МЕХАНИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭНЕРГИИ ПОСРЕДСТВОМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ Российский патент 2024 года по МПК F03B13/12 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к механическим двигателям, предназначенным для выработки механической энергии, электрической энергии посредством использования приливов, волн, перепадов уровня жидкости либо посредством использования любого движения воды.

Уровень техники

Обычные ветряные электростанции работают по принципу использования скорости ветра для выработки механической и электрической энергии.

Обычная солнечная энергия, вырабатываемая фотоэлектрическими элементами, характеризуется возможностью преобразования света в электрическую энергию.

При получении солнечной энергии посредством тепла используется оборудование, характеризующееся возможностью выработки механической или электрической энергии с использованием для этого солнечного тепла в качестве источника энергии.

Традиционные гидроэлектростанции работают по принципу использования большого количества воды, которая сбрасывается на лопасти электрогенератора, заставляя его вращаться, вырабатывая таким образом электроэнергию.

Традиционные тепловые электростанции производят электрическую энергию путем сжигания угля минерального или растительного происхождения, преобразуя тепловую энергию в механическую и электрическую энергию.

Атомные электростанции также производят механическую и электрическую энергию за счет деления ядра радиоактивных атомов.

Штатные энергетические установки и мини-установки для выработки электроэнергии, работающие на жидких видах топлива, некоторые из которых носят название генераторных агрегатов, которые обычно представляют собой крупные двигатели внутреннего сгорания, снабжены соединенным с ними генератором для генерирования электроэнергии.

Обычные ветряные электростанции, несмотря на кажущуюся простоту, требуют определенной сложности своих механической, электрических и электронных элементов для хорошего функционирования, поэтому их стоимость все еще высока по отношению к их производственной мощности.

Солнечная энергия, вырабатываемая фотоэлектрическими элементами, широко известными как солнечные энергетические панели, обычно не может использоваться для непрерывного производства энергии 24 часа в сутки, поскольку зависит от солнечного света, поэтому ночью ее выработка невозможна, кроме того, она имеет высокую стоимость по отношению к мощности генерации. Даже использование обычных батарей, для компенсации периода отсутствия света или периода с малым количеством света, еще больше ухудшает соотношение «затраты-выгода» по сравнению с другими способами получения энергии, за исключением тех случаев, когда стоимость не так важна, и одним из немногих таких случаев, являются искусственные спутники Земли.

Солнечная энергия в виде тепла, обычно используемая для нагрева воды, также характеризуется препятствиями для ее постоянного использования, поскольку имеет спорадической характер, то есть ее использование ограничивается лишь солнечными днями, не оправдывая затрат на производство механической и электрической энергии.

Обычные гидроэлектростанции требуют наличия значительных площадей суши под затопление водой, что вызывает мощное воздействие на окружающую среду, а также снижают норму выработки электроэнергии в засушливое время года, что ставит под угрозу соблюдение предъявляемых к таким электростанциям технических требований, а также требований, предъявляемых к месту возведения подобного объекта. Кроме того, гидроэлектростанции являются гораздо более непростыми в эксплуатации сооружениями, поскольку их работа и техническое обслуживание требуют высоких затрат.

Термоэлектрические станции, помимо высокой стоимости, создают высокий уровень загрязнения и повышенной опасности, и должны строиться в более подготовленных для этого местах. Еще одной особенностью угольных термоэлектростанций является то, что они работают не на любом виде угля.

Атомные электростанции эффективно вырабатывают энергию, но при этом они создают очень высокий риск для здоровья живых организмов, в особенности для организма человека, причем указанный риск настолько велик, что некоторые города с расположенными вблизи них АЭС были оставлены населением из-за радиоактивного загрязнения местности.

Штатные энергетические установки и мини-установки для выработки электроэнергии, работающие на жидких видах топлива, некоторые из которых также еще носят название генераторных агрегатов, помимо загрязнения окружающей среды продуктами сгорания топлива, создают высокие издержки производства, что делает их использование нецелесообразным во многих случаях, либо из-за высоких производственных затрат, включая затраты на топливо, либо из-за высокого уровня загрязнения окружающей среды.

Из уровня техники известен механический двигатель для выработки энергии посредством использования движения воды (JP 2008180086 A, 07.08.2008). Данный источник информации выбран в качестве ближайшего аналога. В JP 2008180086 A раскрывается средство накопления энергии состоящее из натяжного шкива и опорной пружины. Плавучий элемент, плавающий на поверхности воды, перемещается вертикально под действием колебаний уровня воды. Когда плавучий элемент в значительной степени опускается под действием сильной поверхностной волны, натяжение увеличивается. Когда натяжение увеличивается, натяжной шкив, установленный между приводным шкивом и неподвижным шкивом, втягивается вниз под действием опорной пружины для накопления энергии, основанной на натяжении. Энергия высвобождается при подъеме поверхности воды, когда эффективное натяжение троса принимает отрицательное значение, преобразуется в энергию вращательного движения, сбрасывается и подается на генератор для выработки электроэнергии.

Недостатки технического решения, раскрытого в JP 2008180086 A заключаются в следующем:

- не обеспечивается непрерывность выработки энергии в зависимости от перемещения прилива или волны;

- энергия вырабатывается только лишь когда плавучие элементы совершают движение;

- при использовании только одного плавучего элемента, генератор прекращает работу, когда плавучий элемент находится в зоне действия волны, тем самым вырабатывая энергию прерывисто.

Настоящее изобретение призвано устранить недостатки предыдущего уровня техники, в том числе технического решения, раскрытого в JP 2008180086 A, за счет уникальной совокупности конструктивных элементов заявленного двигателя.

Раскрытие изобретения

Основной задачей изобретения является значительное сокращение затрат на производство механической или электрической энергии, либо на производство энергии обоих видов, том числе с учетом навигации судов в водах различных акваторий, значительное сокращение потребления топлива при полном операционном цикле производства энергии, и в этих случаях представляется возможным использование одного или группы поплавковых элементов, выполненных с возможностью перемещения со скольжением по направляющим каналам или ограничительным рельсам, при этом указанные поплавковые элементы должны будут менять свою геометрическую форму в соответствии с аэродинамикой судов.

Для решения данной задачи предложен механический двигатель для выработки энергии посредством использования движения воды, который обеспечивает выработку механической энергии, электрической энергии, или совместным образом энергии обоих видов с использованием тяжелых плавучих элементов и посредством волн, приливов, или перепадов уровней воды в жидкостях, а также посредством шкивов, установленных на опорах, причем указанные тяжелые плавучие элементы выполнены с возможностью протягивания посредством противовесов, тросов или канатов, цепей, зубчатых валиков, и вспомогательных узлов при судовой навигации.

Согласно настоящему изобретению двигатель может обеспечивать выработку механической энергии, электрической энергии, или совместным образом энергии обоих видов с возможностью его применения на стенах искусственного или естественного происхождения, внутри или вне жидкостей, а также с возможностью установки его по бортам плывущих по воде судов или на находящихся в воде плавучих предметах.

Согласно настоящему изобретению посредством плавучих элементов, масса которых увеличивается для поддержания минимальной плавучести указанных элементов, решается основная задача, состоящая в получении большего количества энергии на единицу массы, времени, ускорения, инерции и силы тяжести при достижении максимально возможной массы указанных плавучих тел.

Согласно настоящему изобретению двигатель может содержать маховик, обеспечивающий устойчивость вращения в интервалах протягивания троса, каната или цепей, зубчатых валиков, связанных с указанными тяжелыми плавучими элементами.

Согласно настоящему изобретению двигатель может содержать коробку передач, предназначенную для переключения передачи, постановку на нейтраль и обеспечения реверсивности вращения только у двигателя.

Соответственно, генерируется механическая или электрическая энергия, с использованием приливов, волн воды, перепадов уровня воды или какого-либо движения воды, в том числе обусловленного земным тяготением, инерцией, соотношением массы, времени и ускорения, с возможностью стабилизации вращения и приращения силы.

Преимущество изобретения состоит в том, что электростанции с такой системой могут быть построены по берегам морей, рек или островов, где вопрос рентабельности при генерировании энергии обычным способом не становится компенсирующим фактором, или в практически недоступных местах, где имеются волны, приливы, или перепады уровней воды для работы оборудования. Поскольку указанные водные источники энергии, характеризующиеся наличием перепада уровней воды, воздействием со стороны приливов и волн, встречаются на планете в изобилии, возможные будущие электроэнергетические установки предлагаемой системы смогут получить более широкое распространение и смогут строиться в более значительных количествах, тем самым предоставляя возможность сокращения количества используемых опорных столбов, вышек, компенсационного оборудования, компонентов и проводов линий электропередач.

В случае применения в области судоходства, данное оборудование может быть использовано для полной или частичной замены имеющихся видов топлива или традиционных бортовых электрогенераторных установок на судах, а также для выработки механической и электрической энергии, в том числе энергии для перемещения судов по воде, с полной или частичной заменой традиционных видов топлива и двигателей участвующих в навигации судов.

Изобретение предусматривает наличие одного или несколько плавучих элементов, содержащих в своей внутренней части грузы, которыми может быть сама вода, таким образом данные плавучие элементы остаются на плаву приблизительно на 10%. Эти плавающие элементы подвешены на тросах, которые намотаны на шкивы с храповиками, обеспечивающими их вращение только в одном направлении, которые, в свою очередь, передают это вращение при каждом опускании поплавков, а оси шкивов соединены с коробкой мультипликатора вращательного движения, которая, в свою очередь, соединена с маховиком для обеспечения устойчивости вращения в моменты интервалов между одним спуском и другим спуском этих поплавков или плавучих элементов. Вдоль оси этого маховика установлен генератор электрической энергии.

Краткое описание чертежей

Далее, настоящее изобретение описывается более подробно при помощи ссылок на фигуры чертежей, где показано нижеследующее.

На Фиг.1 и Фиг.2 представлены общие виды заявленного изобретения.

А именно, на Фиг.1 представлен общий вид заявленного изобретения, расположенного на платформе. На Фиг.2 представлен общий вид заявленного изобретения, расположенного на судне. Кроме того, на Фиг.3 представлен фрагмент с Фиг.2, на котором приведены плавучие элементы с ограничительными стержнями.

Осуществление изобретения

На фигурах чертежей при помощи выносных линий со стрелками и ссылочных номеров обозначена группа элементов, обеспечивающих работоспособность заявляемого объекта изобретения, причем одни элементы, в случае наличия платформы, или другие элементы в случаях применения в судовой навигации, образуют части установки, которых может быть более чем одна, и являются при этом вспомогательными средствами, вносящими свой вклад в увеличение количества получаемой энергии и, в особенности, в устойчивость вращения электрогенератора (3), в том числе при помощи маховика (29).

Все данное оборудование может быть установлено на морских и речных судах для генерирования электроэнергии непосредственно на их борту, или же может устанавливаться на платформах, специально подготовленных или не подготовленных для этой задачи, на парапетах, или в горах, по границе земли и суши или вдали от нее, а также в акваториях рек или морей.

Далее здесь будет показана работа оборудования, установленного на платформу, на борт корабля или любого иного идущего по воде судна, что также послужит иллюстрацией работы всех вышеперечисленных средств; при этом начало объяснения принципа работы объекта изобретения состоит в нижеследующем:

Все оборудование установлено на платформе (1) либо на судне, при этом плавучие элементы (18) и (31) должны обладать таким весом, чтобы быть плавучими лишь приблизительно на 10%, а остальные элементы являются погруженными в жидкость, в качестве которой в данном случае выступают морские волны (30), а для получения максимально возможного веса у данных плавучих элементов (18) и (31) и также для получения большей амплитуды движения их вперед - назад в данном случае в качестве груза здесь будет использована как раз та самая морская вода (19) и (33), то есть будет иметь место заполнение водой до тех пор пока указанные плавучие элементы (18) и (31) не будут иметь приблизительно 10% плавучести. Под действием морских волн (30) тяжелые плавучие элементы (18) и (31) раскачиваются, скользя по своим тросам, металлическим направляющим или ограничительным стержням (32), (35), (36) и (37), или могут быть закреплены на опорах платформы (1), или корпусах водных судов, и в случае использования платформ, могут быть закрепленными, или оставаться без какого-либо закрепления, на искусственном или естественном дне (34), и когда указанные плавучие элементы (18) и (31) движутся вверх, они будут стремиться ослабить тросы (6) и (12), заставляя противовесы (5) и (9) под действием силы тяжести вращать шкивы (15) и (24) в направлении (13) и (25), через шкивы (8) и (11), и (17) и (22) в случае использования кораблей, поддерживаемые стержнями (7) и (10), или корпусом корабля (1), и тросами (6) и (12), которые проходят через отверстия на платформе (1), или через шкивы (17) и (22) на судне (1), заставляя шкивы (15) и (24) посредством своих храповиков (16) и (23) просто скользить по валу (21), не создавая какого-либо натяжения, при протягивании в направлениях (13) и (25).

Когда плавающие элементы (18) и (31), опускаются вниз под действием движения волн (30), они будут тянуть тросы (6) и (12), через отверстия в платформе (1), или корпусе (1) судна, или шкивах (17) и (22), вращая шкивы (15) и (24), в направлении (14) и (26), заставляя храповики (16) и (23), закрепленные на шкивах (15) и (24) с фиксацией на валу (21), поворачиваться в направлении (14) и (232), и это вращение приводит в действие коробку мультипликатора (20) вращательного движения с получением при этом идеального коэффициента мультипликации для генератора (3) через маховик (29), который имеет функцию придания вращению устойчивого характера благодаря эффекту инерции, с задействованием при этом шкивов (2) и (28) или без таковых, в процессе идеального вращения с учетом характеристик рассматриваемого генератора (3). Эта коробка мультипликатора (20), при установке на борту водных судов, имеет два выходных вала (38) и (39), вращательный момент от которых передается на генератор (3) и на гребной движитель (41) судна через маховик (29), и коробку передач (40), функционально предназначенную для переключения передачи, постановку на нейтраль и реверсивности вращения.

Даже если произойдет небольшое изменение скорости вращения маховика (29), это не изменит выходное напряжение (4) генератора (3), поскольку большинство генераторов снабжены средствами автоматического регулирования напряжения, которые поддерживают выходное напряжение (4) постоянным независимо от скорости вращения генератора (3) в границах определенного предельного значения.

Вес противовесов (5) и (9) должен быть как можно меньше относительно веса плавучих элементов (18) и (31), но при этом они не должны вызывать проскальзывание тросов (6) и (12) на шкивах (15) и (24), когда эти тросы (6) и (12) вытягиваются тяжелыми плавучими элементами (18) и (31), а маховик (29) выполняет, в дополнение к этому, важную функцию, как это описано выше, причем свой вспомогательный вклад вносят и плавучие элементы (18) и (31), поскольку они увеличивают тяговое усилие на тросах (6) и (12) помимо воздействия веса самих этих плавучих элементов (18) и (31), так как при этом наблюдается увеличение тягового усилия до величины превышающей вес этих плавучих элементов (18) и (31) благодаря массе, времени и ускорению, что в значительной мере повышает эффективность выработки энергии при выходном напряжении (4) генератора (3).

Изобретение относится к механическим двигателям, предназначенным для выработки механической энергии, электрической энергии, или совместным образом энергии обоих видов. Механический двигатель вырабатывает энергию используя плавучие элементы (18), (31) посредством волн, приливов или перепадов уровней воды в жидкостях, а также посредством шкивов (15), (24), установленных на опорах. Двигатель выполнен с возможностью использования элементов (18), (31) с грузами во внутренней части, обеспечивающими возможность остаться на плаву приблизительно на 10%. Элементы (18), (31) выполнены с возможностью протягивания посредством противовесов (5), (9), тросов (6), (12) или канатов, цепей, зубчатых валиков. Двигатель содержит маховик (29), обеспечивающий устойчивость вращения в интервалах протягивания троса (6), (12), каната или цепей, зубчатых валиков, связанных с элементами (18), (31). Двигатель содержит коробку передач, предназначенную для переключения передачи, постановку на нейтраль и обеспечения реверсивности вращения. Изобретение направлено на повышение эффективности выработки энергии. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Механический двигатель для выработки энергии посредством использования движения воды, который обеспечивает выработку механической энергии, электрической энергии, или совместным образом энергии обоих видов с использованием плавучих элементов посредством волн, приливов или перепадов уровней воды в жидкостях, а также посредством шкивов, установленных на опорах, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью использования плавучих элементов (18) и (31) с грузами во внутренней части, обеспечивающими возможность остаться на плаву приблизительно на 10%, причем указанные плавучие элементы выполнены с возможностью протягивания посредством противовесов (5), (9), тросов или канатов, цепей, зубчатых валиков, при этом он содержит маховик (29), обеспечивающий устойчивость вращения в интервалах протягивания троса, каната или цепей, зубчатых валиков, связанных с указанными плавучими элементами (18) и (31), причем он содержит коробку передач (40), предназначенную для переключения передачи, постановку на нейтраль и обеспечения реверсивности вращения.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он обеспечивает выработку механической энергии, электрической энергии, или совместным образом энергии обоих видов с возможностью его применения на стенах искусственного или естественного происхождения, внутри жидкостей, а также с возможностью установки его по бортам плывущих по воде судов или на находящихся в воде плавучих предметах.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что плавучие элементы (18) и (31) выполнены с возможностью увеличения своей массы для поддержания минимальной плавучести указанных элементов.