ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ РЕКУПЕРАТОР (ВКР) Российский патент 2022 года по МПК B60L1/00 F16H33/02 B60L53/56 

Изобретение может быть использовано в транспорте, быту, на производстве и других областях человеческой деятельности в качестве вспомогательного источника электрической энергии.

Из уровня техники, в частности, известна система подзарядки аккумулятора транспортного средства с использованием набегающего потока воздуха, раскрытая в патенте США №5680032. Принцип работы такой системы основан на том, что в процессе движения транспортного средства набегающий поток воздуха вращает установленные на транспортном средстве турбины. В свою очередь, механическая энергия вращения через соответствующую систему преобразуется в электрическую, используемую для подзарядки штатных аккумуляторных батарей транспортного система. Дополнительно, система содержит как минимум один маховик, установленный на вертикальном валу с возможностью вращения вокруг него. В процессе движения транспортного средства вперед, часть энергии вращения через соответствующую кинематическую цепь передается маховику, который накапливает механическую энергию при вращении. В момент замедления или остановки транспортного средства соответствующим образом уменьшается поток воздуха к турбинам, уменьшая, тем самым, энергию их вращения, однако, маховик продолжает вращаться, благодаря чему соответствующая накопленная им энергия вращения также преобразуется в электрическую, используемую для зарядки упомянутых выше аккумуляторных батарей.

Недостатком известной и т.п. систем является зависимость от одного источника энергии – ветровой нагрузки, отсутствие механического накопителя, возможности использования вибраций, колебательных и т.п. движений для преобразования энергии таких движений в полезную энергию, и, как следствия низкая её эффективность.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, состоит в дальнейшем совершенствовании подобного класса устройств, при этом технический результат, достигаемый при решении такой задачи, состоит в повышении эффективности и полезности устройства в части извлечения электрической энергии посредством расширения функциональности устройства в части возможностей отбора механической энергии различного характера для последующего её преобразования.

Для достижения поставленного результата предлагается вспомогательный комбинированный рекуператор, состоящий из корпуса, в котором с возможностью вращения установлены основной вал, кинематически связанный с электрическим генератором, а также последовательно связанные с валом крыльчатка, верхняя и нижняя площадки горизонтального хода, а также площадка вертикального хода, при этом:

- крыльчатка установлена посредством обгонной муфты на верхнем конце основного вала, выступающего за корпус;

- основной вал проходит через верхнюю, нижнюю площадки горизонтального хода и площадку вертикального хода, при этом основной вал перпендикулярно ориентирован относительно перечисленных площадок;

- верхняя площадка горизонтального хода одним краем шарнирно установлена в корпусе с возможностью качения в горизонтальной плоскости относительно основного вала, и кинематически связана с шестерней, посредством обгонной муфты установленной на основном валу;

- нижняя площадка горизонтального хода одним краем шарнирно установлена в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно основного вала, и кинематически связана с шестерней, посредством обгонной муфты установленной на основном валу;

- площадка вертикального хода одним краем шарнирно с возможностью качания в вертикальной плоскости установлена в корпусе, а противоположным – связана с установленным в корпусе по меньшей мере одним первым пневмобаллоном с возможностью оказания на него сжимающего усилия;

- при этом указанный по меньшей мере один первый пневмобаллон пневматически связан с установленным в корпусе пневмодвигателем, кинематически связанным со шкивом, посредством обгонной муфты установленным на основном валу;

- на основном валу жестко установлен механический накопитель (маховик) в виде диска.

Площадка вертикального хода может быть связана с нижней площадкой горизонтального хода с возможностью преобразования качательного перемещения площадки вертикального хода в возвратно-поступательное перемещение нижней площадки горизонтального хода;

верхняя площадка горизонтального хода противоположным краем может быть связана с установленным в корпусе по меньшей мере одним вторым пневмобаллоном с возможностью оказания на него сжимающего усилия, при этом указанный пневмобаллон также пневматически связан с установленным в корпусе ресивером, накапливающим давление и передающим его на пневмодвигатель;

в котором нижняя площадка горизонтального хода противоположным краем может быть связана с установленным в корпусе по меньшей мере одним третьим пневмобаллоном с возможностью оказания на него сжимающего усилия, при этом указанный пневмобаллон также пневматически связан с установленным в корпусе пневмодвигателем;

котором крыльчатка может быть закрыта кожухом с возможностью сквозного прохождения потока воздуха;

в котором внутри каждого из пневмобаллонов в контакте с противоположными внутренними стенками может быть установлена пружина с возможностью её сжатия/разжатия.

Идеология, заложенная в основу заявленного изобретения, основана на рекуперации энергии взаимодействия масс устройства – рекуператора и объекта, на котором оно установлено – транспортного средства – наземного, водного и/или воздушного, строения и т.д., а также сил окружающей среды, таких, как набегающие потоки ветра, силы гравитации, перепады давления и т.д. в полезную энергию, а именно электрическую энергию, далее используемую как дополнительную (вспомогательную) к основному источнику электроэнергии. Простыми примерами, поясняющими характер указанного выше взаимодействия, является, например, автомобиль любого назначения, на крыше которого установлен заявленные рекуператор, или морское судно, оснащенное таким средством – очевидно, что движение автомобиля/судна естественным образом сопровождается возникновением набегающих потоков воздуха, вибрациями различного характера, поворотами влево/вправо и т.п. Возникающая в этих случаях энергия путем преобразования через систему обгонных муфт, приводов, рычагов (см. ниже) передается на вал с закрепленным на нем механическим накопителем в виде диска, и, далее, на генератор, преобразующий механическую энергию вращения в электрическую.

Конструкция заявленного рекуператора поясняется общим видом в разрезе на фиг.1, а также схематичными условными видами сверху на нижнюю площадку - фиг.2 и верхнюю - фиг.3 площадки вертикального хода.

На изображениях обозначены следующие конструктивные элементы рекуператора:

1 - основной вал;

1.1 - наружный кожух;

1.2 - внутренний кожух (корпус);

1.3, 1.4 - крепления внутреннего кожуха;

2 - крыльчатка;

2.1 – первая обгонная муфта;

2.2 - сальник внутреннего кожуха;

3 - сегмент со смещенным центром;

3.1 - вторая обгонная муфта;

4 - верхняя пластина жесткого моста;

4.1 - нижняя пластина жесткого моста;

4.2 - верхняя площадка горизонтального хода;

4.3 - нижняя площадка горизонтального хода;

4.4 - площадка вертикального хода;

4.5 - нижняя несущая площадка;

4.6 - ось горизонтального качения;

4.7 - ось вертикального качения;

4.8, 4.9 - крепежные петли;

5 - шкив привода генератора;

5.1 - опорный подшипник;

5.2 - счетчик количества оборотов;

6 - механический накопитель;

7 - пневмомотор;

7.1 - шкив пневмомотора;

7.2 - третья обгонная муфта;

8 - электрический генератор;

9 - преобразователь (выпрямитель);

10 - аккумулятор;

11 - барометрический преобразователь;

11.1 - шкив;

11.2 - четвертая обгонная муфта;

12. - ресивер с приемным коллектором;

13 - вал передачи внешних источников механической энергии;

13.1 - косая шестеренная пара;

13.2 - опора крепления вала;

13.3 - пятая обгонная муфта;

14 - опорный подшипник;

15 - зубчатые вогнутые рейки преобразования боковых колебаний (левая, правая);

15.1 - шестерни с обгонными муфтами;

16 - зубчатые прямые рейки преобразования колебаний (вперед, назад), с моментом качения относительно передней оси, подпружиненные с задней части к основному валу;

16.1 - ответные шестерни с обгонными муфтами;

16.2 - опора качения зубчатой рейки;

17 - скользящие опоры;

18, 19, 20 - пневмобаллонны с пружинами, оборудованные обратными клапанами и шлангами

19.1 - ограничитель площадки вертикального хода;

21 - ограничитель движения верхней и нижней площадок горизонтального хода по вертикали;

21.1 - опорные горизонтальные подшипники.

22, 25 - муфты привода горизонтального вала передачи внешних источников механической энергии;

23 - воздушный фильтр;

24 - жалюзи;

26 - отверстие для выходящего воздуха.

Ключевым конструктивным элементом заявленного вспомогательного комбинированного рекуператора (ВКР) является установленный с возможностью вращения вал 1 с закрепленным на нём механическим накопителем 6 в виде диска с массой (маховика), рассредоточенной по краю. В свою очередь, на вал через обгонные муфты 2.1, 3.1, 7.2, 11.2, 13.3 (для придания нужного направления вращения), систему шестерен и рычагов, обгонных муфт передаётся вращение и накапливается механическая энергия, которая, в свою очередь, передается на электрический генератор. Наличие указанного диска-накопителя 6 призвано на некоторое время обеспечить самопроизвольное вращение вала 1 за счет инерционных сил в случае отсутствия каких-либо внешних источников воздействия и, как следствие, обеспечить временную выработку электрической энергии. В свою очередь, подобное вращение обеспечивается также за счет взаимодействия вала с элементами рекуператора через обгонные муфты по инерции (подробнее см. ниже).

Вал установлен на опорных подшипниках между двух пластин 4, 4.1, жестко скрепленных между собой с образованием промежуточного пространства, в котором расположен установленный на валу шкив привода генератора 5, а также барометрический преобразователь электрической энергии 11 (используется опционально), при этом пластина 4.1 служит платформой с расположенными на ней и последовательно связанными друг с другом электрическим генератором 8 (кинематически связанным со шкивом 5), электрическим преобразователем (выпрямителем) 9, аккумулятором 10, пневмомотором 7. Концы вала выступают, соответственно, за пластины 4 и 4.1. Над пластиной 4 на валу посредством обгонной муфты 3.1 установлен сегмент 3 в виде сектора круга со смещенным центром тяжести, преобразующий и передающий на вал через обгонную муфту колебательные импульсы, естественным образом возникающие, например, при движении транспортного средства, на которое может быть установлен заявленный рекуператор.

Пластины и сегмент закрывает внутренний защитный кожух 1.2, над которым, на вал 1 через обгонную муфту 2.1 насажена крыльчатка 2, в виде, например, диска с лопастями. Крыльчатка служит для рекуперации ветра и набегающих потоков воздуха, входящих через фильтр 23, которые вращают крыльчатку и выходят через отверстие 26. Для специалиста очевидно, что указанное на фиг.1 направление воздуха носит условный характер. Примерами набегающих потоков воздуха могут являться встречные потоки воздуха, возникающие при движении транспортного средства, оснащенного заявленным рекуператором, естественные потоки воздуха в случае установки рекуператора на крыше жилого или т.п. помещения и т.д. В любом случае, основным фактором является придание вращения на маховик, передача такого вращения на вал и преобразование возникающей в этом случае механической энергии в электрическую в соответствии с общеизвестными законами физики.

Ниже пластины 4.1 расположены, соответственно, сверху вниз, верхняя площадка горизонтального хода 4.2, нижняя площадка горизонтального хода 4.3 и площадка вертикального хода 4.4, каждая из которых кинематически связана с валом 1 для преобразования соответствующих энергий во вращение вала.

Площадка вертикального хода 4.4 одним своим краем (концом) установлена на оси (шарнире) вертикального качения 4.7, выступающим, по существу, осью качения площадки вверх/вниз, а вторым краем контактирует сверху и снизу с пневмобаллонами 19 (другими словами зажата между указанными пневмобаллонами). В свою очередь, ось 4.7 и пневмобаллоны 19 установлены на нижней несущей площадке 4.5, являющейся основным несущим элементом всего рекуператора в целом. Простейшим фактором, обуславливающим функционирование такой площадки, являются колебательные движения автомобиля вверх/вниз из-за неровностей дорожного полотна. Дополнительным фактором, повышающим эффективность использования площадки вертикального хода, является масса самого рекуператора, оказывающая давление на площадку. В процессе указанных вертикальных качательных движений площадки 4.4 относительно оси 4.7, второй конец площадки оказывает попеременное сжимающее усилие на пневмобаллоны 19. Образующийся сжатый воздух по пневмолинии поступает в ресивер 12 и, далее, на пневмомотор 7, кинематически связанный со шкивом 7.1, установленным через обгонную муфту 7.2 на валу 1.

Площадка вертикального хода 4.4 связана с нижней площадкой горизонтального хода 4.3 через скользящие опоры 17, преобразующей движения вверх/вниз площадки 4.4 в движения вперед/назад площадки 4.3. Соответствующие движения площадки 4.3 передаются на закрепленные на них посредством опоры 16.2 зубчатые прямые рейки 16 с моментом, при этом площадка 4.3 установлена с возможностью продольного перемещения относительно оси 4.6, а рейки 16 находятся в кинематической связи с шестерней 16.1, посредством обгонной муфты установленной на валу 1. Дополнительно, площадка 4.3 подпружинена относительно пневмобаллонов 18, при этом принцип функционирования связки «площадка 4.3 – пневмобаллоны 18» аналогичен принципу функционирования связки «площадка 4.4 – пневмобаллоны 19», с той разницей, что площадка 4.3 совершает, как отмечено выше, поступательные движения вперед/назад, оказывая соответствующие сжимающие/разжимающие усилия на пневмобаллоны 18.

Верхняя площадка горизонтального хода 4.2 соединена одним концом с нижней площадкой горизонтального хода 4.3 посредством поворотной оси 4.6, а вторым концом опирается на скользящие опоры 21.1, преобразуя движения влево-вправо, возникающие, например, при поворотах транспортного средства в процессе движения. На площадке 4.2 закреплены зубчатые дугообразные рейки 15, находящиеся в кинематической связи с шестерней 15.1, посредством обгонной муфты установленной на валу 1. Конец площадки 4.2, противоположный связанному с осью 4.6 концу, находится в контакте с пневмобаллонами 20, при этом принцип функционирования связки «площадка 4.2 – пневмобаллоны 20» аналогичен описанному выше принципу функционирования связки «площадка 4.4 – пневмобаллоны 19».

Изобретение относится к рекуператорам. Вспомогательный комбинированный рекуператор состоит из корпуса, в котором установлены основной вал, связанный с электрогенератором, крыльчатка, верхняя и нижняя площадки горизонтального хода, а также площадка вертикального хода. Основной вал проходит через верхнюю, нижнюю площадки горизонтального хода и площадку вертикального хода. Верхняя площадка горизонтального хода установлена в корпусе с возможностью качения в горизонтальной плоскости относительно основного вала и связана с шестерней, посредством обгонной муфты. Нижняя площадка горизонтального хода установлена в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно основного вала и связана с шестерней, посредством обгонной муфты. Площадка вертикального хода одним краем шарнирно с возможностью качания в вертикальной плоскости установлена в корпусе, а противоположным – с установленным в корпусе пневмобаллоном, с возможностью оказания на него сжимающего усилия. Пневмобаллон связан с пневмодвигателем, связанным со шкивом. На основном валу установлен маховик. Повышается эффективность рекуператора. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вспомогательный комбинированный рекуператор, состоящий из корпуса, в котором с возможностью вращения установлены основной вал, кинематически связанный с электрическим генератором, а также последовательно связанные с валом крыльчатка, верхняя и нижняя площадки горизонтального хода, а также площадка вертикального хода, при этом:

- крыльчатка установлена посредством обгонной муфты на верхнем конце основного вала, выступающего за корпус;

- основной вал проходит через верхнюю, нижнюю площадки горизонтального хода и площадку вертикального хода, при этом основной вал перпендикулярно ориентирован относительно перечисленных площадок;

- верхняя площадка горизонтального хода одним краем шарнирно установлена в корпусе с возможностью качения в горизонтальной плоскости относительно основного вала, и кинематически связана с шестерней, посредством обгонной муфты установленной на основном валу;

- нижняя площадка горизонтального хода одним краем шарнирно установлена в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно основного вала, и кинематически связана с шестерней, посредством обгонной муфты установленной на основном валу;

- площадка вертикального хода одним краем шарнирно с возможностью качания в вертикальной плоскости установлена в корпусе, а противоположным – связана с установленным в корпусе по меньшей мере одним первым пневмобаллоном с возможностью оказания на него сжимающего усилия;

- при этом указанный по меньшей мере один первый пневмобаллон пневматически связан с установленным в корпусе пневмодвигателем, кинематически связанным со шкивом, посредством обгонной муфты установленным на основном валу;

- на основном валу жестко установлен механический накопитель (маховик) в виде диска.

2. Рекуператор по п.1, в котором площадка вертикального хода связана с нижней площадкой горизонтального хода с возможностью преобразования качательного перемещения площадки вертикального хода в возвратно-поступательное перемещение нижней площадки горизонтального хода.

3. Рекуператор по п.1, в котором верхняя площадка горизонтального хода противоположным краем связана с установленным в корпусе по меньшей мере одним вторым пневмобаллоном с возможностью оказания на него сжимающего усилия, при этом указанный пневмобаллон также пневматически связан с установленным в корпусе ресивером, накапливающим давление и передающим его на пневмодвигатель.

4. Рекуператор по п.1, в котором нижняя площадка горизонтального хода противоположным краем связана с установленным в корпусе по меньшей мере одним третьим пневмобаллоном с возможностью оказания на него сжимающего усилия, при этом указанный пневмобаллон также пневматически связан с установленным в корпусе пневмодвигателем.

5. Рекуператор по любому из пп.1-4, в котором крыльчатка закрыта кожухом с возможностью сквозного прохождения потока воздуха.

6. Рекуператор по любому из пп.1-4, в котором внутри каждого из пневмобаллонов в контакте с противоположными внутренними стенками установлена пружина с возможностью её сжатия/разжатия.