ВЕТРОТЕПЛОГЕНЕРАТОР

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и может быть использована для отопления небольших зданий.
Заявляемое техническое решение относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии новых и возобновляемых источников энергии», так как позволяет решить проблему отопления небольших зданий в различных регионах, в том числе в условиях Крайнего Севера. Известно, что использование для теплоснабжения таких объектов в качестве теплогенераторов котельных, работающих на твердом, жидком или газообразном топливе, предполагает подвоз топлива и подвод газопровода, а также затраты труда обслуживающего персонала, что не всегда экономически оправдано.
Известна ветроэлектрическая установка [Ревель П., Ревель Ч. Среда нашего обитания. Энергетические проблемы человечества. М.: Мир, 1995, с.291]. Такие местные ветроэлектрические установки обычно используют для уменьшения затрат на получение тепла, устанавливая их в параллель к существующим внешним источникам электроэнергии.
Признаком аналога, совпадающим с существенным признаком заявляемого устройства, является использование энергии ветра для получения тепла.
Недостатком аналога являются низкие эксплуатационные возможности устройства из-за невозможности получения тепла без использования электрического генератора и котла, питающегося от генератора. Это приводит к усложнению и удорожанию системы отопления.
7
Известна ветроэнергетическая установка для совместной выработки электрической и тепловой энергии, которая предназначена для автономного электро- и теплоснабжения потребителей объектов, где отсутствуют возможности подачи тепловой и электрической энергии от внешней энергосистемы [Патент РФ №2171913, МПК F03D 9/00, опубликовано 10.08.2001].
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются назначение устройства - получение тепловой энергии от ветроэнергетической установки и наличие ветроколеса.
Недостатком аналога также является низкие эксплуатационные возможности устройства, заключающиеся в необходимости использования электрогенератора для получения тепла, что усложняет и удорожает установку.
7
За прототип принят ветротеплогенератор [Патент РФ №2231687, МПК  F03D 9/00, опубликовано 27.06.2004], предназначенный для отопления и горячего водоснабжения различных зданий и сооружений, потребность в теплоте которых не превышает 400 ГДж/ч.
Признаками аналога по патенту РФ №2231687, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются: наличие ветродвигателя и механического нагревателя, выполнение ветродвигателя в виде пропеллера на валу, расположенном в поворотном редукторе с флюгером на верху неподвижной мачты, расположение механического нагревателя под неподвижной мачтой, установка поворотного редуктора на подшипниковом узле.
Из сравнительного анализа технических решений по патентам РФ №2171913 и №2231687 следует, что энергию ветра значительно эффективнее преобразовывать с помощью ветроустановки непосредственно в теплоту, а электроэнергию из внешних сетей использовать в том случае, когда мощности ветротеплоустановки недостаточно. Именно такое техническое решение предложено в ветротеплогенераторе по патенту РФ №2231687.
Недостатком прототипа, ветротеплогенератора по патенту РФ №2231687, является отсутствие устройства для перекачивания нагретой жидкости из генератора тепла к его накопителю. Этот недостаток ухудшает эксплуатационные свойства ветротеплогенератора, так как мачту необходимо устанавливать на высоком месте, а потребителя тепла в низине, для защиты от ветра. При таком расположении генератора тепла и потребителя тепла термосифонная циркуляция жидкости невозможна, а установка отдельного насоса, приводимого от дополнительного источника энергии, усложняет систему отопления. Кроме того, отсутствие следящего устройства за температурой выходящей из генератора жидкости приводит к нестабильной работе системы отопления.
Заявляемая полезная модель направлена на решение задачи по преобразованию энергии ветра в теплоту, минуя этап преобразования энергии ветра в электроэнергию.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении эксплуатационных свойств ветротеплогенератора путем обеспечения принудительной циркуляции жидкости независимо от мест расположения отапливаемого здания и ветротеплогенератора по высоте.
Технический результат достигается тем, что ветротеплогенератор, содержащий ветродвигатель в виде пропеллера на валу, расположенном в поворотном редукторе с флюгером на верху неподвижной мачты, механический нагреватель, расположенный под неподвижной мачтой, и поворотный редуктор, установленный на подшипниковом узле и имеющий конические шестерни, согласно полезной модели, дополнительно содержит центробежный насос, механический нагреватель выполнен в виде гидравлического тормоза с подвижными и неподвижными стержнями, при этом центробежный насос расположен под гидравлическим тормозом и лопатки центробежного насоса закреплены на валу гидравлического тормоза, а на выходе из гидравлического тормоза установлен термостат.
Введение центробежного насоса в ветротеплогенератор позволяет достичь независимую по высоте установку ветротеплогенератора относительно здания. Расположение центробежного насоса под гидравлическим тормозом позволяет достичь создания давления в выпускном трубопроводе ветротеплогенератора и обеспечить циркуляцию жидкости в системе отопления. Закрепление лопаток центробежного насоса на валу гидравлического тормоза обеспечивает перекачку теплоносителя через систему отопления здания без дополнительного насоса, потребляющего энергию. Выполнение механического нагревателя в виде гидравлического тормоза позволяет упростить конструкцию нагревателя жидкости, выполнение его с подвижными и неподвижными стержнями позволяет снизить стоимость гидравлического тормоза. Установка на выходе из гидравлического тормоза термостата приводит к предотвращению перекачивания не нагретого теплоносителя через систему отопления здания.
Другими словами, для совершенствования работы по стабилизации рабочего процесса системы отопления зданий от ветротеплогенератора гидравлический тормоз оснащен центробежным насосом, крыльчатка которого закреплена на продолжении вала гидравлического тормоза. При этом на выходе из гидравлического тормоза жидкость пропускается термостатом. Новым в заявляемом устройстве является совмещение гидравлического тормоза, выполняющего функцию теплогенератора, и центробежного насоса в одном корпусе. Кроме того, установка термостата на выходе жидкости из гидравлического тормоза улучшает стабильность работы системы отопления здания, исключая охлаждения здания непрогретым теплоносителем.
Заявляемая совокупность признаков позволяет произвольно размещать ветротеплогенератор и отапливаемое здание по высоте, сохраняя стабильность температуры жидкости, выходящей из ветротеплогенератора.
Отличия заявляемого технического решения от прототипа доказывают его соответствие условию патентоспособности «новизна».
Заявляемое устройство поясняется чертежом, где на фиг. схематично представлен ветротеплогенератор.
Ветротеплогенератор содержит ветродвигатель в виде пропеллера 1 на валу 2, расположенном в поворотном редукторе 3 с флюгером 4 на верху неподвижной мачты 5. Поворотный редуктор 3 установлен в подшипниковом узле 6 и сообщен посредством вала 7 с гидравлическим тормозом, состоящим из корпуса 8, заполненного низкозамерзающей жидкостью (на чертеже не показана), например, тосолом, установленных на валу 7 подвижных стержней 9, расположенных между неподвижными стержнями 10, закрепленными на стенке корпуса 8. В нижней части гидравлического тормоза под диском 11 установлена крыльчатка 12 центробежного насоса. На выходном патрубке центробежного насоса установлен термостат 13. Гидравлический тормоз сообщен с отапливаемым зданием 14 трубопроводом 15, в который встроены теплообменники 16, расположенные в отапливаемом здании 14.
Ветротеплогенератор работает следующим образом.
При вращении ветром пропеллера 1 механическая энергия через поворотный редуктор 3 посредством вала 7 передается гидравлическому тормозу, в котором вращающиеся на валу 7 подвижные стержни 9 создают тепловую энергию за счет трения жидкости о неподвижные стержни 10. Нагревающаяся жидкость просасывается через центральное отверстие диска 11 в полость центробежного насоса и крыльчаткой 12 подается к термостату 13. Термостат 13 открывает проход нагретой жидкости при достижении ею заданной температуры. При открытом термостате 13 жидкость циркулирует по трубам 15 через теплообменники 16 отапливаемого здания 14.
Такой ветротеплогенератор позволяет преобразовать энергию ветра в теплоту, минуя этап преобразования энергии ветра в электроэнергию, одновременно обеспечивая циркуляцию горячего теплоносителя независимо от мест расположения здания и ветротеплогенератора. Применение заявляемого ветротеплогенератора позволит дополнительно снизить капитальные и эксплуатационные затраты при получении тепловой энергии, что очень важно для отдаленных районов нашей страны, например, Крайнего Севера, снабжение топливом которых затруднено.