ФРИКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ
FRICTION HEATER

Изобретение относится к ветроэнергетике, а конкретно к получению тепловой энергии из энергии ветра, минуя преобразование энергии ветра в электрическую. Нагреватель может использоваться для отопления небольших сельских помещений либо для отопления производственных помещений, складов и т.п.
Известен «Фрикционный нагреватель» (а.св. SU №1627790, опубл. 15.02.91 г., бюл. №6), содержащий бак с нагреваемой средой, в котором соосно установлены неподвижный и соединенный с приводом вращения поворотный диски с торцовыми и боковыми поверхностями, причем поворотный диск снабжен лопастями, установленными на его боковой поверхности с уклоном в сторону неподвижного диска в направлении вращения, поворотный диск установлен с возможностью осевого перемещения и контакта его торцовой поверхности с торцовой поверхностью неподвижного диска. При увеличении скорости вращения лопасти все сильнее прижимают подвижный диск к неподвижному диску. В результате выработка тепла происходит при пониженных скорости вращения и потерях энергии в приводе и соединенном с последним ветродвигателе.
Недостатком является сложность конструкции, что влечет за собой значительную стоимость агрегата.
Известен «Теплогенератор фрикционный» (патент RU №2380625, опубл. 27.01.2010 г.), который включает цилиндрический корпус с крышкой и днищем, приводной вал, патрубки входа холодной и выхода горячей воды. Вверху вал через крышку и муфту соединен, например, с валом ветродвигателя, а внизу с помощью шпонки соединен с эксцентриковым подвижным диском гидромотора и свободно размещен в неподвижном диске, прикрепленном жестко к днищу корпуса. Гидромотор имеет радиально расположенные цилиндры, в которых размещены поршни, взаимодействующие с валом через шатуны и обод, взаимодействующий с подвижным диском, который контактирует с неподвижным диском. Гидромоторов внутри корпуса может быть два и более, причем сверху верхнего гидромотора, по его образующей, установлены ячейки, заполненные теплоаккумулирующим веществом фазового перехода.
Недостатком является сложность конструкции, что влечет за собой значительную стоимость агрегата.
Известно «Ветротепловая установка» (патент RU №2313692, опубл. 27.12.2007 г.), которая содержит ветроколесо с лопастями, валом, установленным с осевой подвижностью на оси вращения ветроколеса, фрикционный теплогенератор, установленный на поворотном устройстве опорной конструкции, патрубки связаны с внешней тепловой магистралью. Теплогенератор содержит конический ротор, установленный на валу в корпусе с внутренней конической поверхностью. Полый корпус состоит из двух частей: цилиндрической и конусной с конусностью 0,5-1,0°. Между одноименными торцами ротора и его корпуса, обращенными к ветроколесу, выполнен зазор. Боковая поверхность ротора по своей длине снабжена спиральной канавкой, а торец ротора со стороны, противоположной месту соединения ротора с валом, снабжен двумя штырями по окружности поперечного сечения ротора. В полости цилиндрической части корпуса установлен поршень насоса. Боковая цилиндрическая поверхность поршня снабжена зигзагообразным пазом, установленным в зацеплении с выступами на внутренней части боковой поверхности цилиндрической части корпуса. Поршень выполнен со сквозными отверстиями для масла и с возможностью осевой подвижки поршня относительно ротора. Противоположный от ротора торец поршня снабжен обратным клапаном, связанным с поршнем с возможностью перемещения относительно поршня, образуя вместе со стенкой поршневой части корпуса зазор. Входной и выходной патрубки расположены в роторной и поршневой части корпуса соответственно.
Недостатком является сложность конструкции, что влечет за собой значительную стоимость агрегата.
Известен «Фрикционный нагреватель» (патент RU №2244223, опубл. 10.01.2005 г.), принятый за прототип. Фрикционный нагреватель включает бак с нагреваемой жидкостью, в котором соосно установлены неподвижный и связанный с приводным валом с возможностью совместного осевого перемещения поворотный диски и гребной винт с рабочим усилием в направлении дисков, нагреватель, снабженный дополнительными неподвижными и поворотными дисками, причем гребной винт закреплен на приводном валу, а каждый из поворотных дисков установлен между двумя неподвижными дисками, и поплавка, размещенного над гребным винтом с возможностью вращения относительно приводного вала и осевого взаимодействия с последним.
Недостатком является сложность конструкции, что влечет за собой значительную стоимость агрегата.
Техническим результатом является упрощение конструкции, расширение возможностей устройства.
Технический результат достигается тем, что в фрикционном нагревателе, включающем бак с нагреваемой средой, в котором установлены неподвижные фрикционные элементы и связанные с приводным валом поворотные фрикционные элементы, установленные с зазором между ними, боковыми стенками и днищем бака, верхний поворотный фрикционный элемент выполнен в виде диска, нижний поворотный фрикционный элемент выполнен в виде кольца, а неподвижные фрикционные элементы выполнены в виде колодок, установленных с возможностью их взаимодействия с поворотными фрикционными диском и кольцом, между которыми установлены перемешивающие лопатки, при этом бак выполнен с отверстиями в нижней и боковой части.
Нижний поворотный фрикционный элемент может быть выполнен в виде кольца, шириной, равной ширине нижней фрикционной колодки.
Расстояние между поворотными фрикционными диском и кольцом больше их суммарной толщины.
Фрикционные колодки могут быть прижаты к диску и кольцу с помощью жестких пружин.
Верхний поворотный фрикционный элемент выполнен в виде диска для обеспечения максимальной площади нагрева и закрепления лопаток.
Нижний поворотный фрикционный элемент выполнен в виде кольца для циркуляции нагреваемой среды.
Поворотные фрикционные диск и кольцо и неподвижные фрикционные элементы, выполненные в виде колодок, установленных с возможностью их взаимодействия, в результате образуют фрикционные пары.
Выполнение бака с отверстиями в нижней и боковой части обеспечивает циркуляцию нагреваемой среды.
Зазор между поворотными фрикционными элементами и между ними и боковыми стенками и днищем бака обеспечивает циркуляцию нагреваемой среды.
Расстояние между поворотными фрикционными диском и кольцом больше их суммарной толщины обеспечивает теплообмен между фрикционными поверхностями и нагреваемой средой.
Фрикционные колодки могут быть прижаты к диску и кольцу с помощью жестких пружин, что обеспечит увеличение усилия прижима колодок к диску и кольцу, в результате выработка тепла происходит и при пониженной скорости вращения.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1, где изображено: 1 - опора; 2 - вал; 3 - ветродвигатель; 4 - бак с нагреваемой средой; 5 - отверстия на боковой части поверхности бака 4; 6 - плата; 7 - отверстия в нижней части бака 4, 8 - подпятник; 9 - фрикционный поворотный диск; 10 - перемешивающие лопатки; 11 - нижнее поворотное фрикционное кольцо; 12, 13 - неподвижные фрикционные колодки; 14, 15 - жесткая пружина; 16 - подшипник; стрелками показано движение нагреваемой среды.
Устройство работает следующим образом. При вращении ветродвигателя 3 вращается также вал 2 и размещенный на нем верхний фрикционный поворотный диск 9 с перемешивающими лопатками 10 и нижним поворотным фрикционным кольцом 11. В результате трения диска 9 о колодки 12, а кольца 11 о колодки 13 образуется тепловая энергия. Диск 9, кольцо 11 и лопатки 10 нагреваются и передают тепло нагреваемой среде, например воздуху, находящемуся в межлопаточном пространстве. При вращении диска 9 с лопатками 10 и кольцом 11 действием центробежной силы воздух непрерывно прокачивается, нагреваясь в межлопаточном пространстве, а проходя через отверстия 5 и 7, постепенно нагревает весь воздух, находящийся в данном помещении, или воду, находящуюся в дополнительном баке. Для нагрева воды устройство размещают в баке с водой. Подшипники 16 принимают нагрузку от вала 2.
Таким образом, устройство позволяет преобразовать энергию ветра в тепловую энергию при упрощении конструкции и позволяет нагревать воздух или жидкость.