АВТОНОМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ЖИЛОГО ИЛИ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗДАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F03D9/00 F24D3/00 

Изобретение относится к нетрадиционным устройствам для отопления жилых или производственных зданий и может быть использовано для получения экологически чистого топлива - водорода.

Известно устройство для отопления жилых или производственных зданий, включающее ветродвигатель с горизонтальной осью, генератор электрической энергии, объединенный с ветродвигателем в один агрегат, механизм для установки ветродвигателя на ветер, башню, на которой смонтирован ветродвигатель, обеспечивающую беспрепятственный поворот последнего на ветер вокруг вертикальной оси, электрический водонагреватель с аккумулятором тепла в виде теплоизолированной емкости для нагретой воды. Известен также электролизный вариант устройства, в котором нагрев теплоносителя системы отопления осуществлен за счет сгорания водорода, получаемого путем использования электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектрогенератором.

Недостатками указанного устройства являются: затраты на сооружение высокой башни, особенно большие в пределах городских территорий, где ветер из-за наличия домов, деревьев и других препятствий теряет свою скорость, переходя из прямолинейного движения в беспорядочное, сложность и трудоемкость в изготовлении механизма, обеспечивающего поворот ветроколеса на ветер [1].

Известен и другой ветроэлектрический агрегат, который мог бы быть использован в устройстве для отопления, также содержащий ветродвигатель, электрогенератор и башню, но способный работать при любой направленности ветра. Это обладающий большим крутящим моментом ветроэлектрогенератор барабанного типа с вертикальной осью вращения. Недостатками такого ветроэлектрогенератора являются: также необходимость в сооружении башни, низкий коэффициент полезного действия ввиду тихоходности его ветроколеса и обусловленных последним потерь мощности в трансмиссии и редукторе [2].

Наиболее близким к заявленному устройству является автономное устройство, содержащее ветроэлектрогенератор с вертикальной осью вращения, электрический водонагреватель и аккумулятор тепла, в котором ветроколесо установлено на крыше здания, а электрогенератор, ротор которого закреплен на одном валу с ветроколесом, установлен в верхнем помещении здания под его перекрытием.

Недостатком такого конструктивного решения устройства является чрезмерно большой вес и металлоемкость электрогенератора, обусловленный тихоходностью ветроколеса с вертикальной осью вращения. Чтобы получить ЭДС от генератора, ротор которого имеет общий вал с ветроколесом, достаточную для целей изобретения, необходимо, чтобы и ротор, и статор генератора имели большое количество полюсов, что и определяет его размеры и вес [3].

Целью настоящего изобретения является создание автономного экологически чистого устройства для отопления зданий на застроенной территории города за счет использования энергии ветра при экономичной конструкции ветроэлектрогенератора.

Указанная цель достигается тем, что ветроколесо выполнено совместно с генератором и установлено на чердачном перекрытии высокого жилого или производственного здания, при этом генератор выполнен в виде магнитов, установленных в ободе ветроколеса с шагом, превышающим толщину сечения магнитопроводов, размещенных по окружности ветроколеса.

Защита людей, находящихся в здании, от вредного воздействия вибрации и шума, возникающих при вращении ветроколеса, обеспечивается постановкой платформы основания ветроэлектрогенератора на виброизоляторы, свободным вращением ветроколеса и его малым весом. Такое выполнение устройства обеспечивает возможность использования ветрового источника энергии для отопления жилого или производственного здания без нанесения вреда людям, в них находящихся.

На фиг. 1 изображен продольный разрез ветроэлектрической части устройства. На усиленном чердачном перекрытии высокого (9-12 и выше этажей) здания 1 на виброизоляторах 2 установлена платформа ветроэлектрогенератора 3 с неподвижной осью 4 ветроколеса 5. Платформа прикреплена к чердачному перекрытию анкерными болтами 6. Ветроколесо 5 имеет два круговых обода - верхний 6 и нижний 7 со ступицами - верхней 8 и нижней 9. Верхний 6 и нижний обод 7 соединены между собой стойками 10 и ветровыми лопастями 11. На неподвижной оси 4 ветроколесо установлено на двух подшипниках: упорном 12 в верхней ступице 8 и радиальном 13 в нижней ступице 9. В результате ветроколесу обеспечена возможность свободного вращения под воздействием ветра. Детали ветроколеса изготовлены из алюминиевого сплава, ветровые лопасти - из композитных материалов. В нижнем ободе колеса 7 установлены магниты - индукторы генератора 14. Все магниты одним своим полюсом направлены на ось вращения ветроколеса. Якорь генератора выполнен в виде совокупности отдельно установленных по радиусам ветроколеса разомкнутых магнитопроводов 15 с катушками проводов 16. При вращении ветроколеса под воздействием ветра магниты-индукторы 14 поочередно проходят через зазор 17 каждого магнитопровода 15 и наводят в обмотке якоря (катушках 16) электродвижущую силу пульсирующего постоянного тока. Такое устройство генератора обеспечивает получение большой ЭДС при малых оборотах ветроколеса. От осадков (дождя и снега) ветроколесо защищено кровлей 18 на стойках 19.

На фиг. 2 изображен поперечный разрез ветроэлектрической части устройства по сечению А-А.

На фиг. 3 и фиг. 4 изображен фрагмент узла генератора, где 15 - магнитопровод, 16 - катушка обмотки якоря, 17 - зазор в магнитопроводе, 14 - магнит-индуктор, 7 - обод ветроколеса.

Обмотки катушек 16 якоря одним концом присоединены к заземленному электроду минусовой обкладки конденсатора большой емкости, вторым концом - к положительной обкладке того же конденсатора через полупроводниковый диод в прямом направлении. Подключение электрической нагрузки - электрического нагревателя или электролизной установки произведено двумя проводами от обкладок конденсатора. Такое решение по подключению электронагревателя или электролизной установки обеспечивает надежность работы последних, несмотря на непостоянство тока по амплитуде и частоте пульсации, вызванное изменениями скорости и энергии ветра. Водонагреватель устройства для нагрева теплоносителя системы отопления здания применен типовой электродный [5] и установлен в подвале здания. Там же установлена электролизная установка для получения водорода, которая подключается в летнее время, когда система отопления не работает. Водород может быть использован в качестве запаса топлива на зимнее время или в качестве топлива для автомобильных двигателей коммунального транспорта. Возможность такого его использования была проверена еще в 1979 году [4].

Изобретение обеспечивает экономию топлива, используемого на отопление при эксплуатации домов в городских условиях, и улучшает экологическую обстановку.

Источники информации
1. Большая Советская Энциклопедия, т. 7.

2. Журнал "Моделист конструктор" N 9, 1974 г.

3. Патент ГР 2288234 A1 Г 03 1 9/00.

4. Мавенков. "Водород вытесняет бензин", Наука и техника N 9.

5. Михальчук. "Спутник сельского электрика". Справочник. М., 1989.

Изобретение относится к нетрадиционным устройствам для отопления жилых или производственных зданий. Безредукторный ветроэлектрогенератор с вертикальной осью вращения установлен на чердачном перекрытии высокого жилого дома или производственного здания, а электрический водонагреватель и аккумулятор тепла установлены в подвальном помещении этого же здания. Защита людей, находящихся в здании, от вредного воздействия вибрации и шума, возникающих при вращении ветроколеса, обеспечивается постановкой платформы основания ветроэлектрогенератора на пружинные виброизоляторы, свободным вращением ветроколеса и его малым весом. Техническим результатом является экономия топлива за счет использования для нагрева теплоносителя системы отопления здания энергии ветра. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Автономное устройство для отопления жилого или производственного здания, содержащее безредукторный ветрогенератор с вертикальной осью вращения, электрический водонагреватель и аккумулятор тепла, отличающееся тем, что ветроколесо выполнено совместно с генератором и установлено на чердачном перекрытии высокого жилого или производственного здания, при этом генератор выполнен в виде магнитов, установленных в ободе ветроколеса с шагом, превышающим толщину сечения магнитопроводов, размещенных по окружности ветроколеса. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ветроэнергогенератор установлен на виброизоляторах.