УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
ELECTRIC POWER GENERATION DEVICE

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности, к способам выработки электричества, например, за счет движущегося потока автотранспорта.
Известно устройство для получения электрической энергии при движении железнодорожного состава с помощью ветрогенератора, снабженное установленным с возможностью вращения на опорах от движущегося поезда ротором и соединенным с ним посредством цепной передачи генератором (см. патент РФ №2455182, 2012 г.). Однако, применение данного устройства для автотранспорта невозможно из-за отличия по габаритам, а также потому, что поток воздуха, создаваемого при движении автотранспорта, гораздо меньше, чем при движении поездов.
Наиболее близкой по совокупности признаков к заявляемому изобретению (прототипом) является энергетическая установка, основанная на принципе преобразования механической энергии проезжающего автотранспорта в электрическую энергию (см. патент РФ 2359152, 2009 г.). Устройство содержит дорожное полотно, проезжую часть, шарнирно соединенную с подпружиненным штоком, реверсивный преобразователь возвратно-поступательного движения штока во вращательное движение вала генератора, аккумуляторные батареи, размещенные в подвале под проезжей частью, при этом проезжая часть снабжена ребрами жесткости и выполнена из предварительно выгнутого гибкого материала, концы которого находятся на уровне дорожного полотна, причем один конец проезжей части шарнирно закреплен с подпором подвала, а другой конец снабжен натягивающим устройством и роликом, опирающимся на подпятник, а в подвале установлены упоры-ограничители с демпферами.
Недостатками данного устройства являются отсутствие возможности использования устройства в качестве бесперебойного источника электроэнергии, так как проезд по автодороге различных по массе автотранспортных средств делает частоту вращения вала генератора непостоянной. Также, для ремонта конструктивных элементов устройства необходимо останавливать дорожное движение, что создает различные неудобства при организации дорожного движения.
Техническая задача - создание устройства для бесперебойной выработки электроэнергии за счет движения автотранспорта.
Она достигается тем, что в известном устройстве, содержащем дорожное полотно, аккумуляторные батареи и генератор, дополнительно имеется система рабочих сжимаемых элементов, выполненных в виде армированных синтетическими нитями полиуретановых трубок диаметром 50-60 мм, жестко закрепленных на проезжей части дорожного полотна под углом 20-25° к направлению движения автотранспорта и снабженных термоусаживаемой защитной гибкой оплеткой, рабочая магистраль, выполненная в виде замкнутой циркуляционной системы из пластиковых трубок диаметром 40-45 мм, снабженная жестко закрепленным на высоте 100-150 см над уровнем дорожного полотна расширительным баком, выполненным в виде пластиковой емкости, объем которой зависит от параметров устройства - диаметра трубок рабочей магистрали и диаметра рабочих сжимаемых элементов, поворотными обратными клапанами и капсульным гидрогенератором, снабженным горизонтальной поворотно-лопастной турбиной и генератором, при этом к капсульному гидрогенератору жестко присоединен трансформатор, который жестко соединен с системой резервного электроснабжения, выполненной в виде инверторно-аккумуляторной системы, содержащей аккумуляторные батареи и передающей потребителю вырабатываемую капсульным гидрогенератором электроэнергию, причем система рабочих сжимаемых элементов, рабочая магистраль и расширительный бак заполнены рабочей жидкостью - автомобильным антифризом.
Система рабочих сжимаемых элементов, выполненных в виде армированных синтетическими нитями полиуретановых трубок, обеспечивает за счет упругой деформации полиуретановых трубок стабильный поток рабочей жидкости при движении автотранспорта, направленный к капсульному гидрогенератору. Предлагаемый материал трубок обладает существенными преимуществами по сравнению с аналогичными материалами: легкость, гибкость, эластичность, стойкость к истиранию; устойчивость к гидролизу, стойкость к воздействию озона, масел, топлива, растворителей, микроорганизмов; устойчивость к воздействию кислот, кетонов и эфиров; достаточная абразивная устойчивость; рабочая температура от -40°С до +90°С; отсутствие токсичности.
Диаметр полиуретановых трубок в диапазоне 50-60 мм не препятствует нормальному движению автотранспорта и обеспечивает необходимую скорость потока рабочей жидкости для стабильного вращения горизонтальной поворотно-лопастной турбины капсульного гидрогенератора.
Установка рабочих сжимаемых элементов на дорожном полотне под углом 20-25° к направлению движения автотранспорта способствует повышению КПД устройства за счет попеременной упругой деформации рабочих сжимаемых элементов колесами автотранспортных средств.
Рабочие сжимаемые элементы снабжены термоусаживаемой защитной гибкой оплеткой, которая обеспечивает защиту рабочих сжимаемых элементов от абразивного воздействия (перетирания); защиту от механических повреждений; дополнительное армирование. При этом установка такой оплетки не влияет на гибкость рабочих сжимаемых элементов. К преимуществам термоусаживаемой защитной гибкой оплетки следует отнести также: отсутствие высокую прочность на разрыв, отсутствие остаточной деформации в процессе эксплуатации, маслостойкость, бензостойкость, стойкость к охлаждающим и тормозным жидкостям, отсутствие галогенов, кадмия и фосфора, малый вес, диапазон рабочих температур от -40°С до +150°С.
Рабочая магистраль, выполненная в виде замкнутой циркуляционной системы из пластиковых трубок, необходима для устойчивой циркуляции рабочей жидкости и поддержания необходимого давления рабочей жидкости в устройстве. Материал конструктивных элементов рабочей магистрали обеспечивает долгосрочную и надежную эксплуатацию устройства в любых климатических и погодных условиях. Диаметр пластиковых трубок в диапазоне 40-45 мм способствует усилению турбулентного потока рабочей жидкости по направлению к горизонтальной поворотно-лопастной турбине.
Расширительный бак, выполненный в виде пластиковой емкости, необходим для приема прироста объема антифриза в устройстве, образующегося при его нагревании, для поддержания определенного гидростатического давления и восполнения убыли объема антифриза в устройстве при незначительной утечке и при понижении его температуры.
Расширительный бак жестко закреплен на высоте 100-150 см над уровнем дорожного полотна для обеспечения необходимого давления рабочей жидкости в устройстве.
Применение в устройстве поворотных обратных клапанов обеспечивает пропуск рабочей жидкости в определенном направлении и устраняет возможность ее движения в обратном направлении. Данное оборудование является полностью герметичным и автоматическим и не требует стороннего вмешательства.
Капсульный гидрогенератор с горизонтальной поворотно-лопастной турбиной необходим для генерации электроэнергии от потока рабочей жидкости в устройстве. Данная турбина применяется в устройстве в связи с относительно невысоким давлением и напором рабочей жидкости в устройстве. Капсульный гидрогенератор обладает существенными достоинствами: имеет относительно малые габариты, обеспечивает отсутствие утечек рабочей жидкости, возможно размещение всех подвижных частей капсульного гидрогенератора внутри рабочей магистрали. К тому же, в данном случае капсульный генератор и горизонтальная поворотно-лопастная турбина образуют единую конструкцию, а поток рабочей жидкости, проходящий через турбину, омывает капсульный гидрогенератор, что способствует более интенсивному его охлаждению.
Трансформатор, жестко присоединенный к капсульному гидрогенератору, необходим для стабилизации напряжения, вырабатываемого гидрогенератором.
Система резервного электроснабжения, выполненная в виде инверторно-аккумуляторной системы и снабженная аккумуляторными батареями, жестко соединена с трансформатором и необходима для передачи потребителю электроэнергии, вырабатываемой капсульным гидрогенератором. Данная система обладает значительными преимуществами: моментальное переключение на аккумуляторные батареи во время пропадания напряжения от трансформатора и обратное действие после появления напряжения; отсутствие перебоев напряжения; защита электроники и приборов от посадок напряжения, перекоса фаз, перенапряжений; выдерживание высоких одномоментных пусковых токов во время запуска оборудования; отсутствие технического обслуживания; бесшумная работа системы; экологическое использования, без вредного влияния на окружающую среду; возможность перераспределения мощности генератора между питанием потребителя и зарядом аккумуляторных батарей, с поддержкой его нагрузки на должном уровне; повышение срока службы генератора; точный расход энергии аккумуляторных батарей.
В качестве рабочей жидкости в устройстве применяется автомобильный антифриз, поскольку данный материал обладает существенными техническими достоинствами: отсутствие замерзания; не требуется периодический слив рабочей жидкости из устройства; отсутствие агрессивного воздействия рабочей жидкости на материалы конструктивных элементов устройства; не вызывает образования коррозии, пены и накипи на оболочках конструктивных элементов устройства.
На чертеже изображено предлагаемое устройство.
Устройство содержит дорожное полотно 1, жестко закрепленную на нем систему рабочих сжимаемых элементов 2, выполненных в виде армированных синтетическими нитями полиуретановых трубок, снабженных термоусаживаемой защитной гибкой оплеткой 3, рабочую магистраль 4, выполненную в виде замкнутой циркуляционной системы из пластиковых трубок, которые заполнены рабочей жидкостью - автомобильным антифризом 5, расширительный бак, выполненный в виде пластиковой емкости 6, жестко прикрепленной к рабочей магистрали 4 и заполненной рабочей жидкостью 5, капсульный гидрогенератор 7, содержащий генератор 8 и горизонтальную поворотно-лопастную турбину 9 и расположенный внутри рабочей магистрали 4, поворотные обратные клапаны 10 и 11, жестко закрепленные в рабочей магистрали 4, трансформатор 12, жестко присоединенный к капсульному гидрогенератору 7, систему резервного электроснабжения, выполненную в виде инверторно-аккумуляторной системы 13, жестко соединенной с трансформатором 12 и снабженной аккумуляторными батареями (на чертеже не показаны).
Устройство работает следующим образом. На дорожном полотне 1 жестко закреплена система рабочих сжимаемых элементов, выполненных в виде армированных синтетическими нитями полиуретановых трубок 2, по ширине дорожного полотна 1 под углом 20-25° к направлению движения автотранспорта в зависимости от скорости и плотности потока автотранспорта. Рабочие сжимаемые элементы 2 заполнены автомобильным антифризом 5, который протекает под возникающим давлением из расширительного бака 6 через поворотный обратный клапан 10. При наезде колесами автомобилей на рабочие сжимаемые элементы 2 автомобильный антифриз 5 под давлением и с достаточно высокой скоростью протекает через поворотный обратный клапан 11 и приводит во вращение горизонтальную поворотно-лопастную турбину 9 капсульного гидрогенератора 7, который в результате работы генератора 8, вырабатывает электроэнергию и передает ее потребителю через трансформатор 12 и систему резервного электроснабжения, выполненную в виде инверторно-аккумуляторной системы 13. Рабочая жидкость 5 по рабочей магистрали 4 попадает в расширительный бак 6, где хранится под давлением. Рабочая жидкость 5 из расширительного бака 6 поступает в рабочие сжимаемые элементы 2 за счет разницы давления, так как в расширительном баке 6 рабочая жидкость 5 находится под более высоким давлением, чем в рабочих сжимаемых элементах 2.
Расширительный бак 6 должен находиться на высоте 100-150 см над уровнем дорожного полотна 1, чтобы находящаяся в нем рабочая жидкость 5 беспрепятственно протекала в рабочие сжимаемые элементы 2 после выдавливания из них рабочей жидкости 5 автотранспортом. Поворотные обратные клапаны 10 и 11 обеспечивают течение рабочей жидкости 5 в одном направлении. После выталкивания рабочей жидкости 5 из рабочих сжимаемых элементов 2, открывается поворотный обратный клапан 10 за счет создаваемой разности давления, а поворотный обратный клапан 11 открывается после механического воздействия давлением на рабочие сжимаемые элементы 2 также за счет создаваемой разности давления рабочей жидкости 5.
Положительный эффект предлагаемого устройства - предлагаемое устройство позволяет повысить эффективность выработки и передачи электроэнергии за счет движущегося автотранспорта.