Kókai Dénes találmánya a tavalyi őszi Budapesti Nemzetközi Vásáron Szent Jeromos kupát, a Zágrábi ARCA kiállításon ezüstérmet, Nürnbergben megújuló energia nagydíjat, decemberben a szöuli nemzetközi innovációs vásáron aranyérmet nyert. A találóan szélvitorlának elnevezett szerkezet a szél mozgási energiáját alakítja át gyors, alternáló mozgássá, amely villamos áram előállítására használható.
A 42 éves feltaláló közlekedésgépészeti szakközépiskolában érettségizett, majd magasépítõ technikus lett, késõbb munka mellett tanulva kereskedelmi-közgazdász végzettséget is szerzett. Az érdi illetõségû háromgyermekes vállalkozó gyermekkora óta próbálkozik különféle szerkezetek elõállításával. Hosszabb szünet után tíz éve kezdett el újra hobbiból kísérletezni, melynek egyik eredménye a koreai kiállításon nagy sikert elért szélenergiát hasznosító vitorla.
A találmány célja egy új termék kifejlesztése, amely a szélenergia hasznosítás piacán a forgalomban lévõ szélkerekek mellett alternatív megoldást jelenthet. A szerkezet részei a szélirányra merõleges, egységes felületû „vitorlát” alkotnak. Mûködési koncepciója alapvetõen eltér a szélkerekekétõl: itt egy zárt munkavégzõ felületrõl beszélhetünk, és a légáramlás irányával párhuzamos irányban létrehozott mozgási energia hasznosításáról, míg a szélkerekeknél egy csak mûködése közben értelmezhetõ köríves munkavégzõ felületrõl és vektoriális erõhatás keltette forgómozgás hasznosításáról van szó.
A szélvitorlában az átáramló közeg nem szenved lényeges iránytörést. A mûködés nagy idõegység alatti légtömeg-átáramlást tesz lehetõvé, áramlási képe a szerkezetet elhagyó, lelassult szakaszban sem a szélkerekeknél megismert csavarodott jelleget ölti, így a vitorlák sûrûbben helyezhetõk el egymás után, s ismeretlen a szélkerekeknél a széllökések után kialakuló káros ventilátorhatás is.
A szerkezet gyakorlatilag minden szélsebesség mellett mûködõképes. Zárt felülete egészében torlasztja a légáramlást, és a felületnek mindig csak akkora hányada nyit meg és kezd dolgozni, amekkora az adott szélsebesség mellett a mûködés szempontjából ideális átáramlási sebességet jelent. Példaképpen, egy 2 km/h szélsebességû gyenge szellõ esetén egy 40 km/h sebességre optimalizált egységekbõl álló vitorlafelület 5%-a nyit meg, míg például ugyanez a vitorla egy 20 km/h sebességû széllökésnél felülete 50%-át nyitja meg, de minden esetben hasznosítja az egész felület szélenergiáját. A termékként majdan forgalomba kerülõ vitorlák természetesen nem egyforma áramtermelõ egységekbõl fognak állni, és nem lineáris jelleggörbe mentén kísérlik meg kezelni a változó szélsebességet, mint adottságot.
A szélenergiát hasznosító vitorla részét képezõ energiaátalakító szerkezetek az áramlás irányába esõ, azzal párhuzamos felületeken kényszerítik munkavégzésre az áramló közeget. A szerkezet mûködése egy önvezérlõ szelepmechanizmus és egy mögötte létrejövõ gyorsuló és megálló, majd lassuló áramlás együttese. Az áramlást a szerkezet egy elmozdulni képes felület két oldalán, egymással ellentétes fázisban hozza létre. Energiát a felület elmozdulásának fékezésébõl nyer. A kinyerhetõ mozgási energia gyors, alternáló mozgás, ami közvetlen áramtermelésre használható.
A mûködést tehát egy „fejszelep” vezérli, ami periodikus elmozdulásával a mögötte lévõ, membránhéjként funkcionáló rugalmas lemezzel az áramlási teret két egymástól elválasztott részre osztja. Az áramlás sebessége mindkét térrészben gyorsuló, megállított és lassuló szakaszokkal jellemezhetõ. Gyorsuló az áramlás a záródó fejszelep, ugyanakkor lassuló a vele ellentétes nyíló keresztmetszet mögött. Mivel egy darab fejszelep osztja ketté a teret, ezek az áramlások mindig ellentétes fázisban jönnek létre. A fejszelep szélsõ holtpontján a légáramlás útját zárja, így a gyorsuló, addig torlódó áramlás további utánpótlás nélkül marad. A beáramlott közegmennyiség, mivel utánpótlást nem kap, megáll, elveszti mozgási energiáját, és az statikus nyomássá alakul. A zárást követõen a fejszelep az ellenkezõ oldal felé indul, ott hozva létre az elõbbi jelenséget. Ez a változó irányban ható statikus nyomás a rugalmas lemezt mint egy membránt mozgatja.
Az ábrán látható a szélenergia-átalakító egység, amely két párhuzamosan kiépített levegõ-bevezetõ nyílást tartalmazó testbõl és az ezeket elválasztó, tengelyen elfordulni képes, rugalmas, membránként funkcionáló szárnyprofilból áll. A szárnyprofil fejrésze, mint fejszelep, a levegõáramlást mindig két ellentétes fázisú áramlásra bontja. A légáramlás hatására periodikusan ütközésig kitér, meghatározva a beömlõ levegõ útját, sebességváltozásának jellegét. Amikor a szárnyprofil lezárja a levegõ beáramlását, és a mozgási energia statikus nyomássá alakul, az elnyomja a szárnyrészt, majd a következõ periódusban a jelenség megfordul, és a rugalmas lemezt a másik irányba nyomja el. Így alakul ki a felület periodikus, oda-vissza irányú mozgása, amit energiatermelésre lehet használni.
Az önálló egységek zártan egymás mellé és alá építhetõk, akár keretbe is foglalhatók. A szerkezet közvetlenül áramot termel. Vitorlaszerû felületként elhelyezhetõ szélirányba forduló megoldással forgózsámolyon, oszlopon, de fixen beépítve is alkalmazható. Telepíthetõ panelházak tetején, ahol igen jól mûködtethetõ, hiszen a ház oldalfala már eleve eltorlaszolja a szél útját, mely a többi oldalon vagy a ház tetején tud csak utat találni, de családi ház tetején, kertekben, hidakon, felüljárókon és természetesen hegyoldalakra is telepíthetõ. A hajózásban is jó hasznát vehetik, az elektromos meghajtású vitorlás hajók áramtermelõjeként.
A szélvitorla elõnye, hogy mûködése biztonságos, jó hatásfokú. Alacsony indítási sebesség és csekély meghibásodási kockázat jellemzi. Kicsi az önsúlya, egyedileg méretezhetõ, mûködése nem jelent veszélyt a készüléket megközelíthetõ emberekre vagy állatokra.
Jelenleg is sok találmány foglalkozik a szélenergia hasznosításával. Az eddig alkalmazott szélenergiát felhasználó rendszerek kis szélsebesség-tartományban tudnak optimálisan mûködni, az ez alatti és feletti szélsebességek hasznosítatlanul maradnak. Magyarország kevéssé szeles terület, a legnagyobb átlagos éves energiát a 4-9 m/s-os (15-30 km/h-s) szelek hordozzák (átlagosan 20-120 kWh/m2), és ennek intenzitása és iránya is változékony. Ennek az energiának jelenleg csak töredéke hasznosul. A szélvitorla energiatermelõ egységének a kiállításokon is bemutatott 21×16 cm-es homlokfelületû modellje 16 km/óra sebességû szél mellett, 18 Hz frekvencián mûködve 0,24 watt villamos energiát termel. Könnyen belátható, hogy nagy felületen alkalmazva, kis szélerõ mellett hatékonysága meghaladja az eddig alkalmazott rendszerekét.
Kókai Dénes bízik benne, hogy ha az Ötlet 2008 pályázaton sikerrel szerepel projektje, tovább fejlesztheti találmányát a Budapesti Mûszaki Egyetem szakemberei együttmûködésével. A szélvitorla gyártását Magyarországon szeretné biztosítani a feltaláló.
Szóljon hozzá