ВЕТРОВАЯ ТЕПЛОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ
WIND-POWERED THERMAL POWER PLANT

Изобретение относится к ветроэнергетике и может быть использовано для получения тепловой энергии в виде горячей воды для отопления объектов, бытовых и технических нужд, а также электрической энергии для различных потребителей.
Известен ветровой теплогенератор, содержащий ветродвигатель, редуктор, связанный через горизонтальные валы и электромагнитные муфты с теплогенератором и электрогенератором, эксцентрик, закрепленный на горизонтальном валу, контактирующий с плитой, коромысла с опорными стойками, соединительные штанги, перфорированные диски и мембрану. К нижней части плиты прикреплен шток, соединенный жестко с перфорированной мембраной, наружная часть которой с зазором размещена между кольцами, жестко прикрепленными к внутренней стенке теплогенератора. Между днищем и мембраной установлен электрический нагреватель. Между перфорированными дисками на штангах вертикально установлены теплоаккумулирующие капсулы, выполненные в виде полуцилиндров и скрепленные между собой дисками, внутренними окружностями жестко прикреплены к поверхности капсул, а змеевик, установленный внутри теплогенератора по его образующей, через патрубки соединен с системой отопления (Патент 2279568 РФ).
Известные ветровые теплогенераторы использованы в количестве от 2-х и более в предлагаемом техническом решении.
Известен тепловой аккумулятор, содержащий теплоизолированный корпус с полостью циркуляции теплоносителя, трубками подвода и отвода теплоносителя (Патент 2143649 РФ).
Известный тепловой аккумулятор сохраняет тепло в основном за счет тепловой изоляции и не имеет устройств, заполненных теплоаккумулирующим составом, располагаемым внутри его корпуса.
Известен жидкостный теплоаккумулятор, содержащий теплоизолированный цилиндрический корпус с входными и выходными патрубками, соединяющими его с системой солнечного нагрева жидкости и системой отопления, и днище на котором в центре установлен неподвижный диск, контактирующий с подвижным диском, закрепленным на нем вертикальным валом с подвижными дисками, выведенный через крышку (Заявка №2002101189/06, 2002, РФ).
Известный жидкостный теплоаккумулятор использован в количестве одного и более в предлагаемом техническом решении.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является устройство для преобразования энергии волн в электрическую энергию, содержащее опору, расположенный на ней электрогенератор и размещенные на его валу консольно поплавки (А.С. 1121481, СССР).
Известное устройство не предназначено для преобразования энергии ветра в тепловую и электрическую энергии.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности круглый год получать тепловую и электрическую энергию с использованием энергии ветра в различных регионах России.
Указанный технический результат достигается тем, что ветровая теплоэлектрическая станция, содержащая опору с прямоугольного сечения консольной балкой, с поддерживающими ее колоннами, электрогенераторы, теплогенераторы и теплоаккумулятор, контактирующие с валом ветродвигателя через редуктор и горизонтальный вал, силовой электрощит и электроаккумулятор, согласно изобретению к нижней части балки, в начале и конце ее, на горизонтальном валу установлены электрогенераторы, соединенные между собой через редуктор и горизонтальный вал, на котором жестко закреплены эксцентрики, контактирующие через плиты и винтовые пружины с механизмом преобразования механической энергии в тепловую, размещенным внутри теплогенераторов. Редуктор имеет вертикальный вал, через муфту механически сообщен с валом ветродвигателя, который имеет датчик вращения, электрически соединенный с электромагнитными муфтами, установленными на горизонтальном валу по обе стороны редуктора. Редуктор через муфту и вал теплоаккумулятора соединен с механизмом преобразования механической энергии в тепловую, размещенным в его корпусе. Электрические нагреватели, размещенные в нижней части теплогенераторов через провода электрически связаны с силовым электрощитом, установленным возле опоры. Электрический аккумулятор, установленный рядом с теплоаккумулятором, электрически сообщен с электрогенераторами и, через силовой электрощит, с потребителями электрической энергии.
На фиг.1. изображена ветровая теплоэлектрическая станция, вид сбоку; на фиг.2. - жидкостный теплоаккумулятор, в разрезе; на фиг.3. - ветровой теплогенератор в разрезе; на фиг.4. - станция, вид сверху.
Ветровая теплоэлектрическая станция содержит опору 1 с прямоугольного сечения консольной балкой 2, с поддерживающими ее колоннами 3. К нижней части балки 2, в начале и конце ее, на горизонтальном валу 4 установлены электрогенераторы 5 и 6, соединенные между собой через редуктор 7 и вал 4.
На валу 4 жестко закреплены эксцентрики 8 и 9, контактирующие через плиты 10 и 11, винтовые пружины 12 и 13 с механизмом преобразования механической энергии в тепловую, размещенным внутри теплогенераторв 14 и 15 соответственно.
Редуктор 7 имеет вертикальный вал 16, через муфту 17 механически сообщен с валом 18 ветродвигателя (не показан). Электромагнитные муфты 19 и 20, установленные на валу 4, электрически соединены с датчиком вращения, установленным на валу 18 (не показан). Теплогенераторы 14 и 15 имеют змеевики 19'', через патрубки 20'' соединенные с системами отопления и горячего водоснабжения или с теплоаккумулятором 21.
Электрические нагреватели 22 через провода (не показаны) электрически связаны с силовым электрощитом 23, установленным возле опоры 1. Теплоаккумулятор 21 имеет вал 24, через муфту 25 и редуктор 7 сообщен с ветродвигателем. Через патрубки 26 теплоаккумулятора 21 горячая вода поступает для догрева от теплогенераторов 14 и 15 или иных источников тепла, а патрубки 27 сообщены с системами отопления и горячего водоснабжения. Электрический аккумулятор 28, установленный рядом с теплоаккумулятором, электрически сообщен через провода с электрогенераторами 5 и 6, а также с потребителями электроэнергии через силовой электрощит 23.
Теплоаккумулятор 21, см. фиг 2, содержит теплоизолированный цилиндрический корпус 29, крышку 30 и цилиндр 31, установленный коаксиально корпусу 29.
В крышке 30 установлен вертикальный вал 24, который внизу жестко соединен с подвижным диском 32, имеющим лопасти 33, и установлен на неподвижном диске 34, закрепленном в центре днища 35 корпуса 29. Неподвижный диск 34 имеет осевое отверстие 36, в котором расположен хвостовик 37 вала 24, и радиальные отверстия 38. К валу 24, в пределах корпуса 29, прикреплены подвижные диски 39, а к внутренней стенке цилиндра 31 прикреплены пустотелые диски 40, сообщенные между собой трубками 41, установленными в крышке 30.
В полости 42 между корпусом 29 и цилиндром 31 установлен змеевик 43, соединенный патрубками 26 входа и выхода нагретой жидкости от теплогенераторов 14 и 15. Между витками змеевика 43 закреплены на каркасе 44 капсулы 45 с теплоаккумулирующим составом (парафин) в виде блоков (2, 4, 6 и т.д.) по окружности корпуса 29.
Полость 42 заполнена жидкостью, например водой, и через патрубки 27 сообщена с системой отопления. Пустотелые диски 40 через трубки 41 заполнены теплоаккумулирующим составом, закрыты пробками 46. Пространство внутри цилиндра 31 заполнено высоковязкой жидкостью, например веретенным или трансформаторным маслом, теплогенераторы 14 и 15 также заполняются высоковязкой жидкостью.
Для привода теплогенераторов 14 и 15 и теплоаккумулятора 21 могут использоваться ветродвигатели известных конструкций. Преобразовательные механизмы энергии - это механизмы, которые за счет вращения, перемещения, в определенных условиях, преобразуют механическую энергию в тепловую или электрическую.
Теплогенераторы 14 и 15 имеют одинаковые конструкции. Эксцентрик 8, закрепленный на валу 4, контактирует с плитой 10 (см. фиг.3). Перфорированные диски 47, размещенные горизонтально внутри теплогенератора 14, имеют концентрические отверстия (не показаны) и через штанги 48 соединены с концами коромысел 49. Внутренние концы коромысел 49 через серьги прикреплены к плите 10, к нижней части которой прикреплен шток 50, соединенный жестко с перфорированной мембраной 51, имеющей концентрические отверстия (не показаны), наружная часть мембраны 51 с зазором размещена между кольцами 52 и 53, жестко прикрепленными к внутренней стенке теплогенератора 14. Между днищем 54 и мембраной 51 установлен электрический нагреватель 22, электрически связанный через провода с силовым электрощитом 23.
На крышке 58 установлены опорные стойки 56 коромысел 49, контактирующие с ними втулками 57, имеющие свободное перемещение в вертикальной плоскости. Пружина 12 верхним концом контактирует с плитой 10, а нижним установлена на крышке 58.
Змеевик 19, установленный внутри теплогенератора 14 по его внутренней образующей через патрубки 20 соединен, например, с системой отопления или горячего водоснабжения объектов. Между перфорированными дисками 47 на штангах 49 вертикально установлены теплоаккумулирующие капсулы 59, заполненные теплоаккумулирующим составом, выполненные в виде полуцилиндров и скрепленные между собой дисками 60, внутренними окружностями жестко прикрепленными к поверхностям капсул 59, например, на сварке.
Диски 47 жестко прикреплены к штангам 48, имеют концентрические отверстия на своей поверхности. В среднем диске 47 отверстия смещены на диаметр d по отношению к верхнему и нижнему дискам 47. Теплогенератор 14 заполняется высоковязкой жидкостью, например веретенным маслом, до покрытия верхнего витка змеевика 19. Между уровнем залитого масла и крышкой 58 остается зазор высотой не менее 4d (d - диаметр отверстий в дисках 47).
Ветровая теплоэлектрическая станция работает следующим образом. При появлении ветра достаточной силы вращается вал 18 ветродвигателя и вал 24 теплоаккумулятора 21. Датчик вращения дает сигнал включения электромагнитной муфты 19 и, тем самым, начинает вращение вал 4. Эксцентрики 8 и 9 воздействуют своими кулачками на плиты 10 и 11 и, тем самым, приводят в действие механизмы преобразования механической энергии в тепловую в обоих теплогенераторах 14 и 15. Механизм преобразования механической энергии в тепловую будет работать (вращение дисков) и в теплоаккумуляторе 21. Нагретая вода до температуры 50-60°С в теплогенераторах 14 и 15 может быть использована непосредственно потребителем на бытовые нужды или поступить через патрубки 26 теплоаккумулятора 21 для догрева до температуры 95°С и выше и далее подана в систему отопления. Полученная в электрогенераторе 5 электроэнергия будет поступать в электрический аккумулятор 28. При более сильном ветре датчик вращения включит в работу дополнительно электромагнитную муфту 20 и, тем самым, электрогенераторы 5 и 6 оба начнут заряжать электрический аккумулятор 28. При временном прекращении ветра теплоаккумулурующие вещества в капсулах, размещенные в корпусах теплогенераторов 14 и 15 и теплоаккумуляторе 21, будут поддерживать кратковременно тепловой режим отопления и горячего водоснабжения в допустимых пределах.
При длительном отсутствии ветра в теплогенераторах 14 и 15 автоматически включаются в работу электрические нагреватели 22, подключенные к электрощиту 23. При возобновлении ветра достаточной силы электрические нагреватели 22 отключают и процесс нагрева воды повторится.
В межотопительный период, из-за снижения тепловой нагрузки, в работе может быть оставлен один теплогенератор 14, а эксцентрик 9 у теплогенератора 15 размонтирован. У теплоаккумулятора 21 размонтируется муфта 25 и он будет выведен из работы. Весь летний период при работе ветродвигателя, при включенных электромагнитных муфтах 19 и 20, электрогенераторы 5 и 6 через электрощит 23 будут обеспечивать потребителей электрической энергией.
Предлагаемая ветровая теплоэлектрическая станция на опоре 1 с одной, тремя (фиг.4) или пятью консольными балками может при наличии ветра обеспечить тепловой и электрической энергией поселки или не большие города России.