Дом лесника

Изобретение относится к строительству, в частности к домам, расположенным в удаленных от населенных пунктов местах, например для проживания лесников. Дом оборудован автономной системой энергоснабжения, включающей гелиоколлекторы, ветроэлектрогенератор, топливный элемент, а также биохимический двигатель. Биохимический двигатель функционирует на основе роста растений и способности полимерных гидрогетелей изменять свой объем в соответствии с колебаниями температуры. Растения в двигателе находятся в период максимального пророста их массы, при этом двигатель снабжен средствами образования спиралевидной конфигурации растений, находящихся в светопрозрачных капсулах за счет оттеснения в процессе своего роста в стремлении к свету лазерного луча стеблей растений предшествующих витков от внутренней поверхности капсулы. 3 з.п. ф-лы, 18 ил.

 

Изобретение относится к строительству жилых зданий, в частности зданий для районов с суровыми природно-климатическими условиями, характерными для Сибири и Севера.

Цель изобретения - создание жилища для северян, в котором будут условия проживания не хуже, чем в средней полосе России.

Особенно сложно обеспечить такие условия для тех, кто в силу своей деятельности должен постоянно находиться в удаленных от населенных пунктов местах, например для лесников, егерей, метеорологов.

Известны здания атриумпого типа для условий Севера, но это, как правило, многоэтажные дома, в которых проживает большое количество семей [1]. Добираться ежедневно отсюда до мест работы этим специалистам было бы затруднительно.

Предлагается здание для семьи лесника, в котором обеспечено постоянное круглогодичное автономное снабжение энергией, продовольствием и личным транспортом. Здание включает, в соответствии со строительными нормами и правилами, жилые и вспомогательные помещения, а также гараж, теплицу и помещения для домашних животных. Большое внимание уделено здесь надежному энергоснабжению за счет возобновляемых источников энергии, в частности таких, как солнечное сияние и ветер.

В районах Сибири и на Севере России очень велик удельный вес пасмурных дней в году, поэтому рассчитывать на круглогодичное использование солнечных коллекторов здесь не приходится. Однако даже в Норильске, где полярная ночь длится 45 суток, полярный день продолжается 68 суток, а летние температуры, например в Якутске, держатся на уровне 38°С [2, С.38, 39]. Поэтому пренебрегать этим источником энергии было бы неразумно.

Что касается ветровой энергии, то она может быть использована в течение всего года. Так, например, на Енисейском Севере число пурговых дней достигает 230 за зиму [2, С.38].

Вместе с тем этот источник энергии нельзя считать абсолютно надежным, поскольку возможны большие периоды безветренной погоды.

Одним из более постоянных возобновляемых источников энергии являются топливные элементы, которые вырабатывают энергию из кислорода воздуха и водородсодержащего сырья [3, 4], в данном случае из аммиака, образованного при разложении азотсодержащих органических веществ в помещениях для животных.

К сожалению, поскольку поголовье животных в доме невелико, этот источник энергии можно считать лишь дополнительным.

В качестве основного источника энергии нами принят биохимический двигатель, который также может стать для жильцов дома постоянным источником свежих витаминов.

Функционирование двигателя основано на свойстве растущих растений в процессе роста увеличивать свою массу, а также способность полимерного гидрогеля резко изменять свой объем в зависимости от температуры [5, 6, 7]. Двигатель описан в [5, 6, 7], здесь он представлен в усовершенствованном виде.

Двигатель представляет из себя сферу, на поверхности которой спиралевидно уложены вегетационные трубы, в которых установлены конвейеры с растениями, помещенными в светонрозрачные капсулы, вставленными в держатели, соединенные между собой гибкими связями - цепями, при этом в верхней части сферы расположена камера рассады, а в нижней части - камера сбора урожая, причем вегетационные трубы связаны через окна с обратными трубами, установленными на внутренней поверхности сферы, причем после освобождения держателей от выросших растений в камере сбора урожая порожние держатели, попадая в обратные трубы и продолжая перемешаться по направляющим, получают дополнительный энергетический импульс за счет химической реакции полимерного гидрогеля [8], размещенного в многоступенчатых патрубках, расположенных смежно с обратными трубами, вначале в сухом состоянии, а после подачи в патрубки воды по водопроводящим трубкам и нагрева воды, увеличиваясь коллапсообразно в объеме, гидрогель поднимает вышележащие над гидрогелем крышки, включающие электромагниты, которые, воздействуя на металлические вставки держателей, поднимают держатели выше стыка с вышележащим отсеком патрубка, при этом фиксируется его положение в вышележащем отсеке, после чего в нижерасположенном отсеке отключают электрический ток в находящемся в этом отсеке электронагревателе, после чего вода остывает и гидрогель, коллапсообразно сокращаясь в объеме, падает на дно отсека, увлекая за собой крышку с отключенным электромагнитом, после чего цикл повторяют, в результате чего держатели достигают камеры рассады, где их заполняют капсулами с проростками для последующего перемещения по вегетационным трубам, обеспечивая крутящий момента сфере вокруг вертикальной центральной оси, вал, расположенный на которой внизу снабженный шестеренчатым приводом, который передает крутящий момент на трансмиссию, приводя во вращательное движение коробку скоростей, обеспечивающую увеличение передаточного отношения и фактически являющуюся мультипликатором, который приводит во вращательное движение генератор, связанный с аккумулятором [9].

В предлагаемом доме упомянутые аналоги были существенно усовершенствованы. Так, вместо удлиняющихся по мере роста растений телескопических связей [5] предложены цепи неизменной длины, соединяющие между собой отдельные держатели, вместо сеток - капсулы, из которых проще извлекать растения при помощи манипуляторов. Кроме того, в вегетационных трубах растения пребывают лишь в период максимальных темпов прироста их массы, когда они растут «не по дням, а по часам», а дозревание их и плодоношение переносится в теплицу, куда их транспортируют и оттуда позднее будут доставлены проростки саженцев, помещенных в капсулы в двигатель.

Камера рассады и камера сбора урожая оборудованы средствами автоматизированного снабжения двигателя саженцами и подростками в капсулах через окна над и под обратной трубой при помощи манипуляторов, снабженных грейферными захватами.

Дом оборудован автоматизированной системой управления, включающей вычислительное устройство и терминал, соединенные через интерфейс с датчиками и приводами блоков управления аккумулятором, электрогенератором, камерой приготовления питательного раствора, камерой рассады, камерой сбора урожая, отоплением, вентиляцией и освещением, что обеспечивает синхронизацию всех процессов, приведенных выше, а также блоков управления гелиоснстемой, ветроэлектроснабжения, топливным элементом и системой образования спиралевидной формы растений.

Важной проблемой является энергоснабжение в доме. Для этого в разных помещениях обеспечена соответствующая температура и влажность. Утилизируется тепло сточной воды. Ограждающие конструкции снабжены теплоизоляцией на основе аэрогеля, естественное освещение помещений происходит через окна, снабженные вместо обычных степлопакетов аэрогелиевыми [10].

Учитывая необходимость максимально уменьшить отапливаемый объем в доме и, соответственно в двигателе, важно минимизировать объем каждого растения, т.е. сделать его как можно более компактным, предлагается закрутить его стебель в спираль.

С этой целью в [6] было предложено оптико-механическое устройство, обеспечивающее создание спиралевидной формы растения.

В настоящем предложении вместо эластичной сетки и вложенного в нее жесткого поддона нами предложена свстопрозрачная кувшннообразная капсула, которая также обеспечивает закручивание стебля растения в спираль, но из которой гораздо проще можно извлечь растение, сняв крышку капсулы при помощи манипулятора с грейферным захватом и затем извлечь растение из капсулы.

Как известно, источником энергии для растений, содержащих хлорофилл, служит лучистая энергия света. Красный лазерный свет способен, воздействуя на светочувствительные ткани проростка, проходить до кончиков корневых волосков даже по согнутому стеблю растения [11]. Известно также, что растения реагируют на вспышку света, длящуюся даже всего 0,002 секунды, а их стебли изгибаются в направлении света в соответствии с его яркостью [12]. Поэтому, когда проросток в капсуле стремясь расти в направлении лазерного луча, направленного на растение через отверстие в колесе, натыкается на жесткий светопрозрачный бортик капсулы, преодолеть который не может, а колесо, поворачиваясь, выводит луч из следующего отверстия колеса, проросток сразу же поворачивается на поддоне в сторону, противоположную круговому движению колеса, и изменить в дальнейшем это направление ему не дает бортик капсулы.

В последующем проросток продолжает свой рост в этом направлении, изгибаясь вдоль бортика капсулы по окружности по дну капсулы, отодвигая от бортика во внутрь предыдущие стебли растения, постепенно закручивая его в спираль.

На фиг.1 приведен разрез дома по А-А на фиг.2; на фиг.2 - план дома на уровне В-В на фиг.1; на фиг.3 - разрез фрагмента дома по А-А на фиг.2; на фиг.4 - разрез фрагмента дома по С-С на фиг.2; на фиг.5 - продольный разрез фрагмента обратной трубы двигателя: I - при падении крышки и II - при подъеме крышки (схема); на фиг.6 изображен поперечный разрез фрагмента обратной трубы; на фиг.7 - схематическая аксонометрия фрагмента обратной трубы в зоне перехвата держателя; на фиг.8 - фрагмент продольного разреза вегетационной трубы двигателя; на фиг.9 - план фрагмента продольного разреза вегетационной трубы на уровне Д-Д на фиг.8; на фиг.10 - схема разреза и плана фрагмента продольного разреза вегетационной трубы, соответствующая фиг.8 и 9 в момент включения душевой установки; на фиг.11 - то же в момент нагрева гибкой пластинки; на фиг.12 - то же в момент охлаждения гибкой пластинки; па фиг.13 - то же в момент выхода держателя из зоны душевой установки; на фиг.14 - то же в момент включения сопла газовой смеси; па фиг.15 - разрез держателя с по Е-Е на фиг.16; на фиг.16 - план держателя на уровне F-F на фиг.15; на фиг.17 - последовательные этапы поворота проростка в капсуле; на фиг.18 - фрагмент поперечного разреза капсулы на I, II и III витке роста растения.

На фиг.1, 2, 3 и 4 представлены разрезы и планы дома с указанием входа 1, тамбура 2, передней 3, веранды 4, гостиной 5, жилой комнаты 6, коридора 7, лестницы 8, кухни 9, туалета 10, ванной 11, гелиоколлектора 12, роторного ветроэлектрогенератора 13, теплицы 14, гаража 15, кладовых 16, биохимического двигателя 17 с вегетационной трубой 18, помещения для содержания домашних животных и птиц 19, помещения для автоматизированной системы управления домом 20, камеры для приготовления и хранения питательного раствора для растений 21, камеры для приготовления газовой смеси 22, помещения для хранения кормов для животных 23, камеры для сбора урожая растений 24, холодильник 25, центральный вертикальный вал 26 двигателя, подшипники 27, шестеренчатая передача 28 двигателя, мультипликатор 29 двигателя, совместно со сцеплением 30, электрогенератор 31, аккумулятор электроэнергии 32, соединенный с преобразователем тока 33, емкость с полимерным гидрогелем 34, сейф с заряженными аккумуляторными блоками 35, сейф с незаряженными аккумуляторными блоками 36, топливный элемент 37, емкость с аммиаком 38 и датчик содержания аммиака в воздухе 39.

На фиг.3 и 4 приведены камера рассады 40, камера сбора урожая 24, оборудованные трелеваторамн 41, тельферами 42, манипуляторами 43 с грейферными захватами 44, кюветы 45 с рассадой 46 и подростками 47 в капсулах 48, вегетационная труба 18, обратная труба 49, окна в обратной трубе: нижнее 50 и верхнее 51.

На фиг.5, 6 и 7 приведены обратная труба 49, порожние держатели 52, гибкие цепи 53 между держателями 52, гелеевые патрубки 54, гель 55, крышки надгелеевые 56, с электромагнитами 57, воздействующие на металлические вставки 58 держателей 52, водонроводящие трубки 59, электронагреватели 60, фиксаторы 61 и зона перехвата 62 держателей у перекрестно установленных гелеевых патрубков 54.

На фиг.8-14 приведены разрез и план фрагмента вегетационной трубы 18, где проложены конвейеры с растениями, уложенными в капсулы 48, установленными в держатели 52, объединенные цепями 53. Вегетационная труба 18 оборудована душевыми установками 63 и поддонами 64, на которых вмонтированы лазерные установки 65 на шаровых шарнирах 66, поворотные зеркала 67, а на вертикальной оси душевой установки находится стержень 68, к основанию которого крепится гибкая двухслойная пластинка 69, включающая светочувствительный полимерный материал, а на верхней части стержня установлено колесо 70 с отверстиями 71 (фиг.8 и 9). Растения установлены корнем вверх с возможностью их полива питательным раствором из душевой установки 63, на которой имеются фотоэлементы 72, срабатывающие после воздействия лазерного луча 73 из лазерной установки 65 через зеркало 67. После полива корни растения обдувают из сопла газопровода 74, где также установлен фотоэлемент 72. На фиг.10-14 показаны отдельные этапы прохождения растения под душевой установкой 63: этап включения душевой установки 63, нагрева гибкой пластинки 69, остывания пластинки, включение душевой установки и обдувание корней растения из сопла 74. Под растением, размещенным в капсуле 48, где имеется жесткий светопрозрачный поддон, удерживающий растение в пределах спиралевидной формы. На нижней плоскости колеса 70 установлены штыри 75, ударяя о которые, распрямляющаяся пластинка 69 приводит колесо 70 во вращательное движение. Двухслойная пластинка 69, в которой каждый слой включает неизотропный полимерный светочувствительный материал, имеющий свой тепловой коэффициент линейного расширения. Поскольку оба слоя установлены на едином основании и скреплены между собой, то при воздействии на нее лучей 73 из лазерной установки 65 пластинка реагирует на это воздействие изменением размера и биморфной деформацией.

На фиг.15 и 16 приведены разрез и план капсулы 48 для помещения растения, при этом капсула удерживается в держателе 52 благодаря подпружиненным зажимам 76, снабженными сферическими оголовниками 77, которые при вставлении в капсулы в держатель 52 отклоняются, а затем смыкаются и удерживают капсулу 48 в держателе 52 до тех пор, пока манипулятор 43 с помощью грейферных захватов 44 не выдернет капсулу из держателя.

Капсула снабжена крышкой 78 с помпоном 79, ухватившись за который захват 44 может спять крышку и вынуть растение.

Капсула снабжена перфорацией 80 для прохождения питательного раствора и обдувания растения газовой смесью.

На фиг.17 и 18 приведены этапы образования спиралевидной формы растения, расположенного в капсуле 48.

Источники информации

1. RU 2287649, С1, 2006.

2. Алексеева Т.И. Региональные особенности градостроительства в Сибири и на Севере. - Л.: Стройиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. - 208 с.: ил.

3. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкпн Н.В. Энергосбережение высотного здания с использованием топливных элементов // ЛВОК. - 2003, №3, С.44-50.

4. RU 2393116, C2, 2010.

5. RU 2152149, C1, 2000.

6. RU 2395459, C2, 2008.

7. RU 2424404, C1, 2011.

8. Филиппова О.Е. «Умные» полимерные гидрогели // Природа, 2005, №8, С.8.

9. Манилов Ф. Энергия для электромобиля // Химия и жизнь, 2009. №6, С.17-18.

10. Ренальдо Р. «Замерзший дым» и его возможности // Юный эрудит, 2008, №4, С.14-18.

11. Шахов А.А. Фотоэнергетика растений и урожай. - М: Наука, 1993. - С.238.

12. Патури Ф. Растения - гениальные инженеры природы. - М: Прогресс, 1979. - С.20.

13. US 7,842,243. B2, 2010.

1. Дом лесника, включающий жилые и вспомогательные помещения, теплицу, гараж, помещения для домашних животных, оборудованный автономной системой энергоснабжения, включающей гелиоколлекторы, ветроэлектрогенератор, топливный элемент и биохимический двигатель, представляющий из себя сферу, на поверхности которой спиралевидно уложены вегетационные трубы, в которых установлены конвейеры с растениями, помещенными в светопрозрачные капсулы, вставленные в держатели, соединенные между собой гибкими связями - цепями, при этом в верхней части сферы расположена камера рассады, а в нижней части камера сбора урожая, связанные через окна с обратными трубами, установленными на внутренней поверхности сферы, причем после освобождения держателей от выросших растений в камере сбора урожая порожние держатели, попадая в обратные трубы и продолжая перемещаться по направляющим, получают дополнительный энергетический импульс за счет химической реакции полимерного гидрогеля, размещенного в многоступенчатых патрубках, расположенных смежно с обратными трубами, вначале в сухом состоянии, а после подачи в патрубки воды по водопроводящим трубкам и нагрева воды, увеличиваясь коллапсообразно в объеме, гидрогель поднимает вышележащие над гидрогелем крышки, включающие электромагниты, которые, воздействуя на металлические вставки держателей, поднимают держатели выше стыка с вышележащим отсеком патрубка, фиксирует его положение в вышележащем отсеке, после чего в нижерасположенном отсеке отключают электрический ток в находящемся в этом отсеке электронагревателе, после чего вода остывает и гидрогель, коллапсообразно сокращаясь в объеме, падает на дно отсека, увлекая за собой крышку с электромагнитом, после чего цикл повторяют, в результате держатели достигают камеры рассады, где их заполняют капсулами с проростками для последующего перемещения по вегетационным трубам, обеспечивая крутящий момент сферы вокруг вертикальной центральной оси, вал, расположенный на которой, внизу снабженный шестеренчатым приводом, передает крутящий момент на трансмиссию, приводя во вращательное движение коробку скоростей, обеспечивающую увеличение передаточного отношения и являющуюся мультипликатором, который приводит во вращательное движение электрогенератор, связанный с аккумулятором.

2. Дом по п.1, отличающийся тем, что камера рассады и камера сбора урожая оборудованы средствами автоматизированного снабжения двигателя саженцами в капсулах и сбора урожая через окна над- и под обратной трубой при помощи манипуляторов, снабженных грейферными захватами.

3. Дом по п.1, отличающийся тем, что растения, находящиеся в вегетационных трубах двигателя, пребывают в них лишь в период максимальных темпов прироста их массы, причем вегетационные трубы снабжены средствами, обеспечиващими придание растениям компактной спиралевидной формы за счет того, что ростки растений, помещенные в светопрозрачные капсулы в процессе своего роста и стремления к свету лазерных лучей оттесняют своими витками стебли предшествующих витков этих растений от внутренней поверхности капсул.

4. Дом по п.1, отличающийся тем, что он оборудован автоматизированной системой управления, включающей вычислительное устройство и терминал, соединенные через интерфейс с датчиками и приводами блоков управления аккумулятором, электрогенератором, камерой рассады, камерой сбора урожая, отоплением, вентиляцией и освещением дома, а также блоков управления гелиосистемой, ветроэлектроснабжения, топливным элементом и системой образования спиралевидной формы растений.