Устройство дорожное ограждение, соединенное с ветрогенератором

Полезная модель относится к дорожным ограждениям, соединенным с ветрогенераторами, с одновременными выработкой, аккумулированием и использованием электроэнергии, вырабатываемой ветрогенераторами при движении транспорта
Воздушные потоки, создаваемые проезжающим транспортом,  обладают достаточной мощностью для приведения в движение ветроэлектрических установок, установленных в непосредственной близости от проезжей части пути.
Известно шумозащитное ограждение автомобильных и железных дорог со встроенными ветрогенераторами по патенту на полезную модель №145959 (заявка № 2014119757, МПК E01F 8/00. Опубликовано27.09.2014) [1] , выполненное из основания и защитного экрана, перед экраном со стороны дороги с интервалом на основании установлены ветрогенерирующие установки с вертикальной осью вращения, лопасти которых при вращении описывают цилиндрическую поверхность, образующая которой, находящаяся на перпендикуляре, опущенном из оси ветрогенератора на поверхность акустического экрана, расположена с минимально возможным зазором от поверхности экрана. В другом исполнении шумозащитного ограждения на одной оси с ветрогенераторами установлены опоры освещения, в которых вертикальная часть опоры выполняет роль центральной оси вращения лопастей ветрогенератора. Техническим результатом  полезной модели является увеличение функциональных возможностей шумозащитного ограждения путем снижение энергозатрат на освещение проезжей части и выработки электроэнергии для других нужд.
Известная полезная модель предназначена для использования на участках трассы, проходящей мимо населенных пунктов, и только совместно с шумозащитным экраном.
Известно устройство   электроветрогенерирующих  установок (патент US 7098553, заявка US 2006152012, МПК   F03D9/00,  H02P9/04 . Опубликовано 29.08.2006) [2], содержащее множество генераторов, приводимых в действие ветром, создаваемым движением, проходящим в непосредственной близости на высоких скоростях. В устройстве предпочтительно используются горизонтально или вертикально установленные роторы типа Савониуса или спирально-турбинного типа, прикрепленные к электрическим генераторам для захвата ветра и производства электрической энергии. Множество устройств электрического генератора могут быть установлены в такой конфигурации, чтобы они находились в непосредственной близости от транспортных проходов (например, путепроводов, туннелей или железнодорожных рельсов). Ветер, создаваемый движением, используется для вращения лопастей и подключенных к ним генераторов для выработки электрической энергии. Известный патент предусматривает использование устройства на скоростных трассах США и в нем не указано использование в соединении с барьерными дорожными ограждениями.
Известна система электропитания, активируемая движением транспортного средства (патент США № 8872363, заявка № US2013300132, МПК F03D13/20,F03D9/00,F03D9/11; опубликовано 14.11.2013)[3], содержащая в том числе турбину,  расположенную рядом, над или под дорогой; которая использует ветровые токи, генерируемые транспортным средством, для приведения в действие генератора электрической энергии, подключенного к локальной электрической сети, обеспечивающей электроэнергию для придорожных устройств на дороге впереди на, в или рядом с дорогой перед турбиной и транспортным средством. Локальная система электроснабжения используется для подачи питания на придорожные светодиоды, расположенные по дороге перед автомобилем для освещения ее границ и периметра, или для придорожного указателя, камеры и т.п.
Известная система [3] по совокупности признаков является наиболее близким аналогом заявляемой полезной модели.
Вышеупомянутые ветроэлектрические установки могут вырабатывать электроэнергию от движения транспортных средств, которая может быть использована в тех местах трассы, где доступ к электросети ограничен или отсутствует.
Техническим результатом заявленной полезной модели является создание устройства дорожного ограждения, выполненного на едином основании и соединенным жесткими связями с  ветрогенератором, обеспечивающим выработку электроэнергии для питания источников света, частности, светодиодов, закрепленных на дорожном ограждении, и/или иных источников освещения.
Технический результат достигается всей совокупностью существенных признаков полезной модели.
Раскрытие полезной модели
Технический результат достигается тем, что устройство барьерное дорожное ограждение, соединенное с ветроэлектрической установкой - ветрогенератором, характеризуется  выполнением   на едином основании и соединением жесткой связью, при этом ветрогенератор обеспечивает выработку электроэнергии для питания источников света,  закрепленных на барьерном дорожном ограждении, причем на упомянутом основании закреплена аккумуляторная батарея, причем генератор электрического тока ветрогенератора  соединен с источниками света через контроллер  заряда и фотореле, при этом выход генератора электрического тока подключен ко входу контроллера  заряда, вход-выход которого подключен к аккумуляторной батарее, а его выход подключен к силовому входу фотореле, при этом управляющий вход фотореле  подключен к выходу фотодатчика,  а к силовому выходу фотореле подключены источники света.
При этом в качестве источников света, закрепленных на барьерном ограждении, использованы светодиоды.
При этом устройство дополнительно содержит  опору освещения с источниками света, закрепленную на общем основании устройства и соосно с ветрогенератором, при этом  ось вращения лопастей ветрогенератора представляет собой трубу, установленную вокруг вертикальной опоры освещения, к трубе прикреплены кронштейны, с лопастями ветрогенератора. Генератор электрической энергии соединен с источниками света барьерного ограждения  через контроллер  заряда и фотореле, а с источниками света опоры освещения - через контроллер  заряда, фотореле и инвертор; выход генератора электрического тока   подключен ко входу контроллера  заряда, вход-выход которого подключен к батарее  аккумуляторной, а его выход подключен к силовому входу фотореле; к первому силовому выходу фотореле подключены  источники света барьерного ограждения, а ко второму силовому выходу фотореле подключен инвертор, соединенный с электрическими источниками света опоры освещения.
При этом устройство  барьерное дорожное ограждение, соединенное с ветроэлектрической установкой - ветрогенератором, содержит  опору освещения с источниками электрического света, закрепленную на общем основании устройства и соосно с ветрогенератором, при этом ось вращения лопастей ветрогенератора  представляет собой трубу, установленную вокруг опоры  освещения, к трубе прикреплены кронштейны  с лопастями ветрогенератора, причем генератор электрической энергии соединен с источниками   света опоры освещения  через контроллер заряда, фотореле и инвертор, при этом выход генератора электрического тока подключен ко входу контроллера  заряда, вход-выход которого подключен к батарее  аккумуляторной, а его выход подключен к силовому входу фотореле, при этом к силовому выходу фотореле  подключен инвертор, соединенный с электрическими источниками света опоры освещения.
При этом устройство установлено на разделительной полосе между полосами дорожного движения и снабжено двухсторонним барьерным дорожным ограждением.
При этом устройство  установлено на обочине с одной стороны автомобильной дороги и снабжено односторонним барьерным дорожным ограждением.
При этом устройство установлено по обеим сторонам автомобильной дороги и снабжено с каждой стороны дороги односторонним барьерным дорожным ограждением.
При этом в устройстве  лопасти ветрогенератора выполнены вертикально с углом атаки.
При этом лопасти ветрогенератора выполнены по форме гелисы с бочкообразным профилем в вертикальном сечении.
Перечень фигур.
На фиг. 1 представлена схема общего вида устройства двухстороннего дорожного ограждения с ветроэлектрической  установкой с прямыми лопастями.
На фиг. 2 представлена схема общего вида устройства двухстороннего дорожного ограждения с ветроэлектрической  установкой и опорой освещения.
На фиг. 3 представлена схема общего вида устройства двухстороннего дорожного ограждения с ветроэлектрической  установкой с лопастями по форме гелисы с бочкообразным профилем и опорой освещения.
На фиг. 4 представлена схема общего вида устройства  одностороннего дорожного ограждения с ветроэлектрической  установкой с лопастями по форме гелисы с бочкообразным профилем и опорой освещения.
На фиг. 5 представлена структурная схема устройства со светодиодами.
На фиг. 6 представлена структурная схема устройства со светодиодами и источниками электрического света.
На фиг. 7 представлена структурная схема устройства с источниками электрического света.
Перечень позиций
1-ветроэлектрическая установка - ветрогенератор;
2-барьерное дорожное ограждение;
3-ось ветроэлектрической установки;
4-лопасти ветрогенератора;
5- генератор электрического тока;
6- источники света, закрепленные на барьерном ограждении - светодиоды;
7-аккумулятор,
8-узел крепления,
9-кронштейны,
10- общее основание,
11-разделительная полоса,
12- соединительные элементы,
13,14- полосы дорожного движения,
15- контроллер  заряда,
16- фотореле ,
17-турбина,
18-инвертор,
19-опора освещения,
20- источник электрического света.
Термины и определения
Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) - устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию.  Ветрогенераторы состоят из генераторов, преобразующих в электрический ток вращательное движение осей ветрогенераторов (турбин), к которым прикреплены лопасти ветрогенераторов.
Дорожное  металлическое ограждение барьерного типа по ГОСТ 26804-2012  применяется для обеспечения безопасности движения транспортных средств и пешеходов на всех улицах и автомобильных дорогах, в том числе - на мостовых сооружениях и в тоннелях.
В соответствии с требованиями ГОСТ 26804-2012 конструкции ограждений предназначены  для установки на обочинах автомобильных дорог, границах габарита мостовых сооружений и тоннелей, разделительных полосах автомобильных дорог и мостовых сооружений.
Барьерноеограждение  состоит из стоек, консолей, балки. Балка - продольный элемент ограждения, предназначенный для принятия, распределения и передачи нагрузки от вступившего в контакт с ограждением транспортного средства на другие элементы ограждения. В качестве балки используется двухволновой гнутый профиль.
В зависимости от места расположения ограждения по ширине земляного полотна автомобильной дороги, улицы или мостового сооружения устанавливают односторонние и двухсторонние конструкции ограждений.
На обочинах дорог или на разделительной полосе по ее границам устанавливают односторонние ограждения дорожной группы.
На разделительной полосе  на земляном полотне дороги или мостового сооружения устанавливают двухсторонние ограждения.
Осуществление полезной модели
На фиг. 1 представлена схема  устройства барьерное дорожное ограждение 2, соединенное с ветроэлектрической установкой 1 (далее - ветрогенератор), установленного на разделительной полосе.
Пример 1. В данном примере на разделительной полосе 11, размещенной между полосами дорожного движения  13 и 14,  и ограниченной двухсторонним  барьерным  дорожным ограждением 2, установлена ветроэлектрическая установка 1, закрепленная на едином основании 10 с барьерным дорожным ограждением 2, стойки которого также закреплены на основании 10. Общее основание 10 может быть выполнено в виде бетонного фундамента.
Ветроэлектрическая установка 1 и барьерное дорожное ограждение 2 соединены жесткой связью  8, которая может быть выполнена в виде стяжки из металлопрофиля.  Таким образом, устройство закреплено  в двух местах  основанием 10  и стяжкой 8,  что значительно повышает его устойчивость и долговечность при очень сильном ветре. На основании 10 установлена и закреплена также аккумуляторная батарея 7.
Ветроэлектрическая установка-ветрогенератор 1 состоит из генератора 5 электрического тока, преобразующего в электрический ток вращательное движение оси 3 ветрогенератора, к которой на кронштейнах 9 прикреплены лопасти 4 ветрогенератора, в данном примере расположенные вертикально с углом атаки. Ось 3 ветрогенератора 1 представляет собой трубу. Между собой лопасти 4 закреплены соединительными элементами 12, которые могут быть выполнены из трубы. Лопасти 4 ветрогенератора  в данном примере выполнены вертикально с углом атаки. Труба 3 с лопастями образует турбину 17 ветрогенератора 1.
Генератор 5 электрического  тока установлен в нижней части ветроэлектрической установки 1 на основании 10. Ветрогенератор обеспечивает выработку электроэнергии для питания источников света, закрепленных на барьерном дорожном ограждении 8.
В заявляемой  полезной модели  для лучшего обозначения направления движения или местонахождения барьерного ограждения  на дороге в темное время суток используются источники света - светодиоды 6, закрепленные на балках дорожного ограждения 2. В светодиоде электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение с минимальными потерями. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы достигает 100 тысяч часов. Кроме того, светодиод - низковольтный электроприбор, т.е. безопасный. Все это делает использование светодиодов для обозначения дорожного  ограждения более предпочтительным, чем световозвращатели.
Генератор 5 электрического токаветрогенератора 1 соединен с источниками  6.1-6.m света через контроллер  15 заряда и фотореле 16 (фиг.5). Контроллер заряда предназначен для управления процессом заряда аккумулятора. Фотореле предназначено для включения  в автоматическом режиме источников света при наступлении темноты и выключения их в светлое время.
Выход генератора 5 электрического тока   подключен ко входу контроллера 15 заряда, вход-выход которого подключен к аккумуляторной батарее 7.   Выход контроллера 15 заряда подключен к силовому входу фотореле 16,    а к силовому выходу фотореле 16 подключены   источники света-светодиоды  6.1-6.m. В данном примере и в последующих примерах исполнения полезной модели применены электрические и автоматические устройства, серийно выпускаемые и обычно применяемые для данных целей.
Пример 2. В другом исполнении устройства оно может  дополнительно содержать  опору 19 освещения с источниками 20 электрического света, закрепленную на общем основании 10 устройства и соосно с ветрогенератором 1 (фиг. 2). В нижней части опоры 19 освещения смонтирован ветрогенератор, состоящий из оси 3  ветрогенератора, представляющей собой трубу, установленную вокруг опоры 19  освещения. Вертикальная ось  3  вращения ветрогенератора в верхней части установлена в подшипниковом узле, прикрепленном к опоре  освещения.  К трубе 3 прикреплены кронштейны  9 с лопастями 4 ветрогенератора. В данном примере  лопасти 4 ветрогенератора    выполнены вертикально с углом атаки. Труба 3 с лопастями образует турбину 17 ветрогенератора 1.
В данном примере устройство, как и в предыдущем примере, размещено на разделительной полосе 11, размещенной между полосами дорожного движения  13 и 14,  и ограниченной двухсторонним  барьерным  дорожным ограждением 2.
В данном исполнении устройства   генератор 5 электрического тока соединен с источниками 6 света барьерного ограждения 2 через контроллер   15 заряда и фотореле 16, а с источниками 20 света опоры 19 освещения - через контроллер 15 заряда, фотореле 16 и инвертор (фиг.6). Выход генератора 5 электрического тока  подключен ко входу контроллера 15  заряда, вход-выход которого подключен к батарее  аккумуляторной, а его выход подключен к силовому входу фотореле 16 , при этом к первому силовому выходу фотореле 16 подключены  источники света  6.1-6.m  барьерного ограждения 2, а ко второму силовому выходу фотореле 16 подключен инвертор 18, соединенный с электрическими источниками света 20.1-20.n опоры 19 освещения.
Данный вариант исполнения имеет дополнительное преимущество перед первым за счет использования единой несущей конструкции (основания) для трех устройств: ветрогенератора, барьерного дорожного ограждения и опоры освещения.
Пример 3. Возможно применение устройства аналогичное предыдущему исполнению по примеру 2: барьерное дорожное ограждение 2 соединено с ветроэлектрической установкой 1 и опорой 19 освещения, но без использования светодиодов. Барьерное дорожное ограждение 2 соединено с  ветрогенератором 1 и с опорой 19 освещения с источниками 20 электрического света. Опора 19 закреплена на общем основании 10 устройства и соосно с ветрогенератором. Ось 3 вращения лопастей ветрогенератора  представляет собой трубу, установленную вокруг опоры  освещения, к трубе прикреплены кронштейны 9 с лопастями 4 ветрогенератора. Лопасти в данном примере выполнены по форме гелисы с бочкообразным профилем в вертикальном сечении. Труба 3 с лопастями образует турбину 17 ветрогенератора 1.
Генератор  5 электрического тока  соединен с источниками  20  света опоры освещения  через контроллер 15 заряда, фотореле16  и инвертор 18 (фиг.7). Выход генератора 5 электрического тока   подключен ко входу контроллера 15  заряда, вход-выход которого подключен к аккумуляторной батарее 7, а его выход подключен к силовому входу фотореле  16, при этом к   силовому выходу фотореле  подключен инвертор 18, соединенный с электрическими источниками света 20.1-20.n опоры освещения.
Пример 4. Заявляемое устройство  может быть установлено не только на разделительной полосе  между полосами дорожного движения  (фиг.1,2,3), но    и на обочине  дороги и снабжено односторонним барьерным дорожным ограждением (фиг.4).   За односторонним барьерным ограждением 2 с каждой стороны автомобильной дороги с расчетным шагом, удовлетворяющим требованиям по установке опор освещения и ветрогенераторов, устанавливаются на едином  с ограждением основании 10 ветрогенераторы 1, объединенные с опорой 19 освещения.  Объединяющим элементом для   устройства является также стяжка 8 из металлопрофиля 8, закрепленная на бетонном основании 10. Опора 19 освещения с источниками 20 электрического света   закреплена на общем основании 10 устройства и соосно с ветрогенератором 1(фиг.4). В нижней части опоры 19 освещения смонтирован ветрогенератор, состоящий из оси 3  ветрогенератора, представляющей собой трубу, установленную вокруг опоры 19  освещения. Вертикальная ось 3 вращения ветрогенератора в верхней части установлена в подшипниковом узле, прикрепленном к опоре  освещения. К трубе 3 прикреплены кронштейны  9 с лопастями 4 ветрогенератора. Труба 3 с лопастями 4 образует турбину 17 ветрогенератора 1. В данном примере лопасти 4 ветрогенератора выполнены по форме гелисы с бочкообразным профилем в вертикальном сечении.
В данном исполнении устройства   генератор 5 электрического тока соединен с источниками 6 света барьерного ограждения 2  через контроллер   15 заряда и фотореле 16, а с источниками 20 света опоры 19 освещения- через контроллер 15  заряда, фотореле 16 и инвертор (фиг.6). Выход генератора 5 электрического тока  подключен ко входу контроллера 15  заряда, вход-выход которого подключен к батарее  аккумуляторной, а его выход подключен к силовому входу фотореле 16 , при этом к первому силовому выходу фотореле 16 подключены  источники света  6.1-6.m  барьерного ограждения 2 , а ко второму силовому выходу фотореле 16 подключен инвертор 18, соединенный с электрическими источниками света 20.1-20.n опоры 19 освещения.
Данное исполнение имеет  дополнительное преимущество перед предыдущим за счет удобства установки в местах, где нет возможности установить ветрогенератор на разделительной полосе дороги, дорогах одностороннего движения; кроме того, увеличение полезного действия ветрогенераторов  достигается за счет того, что они находятся с двух сторон дороги.
Ветрогенераторы могут быть выполнены с различным типом лопастей. В  примерах 1, 2 (фиг.1 и 2) лопасти 4 выполнены вертикально с углом атаки.
В примерах 3, 4 (фиг. 3 и 4) лопасти 4 выполнены по форме гелисы с бочкообразным профилем в вертикальном сечении.
Приведенные примеры не являются ограничивающими, возможны и  другие варианты осуществления полезной модели  без изменения ее сущности и не выходящие за пределы формулы полезной модели.
Работа устройства
Устройство барьерное ограждение с ветрогенератором размещается на разделительной полосе дороги или на обочине по одной или по обеим сторонам дороги. Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения с расчетным шагом установлены на одном основании с дорожным ограждением.
Воздушные потоки, создаваемые  проезжающим транспортом, как попутного, так и встречного направления, достигая лопастей 4 ветрогенератора 1, приводят их в движение. Ось 3, на которой они закреплены (турбина 17) начинает вращаться, и  генератор  5 электрического тока, соединенный с этой осью 3, начинает вырабатывать электрический ток.  При этом электрический ток с выхода электрогенератора 5 направляется контроллером 15 заряда  на аккумуляторную батарею 7 для ее заряда (накопления электроэнергии). На вход фотореле 16 поступает световой поток, зависящий от уровня освещенности в данной местности.  При этом фотореле  в зависимости от уровня освещенности может быть включено или выключено. Включение фотореле 16 происходит, если уровень освещенности  входа ниже заданного уровня, считающегося темнотой. Если уровень освещенности  входа больше указанного уровня, то фотореле 16 включается. На выход контроллера 15 заряда поступает электроэнергия от батареи 7 аккумуляторной и от электрогенератора 5. При включении фотореле 16 в темное время суток электроэнергия с выхода контроллера 15 заряда поступает на выход фотореле 16 и далее на светодиодные источники 6.1-6.m света, расположенные на барьерных дорожных ограждениях 2. Максимумы излучения в диаграммах направленности этих источников ориентированы в сторону, откуда идет движение по данной полосе дороги. Благодаря этому водители транспортных средств, движущихся по дороге, на большом расстоянии  видят в темноте положение барьерных ограждений 2. Причем видимость этих барьерных ограждений не зависит от силы света фар автомобиля, что имеет место быть при использовании для этих целей световозвращающих элементов, закрепленных на барьерных ограждениях 2. Все это обеспечивает  повышение безопасности движения на дорогах,  оборудованных заявляемым устройством.
Работа устройства, содержащего  барьерное ограждение, ветрогенератор  и опору освещения, установленные на едином фундаменте и скрепленные  жесткой связью-стяжкой. Воздушные потоки, достигая лопастей 4 ветрогенератора 1, приводят их в движение. Турбина 17  начинает вращаться, и  генератор  5 электрического тока, соединенный с ней, начинает вырабатывать электрический ток.  При этом электрический ток с выхода электрогенератора 5 направляется контроллером 15 заряда  на аккумуляторную батарею 7 для ее заряда (накопления электроэнергии). На вход фотореле 16 поступает световой поток, зависящий от уровня освещенности в данной местности.  При этом фотореле  в зависимости от уровня освещенности может быть включено или выключено. Включение фотореле 16 происходит, если уровень освещенности  входа ниже заданного уровня, считающегося темнотой. Если уровень освещенности  входа больше указанного уровня, то фотореле 16 включается. На выход контроллера 15 заряда поступает электроэнергия от батареи 7 аккумуляторной и от электрогенератора 5. При включении фотореле 16 в темное время суток электроэнергия с выхода контроллера 15 заряда поступает на выход фотореле 16 и далее  часть ее направляется на светодиодные источники 6.1-6.m света, расположенные на барьерных дорожных ограждениях 2, а часть – на инвертор 18, преобразующий постоянный ток генератора 5 в переменный для питания источников электрического света 20 опоры освещенности. 20.n опоры 19 освещения.
Данный вариант  устройства позволяет не только давать ток для светодиодов барьерного ограждения, но и вырабатывать электроэнергию для освещения дорожного полотна, находящегося около данного ограждения, если на нем дополнительно установлены светильники; отсутствует необходимость прокладки кабелей, питающих светильники, освещающие дорожное полотно.
Промышленная применимость
Электрическая энергия, которая накапливается в аккумуляторах заявляемого устройства,  используется для  светодиодного освещения барьерного заграждения, для освещения дорожного пространства с помощью светильников, установленных на опорах освещения; электрическая энергия аккумуляторов может быть использована и в иных целях, например,  для подзарядки электромобилей при помощи  зарядных терминалов,  для  работы камер видеофиксации, дорожных указателей и т.п.
Заявляемая полезная модель реализована на серийных,  промышленно выпускаемых приборах и оборудовании. Может   применяться   в тех местах трассы, где доступ к электросети ограничен или отсутствует.
Источники информации
1. Патент  на полезную модель №145959. Шумозащитное ограждение автомобильных и железных дорог со встроенными ветрогенераторами. Заявка № 2014119757, МПК E01F 8/00. Опубликовано 27.09.2014.
2. Патент США №7098553Устройство электроветрогенерирующих  установок. Заявка US 2006152012, МПК F03D9/00, H02P9/04 . Опубликовано 29.08.2006.
3. Патент США № 8872363Система электропитания, активируемая движением транспортного средства. Заявка № US2013300132, МПК F03D13/20,F03D9/00,F03D9/11; опубликовано 14.11.2013- наиболее близкий аналог.