ВЕТРОВОЙ ТЕПЛОГЕНЕРАТОР Российский патент 2016 года по МПК F03D9/00 F24J3/00 

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для обеспечения горячего водоснабжения и отопления зданий и сооружений, размещенных в местностях, где отсутствует централизованное теплоснабжение и ограничено электроснабжение, например в местах расположения небольших военных городков, погранзастав и т.п.

Известна тепловая ветроустановка для получения горячей воды (а.с. СССР №1216418, бюллетень №9, 1986 г.), содержащая ветроколесо, установленное на вертикальном валу, бак с водой, размещенные в баке две крыльчатки и два электрогенератора с герметичными корпусами.

Такое устройство недостаточно эффективно для обеспечения горячего водоснабжения.

Известна тепловая ветроустановка для получения горячей воды (патент Германии №723048, опубликованный в 1942 г.) - ближайший аналог, содержащая ветродвигатель с вертикальным валом, на нижнем конце которого закреплена крыльчатка, размещенная в баке с водой.

Такая ветроустановка также недостаточно эффективна для обеспечения потребителей горячей водой.

Целью предлагаемого ветрового теплогенератора является повышение эффективности горячего водоснабжения за счет создания более совершенного теплогенератора, использующего современный роторный ветродвигатель с вертикальным валом, приводящий в движение конструкцию с большой площадью поверхностей, контактирующих с водой при вращении этих поверхностей, размещенных в баке.

Поставленная цель достигается за счет того, что в ветровом теплогенераторе, содержащем ветродвигатель с вертикальным валом и бак с водой, оснащенным патрубком для подвода воды, в качестве ветродвигателя используется размещенный на крыше здания роторный ветродвигатель с вертикальным валом, например, по патенту РФ №2210000, при этом вал ветродвигателя связан механически с ведущей конической шестерней редуктора, установленного также на крыше здания, а далее свободно проходит через ведомую коническую шестерню и полый выходной вал редуктора, прикрепленный к ведомой шестерне соосно с валом ветродвигателя, коническая зубчатая передача редуктора обеспечивает вращение его выходного вала и вала ветродвигателя в противоположных направлениях, причем выходной вал редуктора прикреплен к крышке, крепящейся к цилиндрическому баку с водой, размещенному соосно с валом ветродвигателя, а вал ветродвигателя погружен в этот бак, на валу ветродвигателя соосно с валом параллельно друг другу закреплены кольцеобразные пластины, между внешними краями пластин и внутренней поверхностью бака образован зазор для прохода воды, а диаметр отверстий этих пластин равен диаметру вала ветродвигателя, к внутренней поверхности бака прикреплены также размещенные параллельно друг другу другие кольцеобразные пластины, диаметр этих пластин равен внутреннему диаметру бака, а диаметр отверстий выбран таким, чтобы между краями отверстий и поверхностью вала ветродвигателя образовался зазор для прохода воды, причем эти пластины размещены между кольцеобразными пластинами, закрепленными на валу ветродвигателя так, чтобы между этими пластинами и пластинами, прикрепленными к внутренней поверхности бака, оставался минимально возможный зазор для прохода воды; на поверхностях круглых пластин выполнен накат в форме сетки, бак с водой размещен соосно в цилиндрическом теплоизолированном корпусе с зазором от его внутренней поверхности; через дно корпуса и дно бака проходит закрепленный в дне корпуса патрубок с заглушенными верхним и нижним торцами, к патрубку присоединена труба для подвода воды; патрубок снабжен отверстием для прохода воды в бак, на этом патрубке закреплена муфта, в которой вращается нижний конец вала ветродвигателя, а для вывода нагретой воды из теплогенератора в верхней части стенки бака вблизи крышки выполнены отверстия, а вблизи дна корпуса в его боковой поверхности закреплен сливной патрубок для вывода воды из теплогенератора.

Такая конструкция ветрового теплогенератора позволяет осуществлять более эффективное нагревание воды за счет большой суммарной поверхности вращающихся в воде кольцеобразных пластин, расположенных параллельно друг другу на минимально возможном расстоянии друг от друга, причем пластины, закрепленные на валу ветродвигателя и пластины, закрепленные на внутренней поверхности цилиндрического бака вращаются (вместе с баком) в противоположные стороны, кроме того, нанесенный на поверхность пластин накат в форме сетки также способствует увеличению трения воды о поверхности пластин, способствуя более интенсивному нагреванию воды, протекающей между вращающихся пластин, а использование более совершенного роторного ветродвигателя с вертикальным валом по патенту РФ №221000 (патентообладатель Секерин А.П., автор Туркин К.Н.), который, как следует из описания патента, не требует установки ветродвигателя на высокой мачте, не нуждается в пропеллере больших размеров и обеспечивает более равномерную работу ветродвигателя независимо от силы и направления движения ветра.

Интенсивность нагрева жидкости в таком теплогенераторе прямо пропорциональна силе, требуемой для равномерного движения пластины для преодоления трения в жидкости, величину которой можно определить по формуле

$$F=\mu \cdot S\cdot \upsilon /\delta ,H\left(\text{1}\right)$$

где F - сила, требуемая для равномерного движения пластины в жидкости, Н;

µ - коэффициент динамической вязкости жидкости, Н·с/м²;

S - площадь поверхности пластины, м²;

υ - скорость движения пластины, м/с;

δ - толщина слоя жидкости между подвижной и неподвижной пластинами, м.

Формула (1) получена на основе зависимости, установленной И.Ньютоном для вязкого течения жидкости (БСЭ, т. 5, стр. 604, М., Советская энциклопедия, 1971).

В случае движения пластин в противоположных направлениях (с одинаковыми скоростями) их суммарная скорость удваивается, т.е. удваивается и величина F, а следовательно, удваивается и интенсивность прогрева воды, протекающей между пластинами.

Анализ аналогов показал, что заявляемое техническое решение является новым. Новизна решения заключается в том, что для нагрева жидкости используются вращающиеся в ней горизонтально расположенные, размещенные параллельно друг к другу кольцеобразные пластины. Причем пластины, закрепленные на валу ветродвигателя и закрепленные на внутренней поверхности цилиндрического бака вращаются (вместе с баком) в противоположных направлениях. На поверхностях пластин, установленных на минимально возможном для прохода воды расстоянии друг от друга, нанесен накат в форме сетки. Для вращения пластин используется более совершенный роторный ветродвигатель с вертикальным валом.

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих положительный эффект и обладает признаками соответствия критерию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлен предлагаемый ветровой теплогенератор, на фиг. 2 - форма наката, выполненного на поверхностях горизонтально установленных кольцеобразных пластин. Ветровой теплогенератор содержит роторный ветродвигатель 1 с вертикальным валом 2, редуктор 3 с конической зубчатой передачей, содержащей ведущую коническую шестерню 4, закрепленную на валу 2, ведомую коническую шестерню 5 и коническую шестерню 6 для обеспечения вращения шестерен 4 и 5 в противоположных направлениях. (Шестерня 6 в предмет изобретения не входит и в формуле не представлена). Ветродвигатель 1 и редуктор 3 установлены на крыше 7 здания. Вал 2 проходит через ведомую шестерню 5 и выходной полый вал 8, прикрепленный к шестерне 5; к валу 8 прикреплена крышка 9 цилиндрического бака 10. Вал 2 погружен в бак 10. К валу 2 прикреплены кольцеобразные пластины 11, расположенные параллельно друг другу, между внешними краями кольцеобразных пластин 11 и внутренней поверхностью бака 10 образован зазор 12 для прохода воды. К внутренней поверхности бака 10 прикреплены также параллельно друг другу другие кольцеобразные пластины 13, размещенные между пластин 11 на минимально возможном для прохода воды расстоянии, между краями отверстий пластин 13 и валом 2 также образован зазор 14 для прохода воды. Бак 10 размещен соосно в цилиндрическом теплоизолированном корпусе 15 с зазором 16 для прохода воды от его внутренней поверхности. В дне 17 корпуса 15 закреплен патрубок 18 с заглушенными верхним и нижним торцами. Патрубок 18 снабжен отверстием 19 для прохода воды в бак 10. Патрубок 18 проходит через дно 20 бака 10 через сальник 21. К верхней части патрубка 18 прикреплена муфта 22, снабженная сальником 23, через который проходит нижний конец вала 2. Сальник 24 размещен в крышке 9 бака 10 и предназначен для прохода через крышку вала 2. Подшипник скольжения 25 обеспечивает вращение вала 8 в крышке 26 корпуса 15. Отверстия 27 предназначены для выхода нагретой воды из бака 10, а патрубок 28 - для вывода воды из корпуса 16 к потребителю. Крепежные элементы 29 служат для крепления ветродвигателя 1 на крыше 7 здания. Труба 30 предназначена для подвода воды в патрубок 18. Позиции 21, 23, 24, 25 и 29 в предмет изобретения не входят и в формуле не представлены.

Ветровой теплогенератор работает следующим образом. Под действием ветра начинает вращаться ротор ветродвигателя 1 (устройство роторного ветродвигателя представлено в описании патента №2210000). Вместе с ротором вращается и вертикальный вал 2 ветродвигателя 1 и закрепленная на этом валу коническая шестерня 4 редуктора 3 и закрепленные на валу 2 кольцеобразные пластины 11. Через коническую шестерню 6 редуктора 3 вращение в сторону противоположную вращению вала 2 передается конической шестерне 5, которая передает вращение прикрепленному к ней выходному валу 8 редуктора 3, а так как вал 8 скреплен с крышкой 9 бака 10, то последний также вращается вместе с прикрепленными к его внутренней поверхности пластинами 13. Так как передаточное число конической передачи редуктора 3 равно единице (шестерня 4, 5, 6 идентичны), то вал 2, вал 8 и бак 10 вращаются с одинаковым числом оборотов в секунду, но вал 8 (и бак 10) вращаются в противоположные стороны относительно вала 2, также с одной скоростью, но в противоположных направлениях вращаются и кольцеобразные пластины 11 и 13. Поступающая в бак 10 через патрубок 18 и отверстие 19 вода протекает через зазоры 12 и 14 в зазоры между вращающихся в противоположных направлениях пластин 11 и 13 (направление движения воды показано стрелками на фиг. 1). Так как расстояния между пластинами 11 и 13 выбраны минимально возможными для прохода воды, то протекающая между пластин вода быстро и интенсивно нагревается, чему способствует достаточно большая суммарная площадь пластин, а также нанесенный на пластины накат в форме сетки, увеличивающий трение. Если скорость ветра увеличивается, то увеличивается и число оборотов ротора ветродвигателя 1 и вращающихся в противоположных направлениях кольцеобразных пластин 11 и 13, при этом их скорости суммируются, увеличивается в соответствии с формулой (1) и сила, требуемая для обеспечения равномерного движения пластин 11 и 13 в воде, пропорционально увеличивается интенсивность нагрева воды. Нагретая вода поступает через отверстия 27 в пространство между баком 10 и корпусом 15 и через сливной патрубок 28 поступает к потребителю.

Таким образом, предлагаемый ветровой теплогенератор обеспечивает эффективный нагрев воды, которая может быть использована либо для горячего водоснабжения, либо отопления зданий и сооружений. При этом не требуется потребления электроэнергии, т.к. используется сила ветра, причем в качестве ветродвигателя используется более совершенная конструкция, не требующая сооружения высокой мачты и весьма габаритных пропеллеров.

Предлагаемый ветровой теплогенератор является промышленно применимым, т.к. не содержит элементов, которые не могли бы быть изготовлены, а используемый ветродвигатель по патенту РФ №2210000 изготавливается, что следует из интервью автора патента К.Туркина, приведенному в статье в газете «Санкт-Петербургские ведомости» от 03.12.2012 г. «Электричество из молекулы».

Изобретение относится к области теплоэнергетики. Ветровой теплогенератор содержит роторный ветродвигатель с вертикальным валом, передающий вращательное движение через редуктор с конической зубчатой передачей баку с водой, к внутренней поверхности которого прикреплены горизонтально расположенные кольцеобразные пластины, вращающиеся между других кольцеобразных пластин, закрепленных на валу ветродвигателя, причем последние вращаются с той же скоростью, но в противоположном направлении. Зазор между вращающимися в противоположных направлениях пластинами выбран минимально возможным для прохода воды, а на всех пластинах нанесен накат в форме сетки. Интенсивное нагревание воды осуществляется за счет трения. Нагретая в баке вода поступает в неподвижный корпус, в котором размещен вращающийся бак и вращающийся в этом баке вал ветродвигателя, а из корпуса нагретая вода поступает к потребителю. Технический результат заключается в эффективном нагреве воды за счет энергии ветра. 1 ил.

Ветровой теплогенератор, содержащий ветродвигатель с вертикальным валом и бак с водой, оснащенный патрубком для подвода воды, отличающийся тем, что в качестве ветродвигателя используется размещенный на крыше здания роторный ветродвигатель с вертикальным валом, при этом вал ветродвигателя связан механически с ведущей конической шестерней редуктора, установленного также на крыше здания, а далее свободно проходит через ведомую коническую шестерню и полый выходной вал редуктора, прикрепленный к ведомой шестерне соосно с валом ветродвигателя, коническая зубчатая передача редуктора обеспечивает вращение его выходного вала и вала ветродвигателя в противоположных направлениях, причем выходной вал редуктора прикреплен к крышке цилиндрического бака с водой, размещенного соосно с валом ветродвигателя, а вал ветродвигателя погружен в этот бак, на валу ветродвигателя соосно с валом параллельно друг другу закреплены кольцеобразные пластины, между внешними краями пластин и внутренней поверхностью бака образован зазор для прохода воды, а диаметр отверстий этих пластин равен диаметру вала ветродвигателя, к внутренней поверхности бака прикреплены также размещенные параллельно друг другу другие кольцеобразные пластины, а диаметр отверстий выбран таким, чтобы между краями отверстий и поверхностью вала ветродвигателя образовался зазор для прохода воды, причем эти пластины размещены между кольцеобразных пластин, закрепленных на валу ветродвигателя так, чтобы между этими пластинами и пластинами, прикрепленными к внутренней поверхности бака, оставался минимально возможный зазор для прохода воды; на поверхностях кольцеобразных пластин выполнен накат в форме сетки, бак с водой размещен соосно в цилиндрическом теплоизолированном корпусе с зазором от его внутренней поверхности; через дно корпуса и дно бака проходит закрепленный в дне корпуса патрубок с заглушенными верхним и нижним торцами, к патрубку присоединена труба для подвода воды, патрубок снабжен отверстием для прохода воды в бак, на этом патрубке закреплена муфта, в которой вращается нижний конец вала ветродвигателя, а для вывода нагретой воды из теплогенератора в верхней части стенки бака вблизи крышки выполнены отверстия, а вблизи дна корпуса в его боковой поверхности закреплен сливной патрубок для вывода воды из теплогенератора.