga kropp och den inre ytan av huvudgas- kanalen.

Enligt en utföringsform är åtminstone den andra gaskanalen anordnad att utblåsa den andra gasströmmen att flöda i en spiralbana runt och längs den första gasströmmens flödesriktning i syfte att bidra till genereringen av un- dertrycket. Företrädesvis är den åtminstone en andra gaskanalen anordnad att utblåsa den andra gasströmmen att strömma i en spiralbana runt och längs den första gasströmmens flödesriktning i syfte att bidra till generering- en av virveln. Genom att anordna den andra gaskanalen att ansluta med till exempel en huvudkanal i en vinkel till huvudkanalen så är det möjligt att en- kelt styra början av flödesbanan för den andra gasströmmen. Företrädesvis är den andra gaskanalen anordnad i en vinkel motsvarande den önskade flö- desbanan för ett tangentiellt gaspaket i virveln. Företrädesvis är den åt- minstone en andra gaskanalen anordnad att rikta den andra gasströmmen i en spiralbana, företrädesvis runt turbinen, och längs och / eller bortom turbi- nen, för att skapa en spiralrörelse eller virvel.

Enligt en utföringsform är anordningen anpassad att anslutas till och att mottaga den åtminstone första eller andra gasströmmen från en gaskälla in- nefattande åtminstone ett ventilationsutblås från byggnaden. Ett ventilat- ionsutblås ger ett konstant och förutsägbart flöde till skillnad från en vind- källa, och således förbättras anordningens tillförlitlighet. Vidare kan en stor mängd energi som annars skulle ha slösats bort återvinnas. I fall att ventilat- ionsutblåset är anordnat att tillhandahålla den första gasströmmen avsedd 537 137 att inmatas i gasturbinen gör användningen av ett andra flöde för att minska trycket bakom gasturbinen det möjligt att ansluta gasturbinen närmre venti- lationsutblåset, eller möjligen i en direkt, gastät anslutning med ventilations- utblåset, utan att hindra flödet och tvinga ventilationsfläkten att arbeta hår- dare. I fall att ventilationsutblåset är anslutet att tillhandahålla den andra gasströmmen så säkras förekomsten av en andra, hjälpgasström.

Enligt en utföringsform är byggnaden eller anläggningen anordnad att bilda en gaskälla genom att anhopa vind, och anordningen innefattar åtminstone en vindsamlare anpassad att insamla den första och/ eller den andra gas- strömmen från gaskällan med den anhopade vinden. Genom att använda vind som en gaskälla utnyttjas en nära på fri energikälla, förutom möjligen dess storlek, och vilken energikälla är både ren och förnyelsebar. Genom att anhopa vinden så kommer dess flöde att öka, så att energin mer effektivt kan tas tillvara från vinden. Anhopning av vind kan uppnås genom att anordna en stor yta, såsom en sidoyta av en byggnad, för att leda vinden mot anord- ningens vindsamlare.

Enligt en utföringsforrn innefattar vindsarnlaren en spoiler anpassad att an- ordnas vid en ände av en sidoyta av byggnaden, och vilken är formad för att leda vinden till den första och/eller den andra gaskanalen. Vind anhopas vanligen vid en kant av en yta, men på grund av att vinden strömmar paral- lellt med ytan så kommer dess rörelsemängd att göra så att huvuddelen av vinden strömmar en sträcka förbi kanten innan den svänger runt kanten.

Genom att inrätta en spoiler vid kanten, innefattande en krökt yta anpassad efter den förväntade färdbanan för vinden så kan således den anhopade vin- den ledas mot anordningen och dess flöde förbättras. Företrädesvis innefattar vindsamlaren i form av en spoiler vidare en öppning som leder vindflödet in i anordningen, antingen in i en andra gaskanal, in i den första gaskanalen eller gasturbinen, eller in i huvudgaskanalen.

Enligt en annan utföringsform innefattar vindsamlaren en vindkanal som har en vindöppning anordnad med sin mynning nära en ände av byggnadens si- doyta för att insamla och anskaffa vind. Genom att släppa in vinden i en 537 137 vindkanal så kan vinden inte slippa ut så snart vinden har införts i kanalen, varvid vinden både anhopas och insamlas effektivt. Vindkanalen kan sedan leda vinden antingen in i den första gaskanalen, gasturbinen, den andra gas- kanalen, eller huvudgaskanalen. Företrädesvis är vindkanalen tillhandahål- len i byggnaden eller anläggningen, varvid i en utföringsform anordningen är anpassad att anslutas med en sådan vindsamlare, snarare än att den inne- fattar vindsamlaren. I en utföringsform av systeminstallationen innefattar systeminstallationen emellertid företrädesvis både vindsamlaren i form av tunneln och anordningen ansluten med vindsamlaren. Detta kan även vara fallet med den tidigare vindsamlaren om spoilern är tillhandahållen perma- nent fäst på anläggningen eller byggnaden.

Enligt en utföringsform, vilken vid författandet av denna ansökan tros vara den bästa formen för uppfinningen, är anordningen anpassad att vara anslu- ten till och att mottaga den första gasströmmen från en första gaskälla i byggnaden eller anläggningen som innefattar ett första ventilationsutblås, och att vidare anslutas med två andra gaskällor av vilka den ena är åtminstone ett andra ventilationsutblås och den andra är åtminstone en vindsarnlare, i syfte att mottaga den åtminstone en andra gasströmmen. Eftersom den första gaskällan är ett ventilationsutblås så kommer anordningen att mottaga en nära konstant tillförsel för den första gasströmmen med ett förhållandevis konstant flödesgrad och tryck. Vidare mottar anordningen en andra gasström från en av två gaskällor. Således i det fall att vädret är blåsigt så kan den andra gasströmmen härstarnma från vind och förbättra energiutvinningen från den första gasströmmen som härstammar från det första ventilationsut- blåset. Detta är fördelaktigt eftersom vinden troligen är starkare än gas- strömmen från ventilationen, och vidare så kan den kinetiska energin från vinden utvinnas utan några bekymmer för om ventilationsfläkten motarbetas.

I fall att det inte finns någon vind så kan den andra gasströmmen emellertid härstamma från det andra ventilationsutblåset, och således kan anordningen fortsätta att drivas och återvinna energi från ventilationssystemet. På grund av att den andra gasströmmen skapar ett undertryck så kommer den första ventilationsfläkten inte att motarbetas till en sådan grad att den gör energiut- vinningen med anordningen oanvändbar. Vidare så kommer anordningen 537 137 motsvarande inte att arbeta emot den andra ventilationsfläkten eftersom den andra gasströmmen släpps ut ur anordningen utan några ytterligare turbiner som drar energi från den andra gasströmmen. Företrädesvis så innefattar anordningen även en väljare anordnad att välja en av ett flertal gaskällor för en gasström. I detta fall innefattar anordningen en väljare anordnad att välja en av det andra ventilationsutblåset eller en vindsamlare som en källa för den andra gasströmmen. Således kan den mest optimala gaskällan för de före- kommande vindförhållandena väljas.

Enligt en utföringsform är gasturbinens generator omgiven av en kåpa och är placerad inuti den rörformiga kroppen. Företrädesvis är kåpan formad att tillhandahålla en aerodynarniskt låg friktion, och är således företrädesvis formad med jämna och rundade ytor. I en utföringsform är kåpan avsmal- nande längs den första gasströmmens flödesriktning, vilket leder till ett minskat gastryck längs dess längs, vilket hjälper med att tillhandahålla ett lägre tryckfall. I en annan utföringsform kan kåpan vara konvexformad, och är företrädesvis formad att påverka den första gasströmmen att följa en spi- ralbana, vilket leder till en bättre blandning med den andra gasströmmen.

KORT BESKRIVNING AV DE BIFOGADE RITNINGARNA Uppfinningen skall nu beskrivas som ett antal icke-begränsande exempel av uppfinningen med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Fig. la visar en systeminstallation av anordningen enligt uppfinningen installerad i en byggnad.

Fig. lb visar en vy över anordningen i ñg. la.

Fig. lc-d visar vyer från sidan av en rörformig kropp som bildar en del av gasturbinen enligt ett exempel av uppfinningen.

Fig. 2a-b visar vyer från sidan av en rörformig kropp som bildar en del av gasturbinen enligt ett annat exempel av uppfinningen. 11 537 137 Fíg. 3a visar ett exempel på en gaskälla och en vindfångare för en system- installation av anordningen i anslutning till en byggnad.

Fig. 3b visar ett annat exempel på en gaskälla och en vindfångare för en systeminstallation av anordningen i anslutning till en byggnad.

DETALJERAD BESKRIVNING I fig. la visas en systeminstallation 1 innefattande en anordning 3 för genere- ring av elektrisk kraft installerad i anslutning till en anläggning, i detta ex- empel i form av en byggnad 5. Systeminstallationen innefattar ett flertal gas- källor 7 a-d anpassade att generera gasströmmar. Gaskällorna 7a-d är i detta exempel bildade genom samverkan mellan anordningen 3 och byggnaden 5. I ett annat exempel kan gaskällorna istället bildas helt av byggnaden i sig, eller helt av anordningen i sig. I detta exempel är anordningen anpassad att mot- taga åtminstone en första gasström 9 och en eller flera andra gasströmmar lla-c från flertalet gaskällor. Anordningen innefattar en gasturbin 13 innefat- tande en rotor 15 ansluten till en generator 17, och vilken är anordnad att mottaga den första gasströmmen 9 att passera genom turbinen, och att gene- rera den elektriska kraften genom att konvertera en del av den kinetiska energin hos den första gasströmmen till elektricitet. Gasturbínen kan vara av en standard, eller icke-standard typ, men bör väljas så att den har en lämplig storlek och kapacitet.

Enligt en aspekt av uppfinningen är anordningen 3 inrättad att mottaga de åtminstone en andra gasströmmarna lla-c in i anordningen, och är vidare formad att påverka de andra gasströmmarna lla-c att generera ett under- tryck i anslutning till utblåsning av den första gasströmmen 9 från gasturbi- nen. Således upplever den första gasströmmen 9 mindre motstånd mot sitt flöde när den passerar genom turbinen, vilket kan medge ett större eller snabbare flöde för den första gasströmmen, en ökad konverteringseffektivitet för generatorn, och/eller helt enkelt ett minskat motstånd upplevt av gas- källan 7 a när den genererar den första gasströmmens flöde. Ett undertryck 12 537 137 kan skapas genom fenomenet att de andra gasströmmarna lla-c kan fånga en del av den första gasströmmen att följa med de andra gasströmmarna när de passerar den första gasströmmens utblås, och således skapa ett under- tryck. I detta exempel är anordningen 3 emellertid formad att styra rörelse- banan, volymen och hastigheten hos de andra gasströmmarna lla-c, och således också deras tryck, så att ett undertryck skapas för den första gass- strömmen. När de andra gasströmmarnas hastighet ökar så minskar samti- digt gasströmmarnas tryck på grund av energikonvertering i enlighet med Bernoullis lag.

I detta exempel är anordningen formad att påverka den åtminstone en andra gasströmmarna lla-c att generera en virvel 21 i anslutning till den första gasströmmens 9 utblås 19 från turbinen. Virveln skapar således ett lägre tryck vid utblåset 19, varvid den första gasströmmen 9 enklare kan träda ut ur och strömma genom turbinen. I detta exempel genereras Virveln 21 att cirkla runt den första gasströmmens utblås 19 från turbinen, med utblåset placerat i virvelns centrum, och att spiraliskt strömma i en riktning i allmän- het bort från utblåset 19, så att den hjälper till med att få ut den första gas- strömmen ut från turbinen.

Systeminstallationen 1 och anordningen 3 innefattar en huvudgaskanal 23 för att leda den första gasströmmen och för att inhysa gasturbinen 13 inuti kanalen. Huvudkanalen 23 är inrättad att leda åtminstone en huvuddel av den första gasströmmen mot och in i turbinen. Detta ökar turbinens effektivi- tet, eftersom den första gasströmmen inte enkelt kan slippa undan från att passera rotorn 15. Turbinen 13 är i detta exempel formad med en mindre di- ameter än den inre diametern hos huvudkanalen 23 i syfte att passa inuti kanalen. I detta exempel är anordningen formad med en mindre diameter, så att det bildas ett gap 25 mellan gasturbinens yttre vägg och huvudkanalens 23 inre vägg. Således kan en mindre del av den första gasströmmen 9 passera på utsidan av turbinen utan att den upplever något tryckfall från passage av rotorn. Detta är fördelaktigt ifall att det av någon anledning inte förekommer någon hjälpande andra gasström, varvid den första gasströmmen inte behö- ver passera rotorn ohjälpt vilket skulle leda till ett högt tryckfall och arbete 13 537 137 mot den första gaskällan vid genereringen av den första gasströmmen. Möjlig- en kan ett flödesstymingsorgan inrättas att styra storleken av, eller delen av, den första gasströmmen som passerar förbi gasturbinen, möjligen beroende på tillgängligheten och styrkan hos den andra gasströmmen.

Systeminstallationen och anordningen innefattar vidare åtminstone en andra gaskanal 27a-c för att leda de andra gasströmmarna. I detta exempel innefat- tar systeminstallationen och anordningen tre andra gaskanaler 27a-c, men vilket annat lämpligt antal som helst kan tillhandahållas. De andra gas- kanalerna är inrättade att leda de andra gasströmmarna från deras respek- tive gaskällor och in i huvudgaskanalen. I detta exempel öppnar de andra gaskanalerna 27 a-c in i huvudgaskanalen i nivå med, men efter inloppsöpp- ningen 29 till gasturbinen. De tre andra kanalernas utblåsningsöppningar 31a-c in i huvudkanalen 23 är placerade på samma avstånd från varandra runt huvudkanalens omkrets. De tre andra gaskanalerna 27a-c är vidare vinklade relativt huvudkanalens riktning, så att deras utblås pekar i rikt- ningen för att bilda tangentiella flödeskomponenter till virveln 21. Således kommer de tre andra kanalerna att utblåsa de tre andra gasströmmarna i en riktning för att bilda spiralvirvlar, och således skapa undertrycket.

Byggnaden 5 är i detta exempel försedd med flera gaskällor, i detta exempel fyra gaskällor 7a-d. Den första 7a och den andra 7b gaskällan är lika varandra och visas bäst i fig. la, den tredje gaskällan 7c visas bäst i fig. la i kombination med fig. 3a, och den fjärde gaskällan 7d visas bäst i fig. la i kombination med fig. 3b.

Den första gaskällan 7a, vilken i detta exempel genererar den första gas- strömmen 9, innefattar ett ventilationsutblås 33 innefattande en första gas- kanal 35 och en ventilationsfläkt 37 anordnad inuti den första kanalen. Ven- tilationsfläkten 37 är anordnad att tillhandahålla forcerad ventilation för byggnaden. Den första gaskanalen 37 är vidare ansluten till huvudgas- kanalen 23 för överföring av den första gasströmmen 9 in i huvudgaskanalen och in i anordningen och gasturbinen. Den första kanalen är således anslu- ten till början av huvudgaskanalen 23 i en position innan inloppsöppningen 14 537 137 29 in i gasturbinen. Den andra gaskällan 7 b innefattar ett liknande anordnat ventilationsutblås 39, men är i detta exempel inrättad att generera en andra gasström 1 lb. Den andra gaskällan 7b är således ansluten till en andra gas- kanal 27b för att föra gasströmmen vidare in i anordningen och huvudkana- len bakom inloppsöppningen 29 till gasturbinen.

Gemensamt för den tredje 7 c och den fjärde 7d gaskällorna hos systemin- stallationen är att de delvis bildas av byggnaden 5 som är anordnad att an- hopa vind. I detta exempel anhopar byggnaden vind genom att sidytorna 41a, 41b hos byggnaden tvingar vinden att följa ytornas utsträckning, och således koncentrera vindflödet. I fallet med byggande av en ny anläggning eller bygg- nad så kan sidytorna anpassas för att bilda en gaskälla genom att vinkla ytorna att rikta vinden i en önskad riktning, eller genom att bilda krökta ytor, såsom konvexa sidoytor, för att fånga vinden. I detta exempel tvingar sidy- torna 41a, 41b vinden uppåt längs byggnaden för att samlas överst på bygg- naden.

I fig. 3a innefattar anordningen en vindsamlare 43a innefattande en vindka- nal 43a för insamling av anhopad vind, vilken även visas i ñg. la på vänstra sidan om byggnaden. Vindkanalen 43a innefattar en vindöppning 45 anord- nad med sin mynning nära den övre änden av sidoytan 41 av byggnaden.

Vindöppningen 45 mottar således anhopad vind från nära hela sidoytan av byggnaden och leder vinden in i vindkanalen 43a, vilken i sin tur är ansluten med en andra gaskanal 27a, som leder vinden vidare till huvudgaskanalen.

I fig. Bb innefattar anordningen en vindsamlare 43b som innefattar en krökt profil 43b för samling av den anhopade vinden, vilken även visas i fig. la på den högra sidan om byggnaden. Den krökta profilen är anordnad på den övre änden av byggnadens sidoyta 41b, och är formad att leda den anhopade vin- den till inloppet av en andra gaskanal 27b. På grund av att den anhopade vinden flödar längs byggnadens 5 yta så kommer vindens rörelsemängd att tvinga den anhopade vinden att sträcka sig en riktning ut från byggnadens kant innan den svänger för att anta den allmänna riktningen hos den domi- nerande vinden. Den krökta ytan 43b är således i detta exempel anpassad att 537 137 följa den anhopade vindens naturliga bana, vilken skulle ha följts i fall att profilen hade varit frånvarande. Den krökta profilen samlar således den an- hopade vinden och leder den mot den andra kanalens 27b inlopp, och vidare in i huvudkanalen 23. Denna krökta profil är fördelaktig att använda på re- dan förekommande byggnader eller anläggningar, vilka ännu inte har försetts med en vindkanal, för att undvika ombyggnadskostnader.

Ytterligare ett alternativ för en vindsamlare är att bilda en vindkanal (ej visad) helt enkelt inrättad ovanpå byggnaden, som har en inloppsöppning som vet- ter utåt och som är ansluten till en andra kanal. Företrädesvis är vindkana- len placerad något upphöjd relativt byggnadens tak, motsvarande den krökta profilens höjd, för att insamla en större del av den anhopade vinden.

Gasturbinen 13 innefattar en rotor 15 som är ansluten med en generator 17 för generering av elektrisk kraft. Rotorn 15 är inhyst inuti en rörforrnig kropp 47, varvid den rörformiga kroppen 47 således innefattar en inre hålighet 49 för att leda den första gasströmmen 9 genom gasturbinen. Den rörformiga kroppen 47 är vidare formad att medge den andra gasströmmen att passera på utsidan om den rörformiga kroppen. Den rörformiga kroppen är således anordnad att separera den första och den andra gasströmmen från varandra.

Den rörformiga kroppen 47 innefattar även en första inloppsöppning 29 för att låta den första gasströmmen in i håligheten och en andra utloppsöppning 19 för utblåsning av den första gasströmmen ut ur håligheten. Rotorn 15 är placerad i den främre änden av den rörformiga kroppen och inom ett kort av- stånd från inloppsöppningen 29, i detta exempel inom den främre 20 % av den rörformiga kroppen. Den rörformiga kroppen innefattar tunna väggar 51, så att, vid änden av den rörformiga kroppen, avståndet mellan den första och den andra gasströmmen är kort för att medge enklare blandning av de två gasströmmarna efter gasturbinen. Blandningen av den första och den andra gasströmmarna hjälper med att skapa undertrycket och virveln efter utblås- ningsöppningen från den rörformiga kroppen.

Generatorn 17 är i detta exempel täckt och omgiven av en kåpa som har en yttre yta som är formad att tillhandahålla en aerodynamiskt låg friktion för 16 537 137 det första gasflödet. Den yttre ytan av kåpan är i detta exempel jämnt av- smalnande med en konkav yta längs den första gasströmmens flödesriktning.

Rotorfläktens 15 vingblad är vidare aerodynarniskt formade och är i detta ex- empel anpassade för mottagning av en första gasström som rör sig på ett svagt spiralformigt sätt in i gasturbinen. Eftersom den första gasströmmen genereras av fläkten 37 så kommer den första gasströmmen 9 oundvikligen att tillhandahållas med en svagt spiralformig rörelse, och genom att vinkla vingbladen hos gasturbinen för att ta denna rörelse i beaktning så ökar gasturbinens 13 effektivitet.

Den rörformiga kroppen 47 är försedd med en inre yta 53 som definierar den inre hålighetens 49 form. I detta exempel är den inre ytan konvex så att hå- lighetens diameter minskar längs den första gasströmmens rörelseriktning.

Således kommer den första gasströmmen att komprimeras efter passagen av rotorn och innan den utblåses från den rörformiga kroppen och turbinen.

Den rörformiga kroppen bildar även en yttre yta 55 som definierar gasturbi- nens form. Den yttre ytan 55 är formad att bidra till att påverka den andra gasströmmen att bilda nämnda undertryek och virvel. I detta hänseende har den yttre ytan en minskande diameter från dess front mot slutet av dess kropp för att medge expansion av den andra gasströmmen. Den yttre ytan 55 är även formad att bilda gapet 25 mellan de inre väggarna av huvudgas- kanalen 23 och de yttre väggarna 55 för att medge passage av de andra gas- strömmarna lla-c, men även av den första gasströmmen 9 eller en del av den första gasströmmen om det är tillämpligt.

I detta exempel innefattar anordningen flödesriktningselement 57 i form av tre vingblad fästade på den yttre ytan av den rörformiga kroppen 47, och vilka är inrättade att rikta åtminstone en del av de andra gasströmmarna att bilda undertrycket, eller, i detta exempel, virveln. Vingbladen 57 är konvex- formiga och vinklade att rikta de andra gasströmmarna 1 la-c att utföra en spiralrörelse relativt den första gasströmmens flödesriktning, och med den första gasströmmen 9 i centrum av spiralen, varvid en virvel 21 skapas.

Vingbladen 57 är således anordnade att rikta de andra gasströmmarna att flöda i en vinkel relativt den utblåsta första gasströmmens flödesriktning för 17 537 137 att bidra till genereringen av virveln. Vingbladen 57 är bildade från tunna plattor, såsom metallplattor, men kan även vara formade i plast eller något annat material med förmåga att bilda tunna, formresistenta plattor. Flö- desriktningselementen 57 är även inrättade att uppbära och fästa gasturbin- en inuti anordningen till huvudkanalens 23 inre ytor. Således finns inget be- hov för ytterligare bärelement, vilka annars skulle orsaka ett ökat tryckfall. I ett annat exempel kan den rörformiga kroppen förses med andra former av flödesriktningselement för att styra den andra gasströmmens rörelse eller flöde, såsom spår, vinklade ytor, utsprång, blad eller liknande, och vilka som helst kombinationer därav. Flödesriktningselementen kan även inrättas att orsaka turbulens i den andra och/ eller första gasströmmarna för att medge bättre blandning av de två gasströmmarna med varandra.

Anordningen är vidare försedd med en gaskållsväljare 59 anpassad att välja en av de flera gaskällorna för en viss gasström. Således är det möjligt att styra från vilken gaskälla en viss gasström härstammar. Således kan en gas- källa placerad på vindsidan om en byggnad väljas beroende på den förhärs- kande vindriktningen. I detta exempel är gaskällsväljaren 59 inrättad att välja en av den andra gaskällan 7b i form av ett ventilationsutblås eller den fjärde gaskällan 7d i form av vindsamlaren 43b innefattande den krökta profilen som en gaskälla för den andra gasströmmen 1 lb. Naturligtvis så kan en an- ordning innehålla vilket antal gaskällsväljare 59 som helst, och kan vara an- ordnad att fritt välja vilken gaskälla som helst till att tillhandahålla en gass- ström till vilken som av den första och/ eller den andra gaskanalerna och gasströmmarna.

I figs. 2a-b visas ett andra exempel på en anordning som innefattar en gasturbin anpassad att placeras inuti en huvudkanal 23. Gasturbinmonte- ringen i figs. 2a-b har en liknande funktion som gasturbinen 13 visad i ñgs. lc-d, och kan substitueras med dessa delar i systeminstallationen 1 och an- ordningen 3 visad i figs. la-b. Därför ges liknande delar i figs. 2a-b samma referensnummer som motsvarande delar i ñgs. la-d. 18 537 137 Anordningen i figs. 2a-b innefattar således en gasturbin 13, innefattande en fläkt, en rotor och en generator för generering av elektricitet, och en första rörformig kropp 47 anordnad rund gasturbinen 13. Anordningen i figs. 2a-b innefattar vidare en ytterligare, andra rörformig kropp 48 inrättad inuti den första rörformiga kroppens 47 hålighet. Den andra rörformiga kroppen 48 är formad att dela den första gasströmmen i en inre 63 och en yttre del 65. Den andra rörformiga kroppen 48 är således formad att medge en del 63 av den första gasströmmen att strömma i ett gap bildat mellan den yttre ytan av den andra rörformiga kroppen 48 och den inre ytan av den första rörformiga kroppen 47. Således kan en del av den första gasströmmen användas för att tillhandahålla en bättre blandning i kombination med en andra gasström från en andra gaskälla som samtidigt strömmar utanför den första rörformiga kroppen 47, på i mångt och mycket samma sätt och med samma fördelar som beskrivits i samband med figs. la-b.

Anordningen är vidare inrättad att påverka den andra gasströmmen att strömma i en spiral- eller skruvbana runt och efter gasturbinen. I detta ex- empel är den första rörformiga kroppens 47 yttre yta försedd med flödesrikt- ningselement anordnade att påverka den andra gasströmmen att anta en spi- ral- eller skruvflödesbana. I detta exempel bildar flödesriktningselementen spår som bildar ett skruvmönster på den yttre ytan av den första rörformiga kroppen 47, på vilken yta den andra gasströmmen leds. Sådana flödesrikt- ningselement innefattande spår kan naturligtvis även tillhandahållas på den rörformiga kroppen 47 i figs. la-b och vingbladen i ñg. la-b skulle kunna tillhandahållas på ytan av den rörformiga kroppen i figs. 2a-b, och för det tredje, så kan även en kombination av vingblad och spår tillhandahållas.

Slutligen skulle den yttre ytan även kunna formas jämn, utan några flö- desriktningselement alls.

Anordningen innefattar vidare en kåpa 61 inrättat inuti den andra rörformiga kroppen 48, och anordnad att omge gasturbinens generator. I detta exempel är kåpan 61 konvexformat, och är således anpassad att svagt komprimera den inre delen 63 av den första gasströmmen. Anordningen är vidare inrättad att påverka den inre delen av den första gasströmmen 63 att strömma i en 19 537 137 spiral- eller skruvbana inuti utrymmet mellan kåpan 61 och det inre rörfor- miga organet 48. I detta exempel kan den rörformiga kroppen 61 och/ eller den andra rörformiga kroppen 48 förses med flödesriktningselement anord- nade att påverka den andra delen av den första gasströmmen att ta en spiral- flödesbana, varvid även den inre rörformiga kroppen bidrar till skapelsen av en virvel. Detta kan uppnås genom att bilda vinklade vingblad i området mel- lan kåpan 61 och den andra rörformiga kroppen 48 och/ eller genom att bilda spår som löper i ett spiralmönster på den yttre ytan av kåpan 61 och / eller på den inre ytan av den andra rörformiga kroppen 48. Turbulensen som skapas på detta vis kan leda till ett lägre gastryck och/ eller en bättre blandning mel- lan gasströmmarna efter att de lämnar gasturbinen.

Uppfinningen är ej begränsad till de visade utföringsformerna utan kan varie- ras fritt inom ramen för de efterföljande patentkraven. I synnerhet har de vi- sade exemplen valts för att medge en klar illustration av uppfinningens kon- cept och principer, från vilka en fackman kan utforma en praktisk anordning eller systeminstallation, vilken är mer optimerad och anpassad till den lokala miljön och förhållanden.

Claims (12)

10 15 20 25 30 537 137 PATENTKRAV

1. En anordning för generering av elektrisk kraft, varvid anordningen (3) är anpassad att installeras i anslutning till en byggnad eller anläggning försedd med åtminstone en första gaskälla (7a, '7b, 7c, 7 d) som innefattar åtminstone ett ventilationsutblås från byggnaden och anpassad att tillhandahålla åt- minstone en första gasström, varvid anordningen innefattar en gasturbin (13) anpassad att mottaga åtminstone en del av den åtminstone en första gas- strömmen (9) från den åtminstone en första gaskällan och att konvertera åt- minstone en del av den kinetiska energin hos den första gasströmmen till elektrisk kraft, kännetecknad av att anordningen vidare är inrättad att mot- taga åtminstone en andra gasström (lla, llb, llc) från en andra gaskälla innefattande åtminstone ett ventilationsutblås från byggnaden och/ eller en vindsamlare som insamlar vind anhopad av byggnaden eller anläggningen, och är utformad att påverka den andra gasströmmen att generera ett under- tryck i anslutning till utblåsningen av den första gasströmmen från gasturbi- nen, varvid anordningen innefattar åtminstone ett flödesriktningselement (57) anordnat att rikta åtminstone en del av den andra gasströmmen att strömma i en spiralbana runt den utblåsta första gasströmmen i syfte att påverka den åtminstone en andra gasströmmen (1 la, llb, llc) att generera en virvel (21) i anslutning till utblåsningen av den första gasströmmen från turbinen.

2. En anordning enligt kravet l, kännetecknad av att gasturbinen innefattar en rörformig kropp (47) innehållande en rotor och vilken är anordnad att se- parera den första och den andra gasströmmarna, varvid den rörformiga krop- pen (47) är utformad att komprimera den första gasströmmen i dess flö- desriktning efter rotorn, och att expandera den andra gasströmmen innan den medger kontakt mellan den första och den andra gasströmmarna.

3. En anordning enligt kravet 2, kännetecknad av att gasturbinen innefattar en andra, rörformig kropp (48) placerad inuti den första rörformiga kroppen, varvid den andra rörformiga kroppen är formad att dela den första gasström- men i en inre (63) och en yttre (65) del. 21 10 15 20 25 30 537 137

4. En anordning enligt något av kraven 1-3, kännetecknad av att anordning- en innefattar en huvudgaskanal (23) för att leda både den första och den andra gasströmmarna, varvid gasturbinen är placerad inuti huvudgas- kanalen.

5. En anordning enligt kravet 4, kännetecknad av att åtminstone en andra gaskanal (27a, 27b, 270) är anordnad att leda den åtminstone en andra gas- strömmen in i huvudgaskanalen, varvid den andra gaskanalen öppnar till huvudgaskanalen i en position efter en öppning för den första gasströmmen in i turbinen.

6. En anordning enligt något av kraven 1-5, kännetecknad av att åtminstone en andra gaskanalen (27a, 27b, 27c) är anordnad att utblåsa den andra gas- strömmen att flöda i en spiralbana runt och längs den första gasströmmens flödesriktning i syfte att bidra till genereringen av undertrycket.

7. En anordning enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att anordning- en är anpassad att anslutas med och att mottaga den åtminstone första eller andra gasströmmarna från en gaskälla (7 a, 7b) innefattande åtminstone ett ventilationsutblås från byggnaden.

8. En anordning enligt något av kraven 1-7 , kännetecknad av att byggnaden eller anläggningen är anordnad att bilda en gaskälla (7c, 7 d) genom anhop- ning av vind, och att anordningen innefattar åtminstone en vindsamlare (43a, 43b) anpassad att insamla den första och/ eller den andra gasströmmen från gaskällan med den anhopade vinden.

9. En anordning enligt kravet 8, kännetecknad av att vindsamlaren innefattar en spoiler (43b) anpassad att anordnas vid en ände av en sidoyta av byggna- den, och vilken är formad för att leda vinden till den första och/ eller den andra gaskanalen. lO. En anordning enligt kravet 8, kånnetecknad av att vindsamlaren innefat- tar en vindkanal (43a) som har en vindöppníng anordnad med sin mynning 22

10. 15 20 25 30 537 137 nära en ände av en sidoyta av byggnaden för insamling och anskaffande av vind.

11. 1 1. En systeminstallation för generering av elektrisk kraft, varvid systemin- stallationen innefattar en byggnad eller en anläggning innefattande åt- minstone en första gaskälla (7a, 7 b, 7c) anordnad att tillhandahålla åt- minstone en första gasström (9), och är anordnad att konvertera åtminstone en del av den kinetiska energin hos den första gasströmmen till elektrisk kraft, kännetecknad av att systeminstallationen innefattar en anordning en- ligt något av kraven 1-10 installerad i anslutning till byggnaden eller anlägg- ningen.

12. Ett förfarande för generering av kraft från åtminstone en första gasström med en anordning enligt något av kraven 1- 10, vilket förfarande innefattar: - mottagning och matning av åtminstone en första gasström från åtminstone en första gaskälla bildad i anslutning till en byggnad eller anläggning till gasturbinen, - konvertering av åtminstone en del av den kinetiska energin hos den åt- minstone en första gasströmmen till elektrisk kraft med gasturbinen i anord- ningen, och - mottagning och påverkning av åtminstone en andra gasström att bilda ett undertryck i anslutning till utblåset av den första gasströmmen från gastur- binen genom att rikta åtminstone en del av den andra gasströmmen att strömma i en spiralbana runt den utblåsta första gasströmmen i syfte att på- verka den åtminstone en andra gasströmmen att generera en virvel (21) i an- slutning till utblåsningen av den första gasströmmen från turbinen. 23