Энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра



Энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра
Энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра
Энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра
Энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра
Энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра

Владельцы патента RU 2672540:

Коваленко Андрей Николаевич (RU)

Изобретение относится к альтернативной энергетике. Энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра содержит миниатюрный генератор постоянного тока, каркас, на котором установлены желобчатый концентратор дождевой воды или снега с желобами, турбина с несколькими блоками ковшовых лопастей на валу, где каждый блок может автономно вращаться по часовой стрелке, вращая при этом вал, причем турбина устанавливается так, чтобы каждый блок лопастей располагался точно под соответствующим желобом концентратора дождевой воды или снега, концентратор ветра с установленными во входной части вертикальными перегородки, которые образуют каналы прохождения воздуха, количество которых совпадает с количеством блоков лопастей турбины, при этом каждый канал направляет воздух на свой блок лопастей, а также генератор пьезоэлектрический, установленный под концентратором дождевой воды или снега, причем концентратор ветра монтируется таким образом, что закрывает сверху установленную на каркасе турбину, оставляя пространство для прохождения воздуха и создавая сужение для усиления его напора, а вал турбины и вал генератора соединяются посредством магнитных муфт. Изобретение направлено на повышение эффективности энергоустановки за счет комплексного преобразования в электричество энергии дождя или снега и ветра и повышение ее компактности. 4 ил.

 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в качестве альтернативного источника электричества для обеспечения удаленных объектов, например жилого дома, гостиницы, охотхозяйства, турбазы, фермерского хозяйства и других, за счет комплексного преобразования энергии дождя или снега и ветра в электроэнергию при размещении на крыше объекта.

Известны несколько способов получения энергии из возобновляемых источников и реализующих их энергоустановок.

Например, ученые из Комиссии по ядерной энергии в Гренобле (Франция) [1] продемонстрировали новую технологию извлечения энергии из падающих дождевых капель. При этом в качестве энергоустановки используются специальные пьезоэлектрические пластины, которые способны вырабатывать электроэнергию в ответ на механическое воздействие. Дождевая капля диаметром 1 мм обладает энергией порядка 2 микроДж, ливневая капля диаметром 5 мм способна выдавать до 1 миллиДж. В худшем случае это соответствует мощности порядка одного микроВт, а в лучшем - 12 миллиВт, что заметно уступает солнечным батареям подобных размеров. Таким образом, предложенный [1] вариант энергоустановки неэффективен, не позволяет использовать его в практических целях, например в удаленных объектах для электропитания бытовых приборов. Кроме того, энергоустановка [1] предназначена только для преобразования энергии дождя и не использует энергию ветра и снега.

Известен другой вариант энергоустановки для преобразования энергии дождя. В Китае [2] создали солнечные батареи, способные генерировать электроэнергию даже в дождливую погоду. Для этого применяется слой графена, который является высокопроводящим материалом. Соль в дождевой воде распадается на ионы кальция, магния или аммония - положительно заряженные они взаимодействуют с водой и графеном, что приводит к получению электроэнергии. Происходит формирование двойного слоя воды с электронами графена, энергетическая разница между слоями достаточна для того, чтобы началась выработка электричества. Хотя этот способ отличается высокой оригинальностью, ученые признают, что у графена есть существенный минус - он ухудшает показатели производства энергии от солнца, то есть снижает эффективность солнечных элементов и отрицательно сказывается на окружающей среде. Предложенная [2] энергоустановка также использует только энергию дождя и не решает поставленной задачи - одновременного эффективного использования энергии дождя, ветра и снега.

Известны энергоустановки [3, 4] для преобразования энергии, в которых электричество вырабатывается за счет вибрации пьезоэлектрических пластин под действием дождя или ветра. Этим энергоустановкам присущи те же недостатки, что и [1].

Таким образом, в известных энергоустановках используется только один из источников энергии - либо ветер (ветряки различного типа), либо дождь (энергия падающих капель на пьезоэлектрическую пластину) и только один вид энергии - либо только кинетическая, либо только потенциальная. Кроме того, энергоустановки, использующие энергию ветра, имеют большие габариты и не позволяют размещать их на крышах объектов электроснабжения.

Компактные энергоустановки, пригодные для размещения на крыше удаленных объектов, обеспечивающие комплексное преобразование в электричество кинетической и потенциальной энергии возобновляемых источников энергии, таких как дождь или снег и ветер авторам неизвестны.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение эффективности энергоустановки за счет обеспечения возможности комплексного преобразования в электричество кинетической и потенциальной энергии дождя или снега и кинетической энергии ветра, а также повышение компактности энергоустановки для обеспечения возможности ее размещения на крыше объекта.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра, содержит миниатюрный генератор постоянного тока, каркас, на котором установлены желобчатый концентратор дождевой воды или снега с желобами, турбина с несколькими блоками ковшовых лопастей на валу, где каждый блок может автономно вращаться по часовой стрелке, вращая при этом вал, причем турбина устанавливается так, чтобы каждый блок лопастей располагался точно под соответствующим желобом концентратора дождевой воды или снега, концентратор ветра с установленными во входной части вертикальными перегородками, которые образуют каналы прохождения воздуха, количество которых совпадает с количеством блоков лопастей турбины, при этом каждый канал направляет воздух на свой блок лопастей, а также генератор пьезоэлектрический, установленный под концентратором дождевой воды или снега, причем концентратор ветра монтируется таким образом, что закрывает сверху установленную на каркасе турбину, оставляя пространство для прохождения воздуха и создавая сужение для усиления его напора, а вал турбины и вал генератора соединяются посредством магнитных муфт.

Технический результат заключается в том, что достигается повышение эффективности энергоустановки, за счет комплексного преобразования в электричество кинетической и потенциальной энергии дождя или снега, а также кинетической энергии ветра, повышается ее компактность, расширяется область применения - в качестве альтернативного источника электричества для обеспечения удаленных объектов при размещении на крыше объекта.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

На Фиг. 1 схематично представлена конструкция энергоустановки,

на Фиг. 2 иллюстрируется принцип работы энергоустановки,

на Фиг. 3 схематично представлен вариант применения энергоустановки,

на Фиг. 4 схематично иллюстрируется вариант последовательного соединения нескольких энергоустановок.

Обозначения, принятые на чертежах:

1 - генератор постоянного тока,

2 - каркас,

3 - концентратор дождевой воды или снега,

4 - турбина,

5 - вал турбины,

6 - концентратор ветра,

7 - вертикальные перегороди концентратора ветра,

8 - генератор пьезоэлектрический,

9 - муфта магнитная

Энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра содержит миниатюрный генератор постоянного тока 1, каркас 2, на котором установлены желобчатый концентратор 3 дождевой воды или снега с желобами, турбина 4 с несколькими блоками ковшовых лопастей на валу 5, где каждый блок может автономно вращаться по часовой стрелке, вращая при этом вал 5, причем турбина 4 устанавливается так, чтобы каждый блок лопастей располагался точно под соответствующим желобом концентратора 3 дождевой воды или снега, концентратор ветра 6 с установленными во входной части вертикальными перегородками 7, которые образуют каналы прохождения воздуха, количество которых совпадает с количеством блоков лопастей турбины, при этом каждый канал направляет воздух на свой блок лопастей, а также генератор пьезоэлектрический 8, установленный под концентратором дождевой воды или снега 3, причем концентратор ветра 6 монтируется таким образом, что закрывает сверху установленную на каркасе 2 турбину 4, оставляя пространство для прохождения воздуха и создавая сужение для усиления его напора, а вал турбины 5 и вал генератора 1 соединяются посредством магнитных муфт 9.

Как показано на Фиг. 1 энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра сконструирована по модульному принципу. Все элементы энергоустановки (кроме генераторов и муфт) могут быть изготовлены из промышленного пластика методом литья или напечатаны на 3D принтере. В качестве генератора постоянного тока может использоваться любой из миниатюрных генераторов, выпускаемых промышленностью [5, 6]. Наиболее целесообразно использовать миниатюрный генератор [5], обладающий малыми габаритами (размером в 50 центовую монетку) и способный вырабатывать высокую мощность. Несколько таких генераторов, объединенных в батарею, способны обеспечить электроэнергией практически любой объект [5].

В качестве генератора пьезоэлектрического также может использоваться любой из промышленно производимых, например [7].

Магнитные муфты могут применяться любые (соответствующих размеров), производимые отечественной или зарубежной промышленностью, например [8].

Работа энергоустановки осуществляется следующим образом. Энергоустановка монтируется на наклонной крыше объекта энергообеспечения. При стекании дождевой воды по крыше заполняется концентратор 3 дождевой воды или снега. Дождевая вода по желобам попадает на лопасти турбины 4. Под воздействием потоков воды лопасти турбины 4 начинают вращаться, приводя в движение вал 5 турбины. Благодаря автономному монтажу каждый отдельный блок лопастей турбины 4 может вращаться даже при слабом потоке дождевой воды. При усилении потока воды во вращение вовлекаются все больше блоков лопастей турбины 4 и увеличивается скорость вращения вала 5 турбины 4. Одновременно с потоками дождевой воды на лопасти турбины 4 воздействуют воздушные потоки - ветер через каналы концентратора ветра 6, усиливая вращение вала 5 турбины 4. Вращение вала 5 турбины 4 через магнитные муфты 9 синхронно передается на вал генератора постоянного тока 1, на выходе которого возникает напряжение.

В то же время заполнение концентратора 3 дождевой воды или снега приводит к усилению давления на рабочий элемент генератора пьезоэлектрического 8, расположенного под концентратором 3 дождевой воды или снега. Под воздействием силы тяжести воды рабочий элемент генератора пьезоэлектрического 8 деформируется, вырабатывая электрическое напряжение. Чем сильнее давление, тем больше деформация, тем больше напряжение на выходе.

Аналогичный процесс происходит при заполнении концентратора 3 дождевой воды или снега снегом, - под его тяжестью деформируется рабочий элемент генератора пьезоэлектрического 8, вырабатывая электрическое напряжение. а при таянии снега талая вода попадает на лопасти турбины 4, вращая их.

Напряжения, вырабатываемые генератором постоянного тока 1 и генератором пьезоэлектрическим 8, складываются, образуя выходное напряжение энергоустановки.

Для автономного обеспечения удаленного объекта, достаточно смонтировать на крыше несколько энергоустановок, например, так как показано на Фиг. 3. При этом смонтированные энергоустановки образуют многоуровневый каскад, по которому стекающая дождевая или талая снеговая вода отдает энергию на каждом уровне, вырабатывая электричество. Благодаря модульному принципу конструкции энергоустановки имеется возможность последовательно соединять несколько энергоустановок (Фиг. 4) таким образом, что вращение валов турбин каждой энергоустановки через магнитные муфты синхронно передается на вал одного генератора постоянного тока, увеличивая скорость его вращения и соответственно выходное напряжение. Комбинируя варианты (Фиг. 3, Фиг. 4) размещения, можно легко соединять несколько энергоустановок в батареи, компактно используя поверхности крыши, добиваясь необходимых выходных электрических характеристик для объекта энергообеспечения.

Следует отметить, что использование предложенной энергоустановки возможно и в том случае, если на крыше уже смонтированы солнечные батареи. При этом предложенная энергоустановка может служить эффективным дополнением к солнечным батареям, снабжая электроэнергией объект, когда солнечные батареи оказываются бесполезны.

Использованные источники

1. Способ получения энергии из дождя. - Режим доступа: http://aenergy.ru/152 свободный.

2. Солнечные батареи научили собирать энергию из дождя. - Режим доступа: https://www.gismeteo.ru/news/sobytiya/18792-solnechnye-batarei-nauchili-sobirat-yenergiyu-dozhdya/ свободный.

3. 1020150139737, RAIN GENERATOR, KR 14.12.2015 H02N 2/18, KIM, KYUNG JUNNEKIM. - Режим доступа: http://www.wipo.int/patentscope/search/ru/search.jsf свободный.

4. 1020150095345, ALL-WEATHER GENERATOR USING NATURE ENERGY, KR 21.08.2015, H02N 2/18, LEE, JIN YONGLEE, JIN YONG.-Режим доступа: http://www.wipo.int/patentscope/search/ru/search.jsf свободный.

5. Миниатюрный генератор. - Режим доступа: http://www.mobiledevice.ru/miniatiurnaia-turbina.aspx свободный 6. Миниатюрные генераторы. - Режим доступа: https://ru.a1iexpress.com/popular/miniature-dc-generator.html свободный.

7. Генераторы пьезоэлектрические. - Режим доступа: https://ru.aliexpress.com/w/wholesale-piezoelectric-power-generator.htm свободный.

8. Магнитные муфты. - Режим доступа: http://automatika.ru/magnitm_rus.html свободный.

Энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра, характеризующаяся тем, что содержит миниатюрный генератор постоянного тока, каркас, на котором установлены желобчатый концентратор дождевой воды или снега с желобами, турбина с несколькими блоками ковшовых лопастей на валу, где каждый блок может автономно вращаться по часовой стрелке, вращая при этом вал, причем турбина устанавливается так, чтобы каждый блок лопастей располагался точно под соответствующим желобом концентратора дождевой воды или снега, концентратор ветра с установленными во входной части вертикальными перегородками, которые образуют каналы прохождения воздуха, количество которых совпадает с количеством блоков лопастей турбины, при этом каждый канал направляет воздух на свой блок лопастей, а также генератор пьезоэлектрический, установленный под концентратором дождевой воды или снега, причем концентратор ветра монтируется таким образом, что закрывает сверху установленную на каркасе турбину, оставляя пространство для прохождения воздуха и создавая сужение для усиления его напора, а вал турбины и вал генератора соединяются посредством магнитных муфт.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к транспортным средствам. Транспортное средство содержит раму с седлом, переднее и заднее колеса, два шатуна с педалями и тормоз.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к малотоннажным судам. Предложено моторное судно, которое содержит корпус, каюту, силовую установку, соединенную через муфту сцепления и редуктор с движителем, внутренний пост управления.

Тепловоз // 2649844
Тепловоз содержит раму с тележками и подвесками, кузов, силовую установку, соединенную с движителями, двухмашинный агрегат, мотор-компрессор, механизмы управления. В качестве движителей использованы два развернутых относительно друг друга на 180 градусов, вибродвижителя, которые через разобщительные муфты соединены с передним и задним концами вала двигателя, одинаковыми по конструкции.

Изобретение относится к транспортному средству с механическими опорами для перемещения транспортного средства. Транспортное средство содержит опоры, предназначенные для контакта с поверхностью перемещения, звенья, обеспечивающие шарнирное соединение опор, два электродвигателя и электромагниты.

Изобретение относится к транспортным средствам с инерционным двигателем. Транспортное средство содержит платформу с колёсами, имеющими возможность свободного вращения, на которой смонтирован инерционный привод с двигателем.

Декоративное или занимательное изделие - вращающийся механизм - включает в себя множество концентрических вращательных звеньев, имеющих разные размеры и способных вращаться вокруг единого центра вращения, несколько связующих звеньев, имеющих равный вес для приведения их в движение, а также по меньшей мере одно соединительное звено для шарнирного соединения вращаемых звеньев со связующими звеньями.

Летательный аппарат с силовой установкой для перемещения в воздушном пространстве содержит закрытый, обтекаемый фюзеляж, оснащенный несущим крылом, хвостовым оперением и взлетно-посадочным устройством.

Группа изобретений относится к транспортным средствам, а именно к движителям. Движитель содержит платформу, взаимодействующую с опорной поверхностью, расположенную на ней раму, в раме установлен вал с колесом, рычагом его поворота и наружным валом, связанным с грузами и приводом вращения.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано при разработке устройств для автономного эндоскопического зондирования желудочно-кишечного тракта.

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано при создании оборудования для автономного эндоскопического зондирования желудочно-кишечного тракта.

Изобретение относится к области ветроэнергетики. Аэроэнергостат наземно-генераторный содержит в составе воздухоплавательного модуля выполненные за одно целое аэростатную оболочку, крепежное базовое кольцо, прижатое к днищу оболочки меридианными лентами, опорную раму в плоскости, перпендикулярной ветру, к горизонтальной перекладине которой подвешена гондола с радиально-лопастной турбиной, ось вращения которой совпадает с направлением ветра, гибкий вал, привязные тросы, силовой блок из мультипликатора и генератора, свободно раскачивающийся внутри вертикальных стоек, причальную тумбу с расположенной на ней поворотной платформой с двумя соосными лебедками.

Изобретение относится к устройству для рекуперации кинетической энергии торможения высокоскоростных железнодорожных составов. Энергетическая установка на воздушном потоке содержит полый цилиндрический корпус, снабженный входным и выходным воздушными каналами и направляющими ребрами для закручивания воздушного потока, внутри которого размещен шнековый ротор, механически связанный с электрическим генератором, при этом в нее введен второй электрический генератор, причем торцы электрических генераторов жестко присоединены к торцам полого электрического корпуса, а оси их роторов соединены с осью шнекового ротора, входной и выходной воздушные каналы выполнены в виде отверстий в полом электрическом корпусе и накрыты снаружи подвижно закрепленными к верхней части корпуса секторами с магнитными защелками, бесконтактно взаимодействующими с дистанционно управляемыми электромагнитными деблокираторами.

Изобретение относится к устройствам автономного энергоснабжения маломощных потребителей. Устройство автономного энергоснабжения с модулем светового ограждения, содержащее, по меньшей мере, две солнечные панели из монокристаллических или поликристаллических фотогальванических модулей, ветрогенератор, по меньшей мере, одну аккумуляторную батарею, блок управления и контроля, состоящий из контроллера заряда аккумуляторной батареи с функцией отслеживания точки максимальной мощности и контроллера заряда аккумуляторной батареи широтно-импульсной модуляции и/или гибридного контроллера заряда аккумуляторной батареи, совмещающего функции контроллера заряда аккумуляторной батареи с функцией отслеживания точки максимальной мощности и контроллера заряда аккумуляторной батареи широтно-импульсной модуляции и позволяющего одновременно использовать ветрогенератор и фотогальванические модули, климатический модуль, исполнительный модуль светового ограждения, включающий модуль автоматики включения/отключения с возможностью подключения контроллера управления по GSM каналам и выносные сдвоенные заградительные огни.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Сегментный ветроэлектрогенератор содержит трубостойку, сегментный статор и сегментный ротор в виде ветроколеса с лопастями, вращающееся основание.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Ротор сегментного ветроэлектрогенератора содержит ступицу, лопасти, ферромагнитные элементы, установленные на дугах, уголки крепления к ступице лопастей.

Изобретение относится к ветроэнергетике. Парусная ветроустановка имеет подвижную мачту, пластинчатый рабочий парус с переменной парусностью, а также устройство вторичного преобразования энергии.

Изобретение относится к области водоснабжения населения, а также очистки технологических вод предприятий, сточных вод и может быть использовано в пищевой промышленности.

Изобретение относится к системе и способу преобразования воздушного потока от воздушного летательного аппарата в электрическую энергию. Система для выработки энергии из воздушного потока, образованного воздушным летательным аппаратом, содержащая: одну или большее количество ветровых турбин (100), выполненных с возможностью выработки электрической энергии путем захвата воздушного потока, образованного воздушным летательным аппаратом, причем каждая ветровая турбина из одной или большего количества ветровых турбин (100) содержит: ротор (302), установленный с возможностью вращения вокруг оси (305); множество лопастей (304), которые соединены с ротором (302); и контроллер (216), выполненный с возможностью: получения индикаторного сигнала том, что воздушный летательный аппарат готовится к взлету или готовится к посадке; и регулировки одного или большего количества параметров указанных одной или большего количества ветровых турбин на основе индикаторного сигнала о том, что воздушный летательный аппарат готовится к взлету или готовится к посадке; а система дополнительно содержит кожух (308), выполненный с возможностью отклонять нежелательный воздушный поток (406, 506) и/или направлять воздушный поток (404, 504), образованный воздушным летательным аппаратом, для приложения дополнительного усилия к ротору (302); причем регулировка одного или большего количества параметров одной или большего количества ветровых турбин (100) включает регулировку положения кожуха (308).

Изобретение относится к области ветро-гидро-энергетики. Модуль выработки электроэнергии, включающий ось, на которой установлены вращающиеся втулки с прикрепленным к ним ветровым колесом, ротор и статор электрогенератора, дополнительно снабжен гидроколесом, на наружной цилиндрической поверхности которого закреплены лопасти, ось выполнена полой, статор электрогенератора герметично закреплен на оси, вращающиеся втулки установлены на оси по обе стороны от статора, на втулках закреплены охватывающий статор герметичный ротор и охватывающее ротор гидроколесо, на втулке, расположенной с противоположной от гидроколеса стороны оси, закреплено ветроколесо с лопастями, причем гидроколесо и ветроколесо установлены с возможностью демонтажа.

Изобретение относится к области нетрадиционной энергетики. Турбогенератор, устанавливаемый на крыше дома или котельных трубах, состоит из двух турбин, смонтированных на едином вертикальном валу, который закреплен в подшипниках, установленных на перекладинах основания, на внутренней части которого установлена вытяжная труба, в которую помещена турбина, работающая от естественной тяги вертикальным потоком воздуха и имеющая лопасти, установленные под углом 45° относительно оси вала и заключенные в цилиндрический корпус, при этом вертикальный поток воздуха, проходя через турбину, работающую от естественной тяги, входит в турбину, работающую от ветра и представляющую собой цилиндр с закрытым верхом, имеющий боковые окна для выхода воздуха и лопасти, установленные за этими окнами, при этом вертикальный поток воздуха дополнительно надавливает на лопасти турбины, работающей от ветра, причем отбор мощности от вала осуществляется посредством ременной передачи на генератор.

Изобретение относится к гидроэлектростанции для арктических широт. Гидроэлектростанция содержит охладитель-радиатор 1 с хладагентом 2, сообщающийся с испарителем-радиатором 3 трубопроводами 4 и 5.

Изобретение относится к альтернативной энергетике. Энергоустановка для преобразования энергии дождя или снега и ветра содержит миниатюрный генератор постоянного тока, каркас, на котором установлены желобчатый концентратор дождевой воды или снега с желобами, турбина с несколькими блоками ковшовых лопастей на валу, где каждый блок может автономно вращаться по часовой стрелке, вращая при этом вал, причем турбина устанавливается так, чтобы каждый блок лопастей располагался точно под соответствующим желобом концентратора дождевой воды или снега, концентратор ветра с установленными во входной части вертикальными перегородки, которые образуют каналы прохождения воздуха, количество которых совпадает с количеством блоков лопастей турбины, при этом каждый канал направляет воздух на свой блок лопастей, а также генератор пьезоэлектрический, установленный под концентратором дождевой воды или снега, причем концентратор ветра монтируется таким образом, что закрывает сверху установленную на каркасе турбину, оставляя пространство для прохождения воздуха и создавая сужение для усиления его напора, а вал турбины и вал генератора соединяются посредством магнитных муфт. Изобретение направлено на повышение эффективности энергоустановки за счет комплексного преобразования в электричество энергии дождя или снега и ветра и повышение ее компактности. 4 ил.

Наверх