Ветротепловой преобразователь-накопитель



Ветротепловой преобразователь-накопитель
Ветротепловой преобразователь-накопитель
Ветротепловой преобразователь-накопитель

 


Владельцы патента RU 2623637:

Ясаков Николай Васильевич (RU)

Изобретение относится к нетрадиционной энергетике для обеспечения бесперебойного теплоснабжения объектов от ветровой энергии. Ветротепловой преобразователь-накопитель, имеющий корпус с конфузором, турбину в виде усеченного конуса с желобчатыми лопастями и вертикальной осью, а также вторичный, связанный с теплоаккумулятором, аэро- либо гидродинамический преобразователь энергии с автоматически меняющимся углом наклона лопастей. Корпус выполнен в виде улитки, боковые стенки конфузора установлены на шарнирах и подпружинены, а на стороне конфузора, примыкающей к улитке, имеются магнитные защелки, при этом выходной канал выполнен в виде раструба, имеющего каркас с оболочкой со стороны набегающего ветрового потока. Изобретение направлено на стабильный нагрев помещений при максимальном коэффициенте использования энергии ветра. 2 ил.

 

Изобретение относится к нетрадиционной энергетике и может быть использовано для обеспечения бесперебойного теплоснабжения объектов от ветровой энергии.

Проблема создания системы стабильного теплоснабжения от возобновляемых источников энергии становится все более актуальной. Это объясняется не только постоянно растущей стоимостью традиционного теплоснабжения и подключения к теплосетям новых объектов, часто допускаемыми нарушениями режима отопления, подверженностью инженерных сетей всяким природным и техногенным воздействям, но и ухудшающейся экологической ситуацией.

При использовании установок, работающих на возобновляемых источниках энергии с их нестабильностью, возникают трудности с обеспечением бесперебойного энергоснабжения. И если вопросы стабильности электроснабжения (и то только при небольших потребностях) все-таки решаются с использованием электрических аккумуляторов, то с теплоснабжением в таких условиях проблемы несравнимо сложнее. Во всяком случае, пока не известны созданные комлексные агрегаты, преобразующие и одновременно накапливающие возобновляемую энергию в объеме, необходимом для надежного обогрева жилья и других более или менее крупных объектов.

Задачей настоящей разработки и является создание такого единого устройства, преобразующего ветровую энергию в тепловую с аккумулированием ее ресурса, достаточного для бесперебойного теплоснабжения указанных объектов.

При этом должны быть обеспечены полная безопасность и вместе с тем приемлемая комфортность при эксплуатации агрегата, предельно достижимая эффективность преобразования энергии как на первой ступени (ветровой в механическую), так и на второй (механической в тепловую) во всем расчетном интервале ветровых нагрузок.

Анализ технических решений, заложенных в известных самых разнообразных аналогах преобразователей первой ступени - ветроустановок роторного типа - позволяет сделать вывод о недостаточно высокой эффективности их работы: это относится, в частности, и к наиболее сходным по конструкции устройствам, описанным в следующих патентах.

Известна ветроэнергетическая установка, роторный ветрогенератор которой включает прикрепленные к несущему цилиндру и выполненные плоскими лопасти ротора ветротурбины, размещенного внутри неподвижной системы ветронаправляющих экранов в виде вертикальных отклоняющих пластин (RU №2390654, кл. F03D 3/04, 2010 г.).

Известен ветродвигатель, содержащий вращающуюся ветротурбину с вертикальной осью вращения, лопасти которой выполнены в виде аэродинамических профилей, где входная закругленная кромка лопасти расположена на большем расстоянии от оси вращения турбины, чем задняя заостренная кромка, при этом наружная грань лопасти образует оптимальный угол атаки с измененным направлением движения воздушного потока, и поворотные щиты, экранирующие лопасти, отличающийся тем, что профиль лопасти ветротурбины выполнен симметричным и образован двумя плавными кривыми различной степени кривизны одного знака, при этом ось симметрии проходит посредине длины профиля лопасти ветротурбины (RU №2267647, F03D 3/04, 2006 г.).

Известен ветродвигатель, содержащий вертикальный вал с прикрепленными к нему плоскими лопастями, механически связанный через зубчатое колесо и редуктор с электрогенератором, отличающийся тем, что вокруг лопастей между верхней и нижней плитами установлены ветронаправляющие стены, одни концы которых расположены у окружности, описывающей лопасти, а другие их концы отведены к периферии, причем противоположные концы соседних стен размещены по одной прямой линии, проходящей через вертикальный вал (RU №2237822, F03D 3/04, 2004 г.).

Известна ветроустановка, содержащая воздухозаборник с регулируемыми вертикальными лопатками, ветроколесо с лопастями, отличающаяся тем, что ветроколесо расположено внутри воздухозаборника, а его лопатки в сечении выполнены в виде полуокружности, концы которых прикреплены к верхнему и нижнему кольцам, нижнее из которых опирается на центрирующие ролики, выполненные с возможностью вращения со скоростью, большей скорости вращения ветрового колеса, и к осям которых подключены преобразователи энергии, а сверху и снизу ветроколеса расположены разрежители (RU №2168060, F03D 3/04, 2001 г.).

Наиболее близким техническим решением такого первичного преобразования энергии является конструкция ветродвигателя по патенту RU №2432493, F03D 3/04, 2011 г. и принятая по совокупности существенных признаков за прототип.

Это ветродвигатель карусельного типа, имеющий ветроколесо с вертикальной осью вращения и корпус, в котором размещено ветроколесо, отличающийся тем, что корпус снабжен конфузором и направляющим аппаратом с установленными в нем жалюзи, а также кольцевыми опорами, на которые опираются концы лопастей и их средние участки.

Не вдаваясь в подробный анализ несовершенств конструкции каждого из перечисленных устройств, отметим их общий самый существенный недостаток, а именно, низкий коэффициент использования энергии ветра. Это объясняется тем, что в в каждый момент времени в преобразовательном процессе задействовано только меньше половины от общего числа лопастей, остальные же не только бездействуют, но и создают потери энергии, работая в режиме вентилятора. Кроме того, такие ветроустановки не работают с постоянной, даже далеко не оптимальной эффективностью во всем диапазоне расчетных ветровых нагрузок. Для этого они не имеют механизма использования максимального и не зависимого от ветрового напора перепада скорости ветра на полезное преобразование в механическую энергию, от чего, в конечном счете, зависит КПД ветроустановки, так как значительная часть энергии уходит на выброс потока из рабочего пространства.

В заявляемом устройстве указанный недостаток сводится к минимуму за счет того, что в ветротепловом преобразователе-накопителе, имеющем корпус с конфузором, турбину с вертикальной осью и вторичный преобразователь энергии, согласно изобретению корпус выполнен в форме улитки, турбина - в виде усеченного конуса и оснащена желобчатыми лопастями, а выходной канал представлен раструбом, расположенным над корпусом турбины. При этом вторичным преобразователем является аэро- либо гидродинамический теплогенератор, лопасти которого имеют автоматически меняющийся угол наклона в зависимости от скорости ветра.

Корпус турбины в форме улитки – то есть с убывающим радиусом закругления стенки - превращает сжатый конфузором воздушный поток в вихревой, одновременно воздействующий на все лопасти турбины (знакопеременные нагрузки исключены).

Желобчатая форма лопастей при их определенной тангенциальной скорости реверсирует набегающий на каждую лопасть поток с иной - пониженной - скоростью, равной разности скоростей потока перед лопастью и ее окружной скоростью, а это значит, что при соотношении этих скоростей 1:0,5 повернутый поток будет иметь относительно лопасти скорость, близкую (по модулю) к скорости самой лопасти, то есть в абсолютном выражении - относительно корпуса - минимальную. При этом почти вся энергия данного потока передается лопасти.

Выполнение выходного канала в виде раструба имеет целью не только обеспечить самоориентацию конфузора в наветренную сторону, но и создание в выходном канале разрежения за счет энергии обтекающего его потока, что необходимо для лучшего удаления "отработанного" воздуха из турбины.

И, наконец, использование в качестве вторичного преобразователя аэро- либо гидродинамического теплогенератора с автоматически меняющимся углом наклона лопастей позволяет постоянно при любой скорости ветра поддерживать заданное соотношение скоростей воздушного потока и ротора турбины, чем обеспечивается работа агрегата в оптимальном режиме.

Устройство заявляемого преобразователя поясняется на чертежах, где на фиг. 1 показан общий вид агрегата, на фиг. 2 - горизонтальный разрез А-А.

Ветротепловой преобразователь-накопитель состоит из двух объединенных в общий комплекс устройств: роторного ветродвигателя и аэро- либо гидродинамического теплогенератора. При этом последний может быть совмещен с теплоаккумулятором.

Ветродвигатель имеет корпус 1 с конфузором 2, внутри корпуса, установленного на поворотной платформе 3, находится турбина 4, выполненная в виде усеченного конуса, с желобчатыми лопастями 5. Корпус 1 имеет в плане контур в виде улитки - примерно 3/4 витка спирали Архимеда, соединенной с направляющим аппаратом воздушного потока - конфузором 2. Боковые стенки 6 последнего установлены на шарнирах и подпружинены, а на другой стороне, примыкающей к улитке, имеются защелки, например магнитные.

К переходному колену 7 сверху корпуса 1 примыкает раструб 8, который, как и конфузор 2 - в целях облегчения конструкции - может быть выполнен в виде каркаса с оболочкой, закрепленной со стороны набегающего ветрового потока.

Вся эта конструкция расположена на портале 9, под которым сооружен теплоаккумулятор 10, теплопоглощающей средой, в котором могут быть твердые воздухопроницаемые материалы либо жидкость. Внутри теплоаккумулятора (или вне его) установлен теплогенератор 11, представляющий собой крыльчатку с изменяющимся углом наклона лопастей 12, кинематически связанную с валом турбины 4.

Один из простейших вариантов такого агрегата - с насыпным теплоаккумулирующим материалом - представлен на фиг. 1. В такой конструкции с рассчитанными размерами турбины 4 и теплогенератора 11 привод механизма изменения угла наклона лопастей 12 связан тягой 13 с датчиком 14 скорости ветра.

В нормальном режиме эксплуатации заявляемый преобразователь работает так. Ветровой поток, направляемый конфузором 2, входит в улитку корпуса 1 и, закручиваясь в сжимающемся вихре и воздействуя одновременно на все лопасти 5 турбины 4, передает последней свою энергию. Поскольку устройство автоматического регулирования нагрузки на турбину поддерживает в любой момент времени окружную скорость лопастей 5, примерно равную половине скорости самого вихревого потока, то каждый слой последнего, обтекая внутреннюю поверхность лопасти, должен бы покинуть ее с такой же ее скоростью, но практически в противоположном направлении, то есть с минимальной скоростью относительно внешнего пространства, в результате чего коэффициент использования энергии ветра оказывается максимальным. Но для удаления из турбины 4 по колену 7 отработавшего потока необходима определенная его скорость, которая создается разряжением в раструбе 8, но уже за счет дополнительной энергии обтекающего его ветрового потока. Кстати, этот раструб служит и флюгером для самоориентации ветроустановки, расположенной на поворотной платформе 3 портала 9.

Турбина 4 вращает теплогенератор 11 через полый вал, внутри которого проходит тяга 13 от датчика 14 скорости ветра до механизма установки угла наклона лопастей 12. При кратковременных перерывах ветра последние складываются в диск, нагрузка на турбине 4 исчезает и она продолжает вращение по инерции, сокращая время на свою раскрутку с возобновлением ветра. При запредельных ветровых нагрузках боковые стенки 6 конфузора 2, преодолевая силу защелок, раскрываются и переходят во флюгерное положение, но ветроустановка продолжает работу на уменьшенном фронте ветрового потока. В ближайшей ветровой паузе стенки 6 под действием пружин возвращаются и фиксируются защелками в исходном положении.

Теплогенератор 11 обеспечивает нагрев воздухопроницаемой массы теплоаккумулятора 10 подобно вентилятору в аэродинамической сушильной камере.

Такой же эффект достигается и в теплоаккумуляторах с жидкостным накопителем тепла, естественно, при сравнительно меньших размерах крыльчатки.

Использование ветротепловых преобразователей-накопителей позволит обеспечить стабильный обогрев помещений, а с применением более совершенных преобразователей тепловой энергии в электрическую освоить высокоэффективные, безопасные и экономически выгодные системы комплексного автономного энергоснабжения различных объектов от возобновляемых источников энергии.

Ветротепловой преобразователь-накопитель, имеющий корпус с конфузором, турбину в виде усеченного конуса с желобчатыми лопастями и вертикальной осью, а также вторичный, связанный с теплоаккумулятором, аэро- либо гидродинамический преобразователь энергии с автоматически меняющимся углом наклона лопастей, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде улитки, боковые стенки конфузора установлены на шарнирах и подпружинены, а на стороне конфузора, примыкающей к улитке, имеются магнитные защелки, при этом выходной канал выполнен в виде раструба, имеющего каркас с оболочкой со стороны набегающего ветрового потока.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области теплоэнергетики, где может быть использовано в качестве источника теплоты для систем централизованного и индивидуального теплоснабжения с жидкостным теплоносителем.

Изобретение относится к устройствам для нагрева жидкостей путем создания потоковой гидродинамической кавитации в проточной жидкой среде. Устройство относится к теплоэнергетике и может применяться для обогрева жилых и производственных помещений, для горячего водоснабжения, приготовления эмульсий, суспензий, диспергирования различных материалов, обеззараживания жидкостей и жидких пищевых продуктов, для обеззараживания воды на очистных сооружениях, в плавательных бассейнах, улучшения качества дизельного и бензинового топлива, приготовления структурированной воды для рыборазводных заводов, замачивания семян и полива растений, а также для приготовления структурированной воды для сельскохозяйственных животных.

Изобретение относится к агрегатированию ветродвигателей с теплогенератором. Оппозитный ветротеплогенератор, в котором теплогенератор расположен между двумя однотипными роторными ветродвигателями, валы которых сочленены с осями верхнего и нижнего однотипных соосных многоцилиндровых роторов теплогенератора.

Изобретение относится к теплогенераторам кавитационного типа для разогрева жидкостей в гидросистемах различного назначения, а также может быть использовано в качестве смесителей различных жидкостей, диспергирования, разрушения молекулярных связей в сложных жидкостях, изменения физико-механических свойств жидкостей.

Изобретение относится к области теплоэлектроэнергетики. Микротеплоэлектроцентраль представляет собой единый модуль, собранный на базе энергоемкого высокотемпературного теплоаккумулятора с гибридной системой нагрева от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в основном солнечной и ветровой.

Изобретение относится к теплогенераторам кавитационного типа для разогрева жидкостей в гидросистемах различного назначения. В вихревом кавитаторе, содержащем вихревую камеру с двумя патрубками, у каждого из которых в камере имеется язык на слиянии входного и вращающегося потоков, корпус в виде трубы, вихревая камера разделена диафрагмой с образованием двух встречных соосных улиток, одна из которых через патрубок соединена с входным отверстием корпуса, что позволяет вихревое движение жидкости в корпусе выпрямить и превратить в линейное, осевое и существенно снизить энергетические затраты.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для получения тепловой энергии, вырабатываемой в ходе аэробных процессов. Энергетический модуль может также использоваться в качестве независимого теплового блока системы отопления здания.

Изобретение относится к теплогенераторам кавитационного типа для разогрева жидкостей в гидросистемах различного назначения, а также может быть использовано в качестве смесителей различных жидкостей.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для получения горячей воды. Предложен турбороторный генератор, содержащий корпус, два входных канала, один выпускной канал по центру устройства, цилиндрическую полость, внутри которой на основном и дополнительном валу с зазором установлены роторы в виде дисков с возможностью встречного вращения.

Изобретение относится к теплогенераторам кавитационного типа для разогрева жидкостей в гидросистемах различного назначения, а также может быть использовано в качестве смесителей различных жидкостей.

Изобретение относится к строительным конструкциям со сборно/разборными частями, предназначенными для быстрого монтажа/демонтажа и транспортировки. Способ установки контейнерной электростанции с выносным оборудованием в местах ее использования включает установку контейнера и выносного оборудования, состоящего из солнечных панелей (СП) и ветроэлектрогенераторов (ВЭГ), устанавливаемых на контейнер, и СП и ВЭГ, устанавливаемых на винтовых сваях на некотором расстоянии от контейнера.
Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха. Привязной летательный аппарат с всепогодной комплексной ветровой и солнечной электростанцией выполнен с возможностью использовать горячий пар для создания подъемной силы и получения электроэнергии.

Изобретение относится к области энергетики. Устройство получения электроэнергии, содержащее воздуховод, первый тепловой коллектор, нагревательные элементы, накопитель-радиатор, турбогенератор, второй тепловой коллектор, блок управления, аккумулятор, электроконвертор, при этом первый выход первого теплового коллектора соединен с нагревательными элементами, выход которых соединен с накопителем-радиатором, выход блока управления соединен с первым входом турбогенератора, первый выход которого является первым выходом устройства, выход аккумулятора соединен с входом электроконвертора, выход которого является вторым выходом устройства.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к средствам выращивания растений вне грунта в замкнутом пространстве с искусственно созданной средой. Комплекс содержит несколько аэропонных и/или гидропонных блоков, аккумуляторы тепловой энергии в виде теплоизолированного резервуара с водой, присоединенного к ветроэнергетической установке.

Изобретение относится к области ветроэнергетики и электротехники. Ветроэнергетическая установка содержит ветроколесо, соединенное посредством вала с мультипликатором, выходной вал которого соединен с обгонной муфтой, соединенной с асинхронным генератором с короткозамкнутым ротором, который электрически соединен с батареей пусковых конденсаторов, трансформаторами напряжения, диодным мостом, блоком управления, электрически соединенным с аккумуляторной батареей.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к приводному устройству нестабильной электрогенерирующей системы. Приводное устройство (1) для приведения в действие вращающегося вала (21) включает в себя кольцевой корпус (11), узел (12) магнитного маятника, электромагнитный узел (13) и блок (14) управления.

Предлагаемое изобретение относится к автономным энергетическим устройствам. Автономный источник энергоснабжения, включающий установленную на башне-опоре ветросиловую установку, механически связанную с электрогенератором и компрессором-бустером, связанным трубопроводом с резервуаром высокого давления, и турбодетандер, содержит дополнительный компрессор, механически связанный с ветросиловой установкой, дополнительный электрогенератор, механически связанный с турбодетандером, расположенный в башне-опоре резервуар низкого давления, внутри которого соосно размещен резервуар высокого давления.

Изобретение относится к области энергетики возобновляемых источников и может быть использовано для комплексного преобразования кинетической энергии движущейся воды рек и ветра в электрическую энергию.

Изобретение относится к агрегатированию ветродвигателей с теплогенератором. Оппозитный ветротеплогенератор, в котором теплогенератор расположен между двумя однотипными роторными ветродвигателями, валы которых сочленены с осями верхнего и нижнего однотипных соосных многоцилиндровых роторов теплогенератора.

Изобретение относится к области силовых механизмов, а именно к ветряным и водяным двигателям. Установка предназначена для преобразования энергии потока воды или ветра и содержит основание 1, вал 3, ротор 4, жестко установленный на валу 3 с возможностью вращения вокруг своей оси, лопасти 10, установленные с возможностью изменения своего положения по отношению к потоку, нагрузочное устройство.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Многонаправленный ветряной генератор кинетической энергии с преобразованием энергии ветра включает платформу, снабженную несколькими направляющими каналами, расположенными по окружности по периметру платформы, роторный механизм, расположенный на внутренней стороне платформы и снабженный несколькими лопастями, на которые может воздействовать напор ветра, и в котором каждая лопасть снабжена несколькими улавливающими энергию ветра элементами, и силовой вал, расположенный в центре внутри роторного механизма и приводимый в действие роторным механизмом, причем зона повышения давления находится на внутренней части роторного механизма, и после схода основного потока ветра с лопастей он поступает в зону повышения давления и далее концентрируется для генерирования дополнительной силы напора на лопасти.
Наверх