УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
THERMAL AND ELECTRIC ENERGY GENERATION DEVICE

Изобретение относится к области электротехники и теплотехники, а именно к генераторам тепловой и электрической энергии. Изобретение может быть использовано для нагрева жидкого теплоносителя с системой циркуляции нагреваемой среды как в промышленных, так и бытовых условиях. Изобретение может быть использовано для генерирования электрического тока, питающего полезную нагрузку.
Известны нагреватели жидкой среды электрическим током (ТЭНы) резистивного типа (см. патент РФ №2006781, дата публикации 30.01.1994 г.); нагреватели индукционного типа (см. патент РФ №2120703, дата начала действия 27.08.1997 г.); нагреватели электродного типа (см. патент РФ №2178126, дата публикации 10.01.2002 г.). Все эти нагреватели обладают общим недостатком. Они предполагают подвод к ним электрической энергии извне.
Известны нагреватели теплоносителя (вихревые и кавитационные), преобразующие механическую энергию привода в тепловую энергию жидкой среды (см. патент РФ №2257514, дата начала действия патента 22.10.2003 г.). Недостатком таких нагревателей является то, что для механического привода нагревателей, как правило, используется электрическая энергия, также подводимая извне. Все вышеперечисленные нагреватели жидких теплоносителей не могут использоваться как генераторы электрической энергии.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является патент РФ №2073959, дата публикации 20.02.1997 г. Изобретение включает магнитную систему с кольцевым зазором, в котором присутствует однородное магнитное поле, и токопроводящую обмотку (катушку), перемещающуюся в однородном магнитном поле кольцевого зазора, с проходящим через обмотку электрическим током. Недостатком прототипа является то, что токопроводящая обмотка «запитывается» электрическим током, подводимым извне, а выделяемое при прохождении тока в обмотке тепло не используется и отводится в окружающую среду. Прототип не может быть применим как генератор электрической энергии. Основное назначение прототипа генерировать звуковые волны.
Требуемый технический результат изобретения заключается в обеспечении универсальности устройства, способности его к генерации как тепловой, так и электрической энергии с возможностью регулирования перераспределения этих видов энергии между собой.
Требуемый технический результат достигается новым устройством генератора тепловой и электрической энергии, содержащим магнитную систему с кольцевым зазором, в котором присутствует однородное магнитное поле, и токопроводящую обмотку (катушку), перемещающуюся в однородном магнитном поле кольцевого зазора, с проходящим через обмотку электрическим током. Обмотка выполнена из токопроводящей трубы в виде спирали, внутри которой циркулирует жидкий теплоноситель. Для достижения максимально возможного съема тепловой энергии при возвратно-поступательном движении обмотки в однородном магнитном поле кольцевого зазора магнитной системы она выполнена короткозамкнутой. Для генерирования электрической мощности, питающей полезную нагрузку, обмотка выполнена с разрывом, к которому подключается полезная нагрузка. В зависимости от соотношения электрических сопротивлений обмотки и полезной нагрузки происходит перераспределение вырабатываемой энергии между тепловой и электрической. Привод устройства механический, обеспечивающий возвратно-поступательное движение трубчатой обмотки в зазоре магнитной системы.
Заявленное техническое решение отличается от аналогов и прототипа наличием нового элемента: токопроводящей трубы-обмотки в виде спирали, внутри которой циркулирует жидкий теплоноситель, нагревающийся за счет электрического тока, проходящего по токопроводящей трубе, при движении ее в однородном магнитном поле магнитной системы.
Это отличие позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна».
Работает устройство следующим образом (см. Фиг.1). При перемещении механическим возвратно-поступательным приводом 1 токопроводящей трубы-обмотки 2, выполненной в виде спирали и заполненной жидким теплоносителем, в кольцевом зазоре 3 магнитной системы, состоящей из постоянного или электромагнита 4 и магнитопровода 5, труба-обмотка 2 нагревается индуцированным в ней электрическим током. Тепло передается токопроводящей трубой жидкому теплоносителю и отводится циркуляционным насосом потребителю по внешней трубопроводной системе. Степень нагрева токопроводящей трубы-обмотки 2 зависит от величины проходящего через нее тока, который в свою очередь зависит от сопротивления полезной электрической нагрузки, подсоединенной к концам трубы-обмотки 2. При коротком замыкании трубы-обмотки 2 будет вырабатываться максимальное количество тепловой энергии. При равенстве электрического сопротивления трубы-обмотки 2 и электрического сопротивления полезной нагрузки практически вся преобразованная в устройстве механическая энергия привода равномерно распределится между тепловой на трубе-обмотке 2 и электрической на полезной нагрузке, подсоединенной к трубе-обмотке 2.
Заявленное устройство генерирования тепловой и электрической энергии может быть использовано при реализации способа строительства малых гидроэлектростанций (по патенту РФ №2412302, опубликованному 27.08.2010 г.) и применимо для автономного тепло- и электроснабжения удаленных от централизованного энергоснабжения территорий.