ВЕТРОВОЙ ТЕПЛОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
WIND-DRIVEN HEAT ELECTRIC GENERATOR

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветротеплогенераторам, использующих энергию ветра для нагрева воды и получения электрической энергии.
Известен калориметр с жидкостью, содержащий корпус, внутри которого погружена ось с вращающими лопатками и перегородками между ними (А.И.Гомонова. Пособие по физике. Учебник. М., Издательство МГУ, 1991, стр.173, рис.10.4)
Известный калориметр преобразует механическую энергию, поступающую от внешнего двигателя, в тепловую в малых количествах. Применяется в основном в лабораторной практике.
Известна ветроэнергетическая аккумулирующая установка Парахина И.Е., содержащая ветродвигатель с силовым валом, инерционный аккумулятор с приводным валом, электрический генератор и емкость, в которой плавает полый сосуд (a.c. 1195043, СССР).
Известная установка, по замыслу автора, при наличии аккумулятора сглаживает колебания порывов ветра и предназначена в основном для обеспечения потребителей электроэнергией.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному решению является устройство для одновременной очистки внутренних поверхностей нескольких трубчатых заготовок, включающее емкость с крышкой, барабан с приводом для его вращения, содержащий две конические поверхности, в верхней из них в оправках установлены трубчатые заготовки, контактирующие с кольцевым упором, прикрепленным через траверсу к крышке (а.с. 307204, СССР).
Технический результат, заключающийся в компактности и уменьшении металлоемкости конструкции, увеличении завихряющих устройств и коэффициента преобразования механической энергии в тепловую, с одновременным получением электрической энергии, и все это обеспечивается за счет того, что ветровой теплоэлектрический генератор, включающий цилиндрический корпус с крышкой и днищем, вертикальный вал, размещенный в опорно-упорном подшипнике, патрубки входа холодной и выхода горячей воды, электрический генератор, барабан и закручивающее устройство, согласно изобретению внутри корпуса размещен приводной вал, жестко связанный с барабаном, выполненным из двух конических стаканов, верхнего и нижнего, торцы которых соединены крепежными штырями, контактирующими со ступенчатым пустотелым кольцом, жестко прикрепленным к внутренней стенке корпуса. В верхнем стакане выполнены отверстия, в которые с зазором вставлены толстостенные трубки под углом 45-50° к вертикальной оси, имеющие с торцов крыльчатки, а также отверстия, сообщающие внутреннюю полость барабана с полостью корпуса. Трубки контактируют с толстостенным кольцом, прикрепленным сверху к пустотелому кольцу-шайбе, имеющему концентрические отверстия, жестко прикрепленному к внутренней стенке корпуса. В нижнем стакане выполнены в два яруса, в шахматном порядке, прямоугольные отверстия, в которые вставлены лопатки с фиксацией их выпадения из отверстий, на дне стакан имеет пропеллерную крыльчатку, в ступице которой закреплен вал электрического генератора, размещенный в опорно-упорном подшипнике в днище корпуса. Через провода электрогенератор электрически соединен с аккумулятором и щитком, в нижней части корпуса, слева, установлен патрубок с задвижной входа холодной воды, а в верхний части корпуса, справа, установлен патрубок с задвижкой, входа холодной воды, а в верхней части корпуса, справа, установлен патрубок с задвижкой выхода горячей воды. К корпусу сбоку по образующей установлены переливные трубы. Кольцо, кольцо-шайба и ступенчатое кольцо заполнены теплоаккумулирующим составом, изменяющим свое агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур.
На чертеже изображен ветровой теплоэлектрический генератор, общий вид.
Ветровой теплоэлектрический генератор включает цилиндрический корпус 1, переходящий внизу в коническую часть 2 с днищем 3 и сверху с крышкой 4 (теплогенератор). Вертикальный приводной вал 5, установленный в опорно-упорном подшипнике 6 в крышке 4, имеет сверху муфту 7 для приема мощности (вращения) и жестко связан с барабаном 8, выполненным из двух конических стаканов, верхнего 9 и нижнего 10, торцы которых соединены крепежными штырями (не показаны), контактирующими со ступенчатым пустотелым кольцом 11, жестко прикрепленным к внутренней стенке корпуса 1. В стакане 9 выполнены отверстия 12, в которые с зазором вставлены толстостенные трубки 13 под углом 45-50° к вертикальной оси, имеющие с торцов крыльчатки 14 и 15. а также отверстия 16, сообщающие внутреннюю полость барабана 8 с полостью корпуса 1. Трубки 13 контактируют с толстостенным кольцом 17, прикрепленным сверху к пустотелому кольцу-шайбе 18, имеющему концентрические отверстия 19, жестко прикрепленному к внутренней стенке корпуса 1. В стакане 10 выполнены в два яруса, в шахматном порядке, прямоугольные отверстия 20, в которые вставлены лопатки 21 с фиксацией их от выпадения известными способами из отверстий 20. На дне стакан 10 имеет пропеллерную крыльчатку 22, в ступице 23 которой закреплен вал 24 электрического генератора 25, размещенный в опорно-упорном подшипнике 26 в днище 3 корпуса 1. В нижней части корпуса 1, слева, установлен патрубок 27 с задвижкой 28 входа холодной воды, а в верхней части корпуса 1, справа, установлен патрубок 29 с задвижкой 30 выхода горячей воды. В крышке 4 установлены воздушный вентиль 31 и термометр 32, а к корпусу 1 сбоку по образующей установлены переливные трубы 33, не менее 2-х штук. Корпус 1 установлен на стойках 34 на плите 35, а электрический генератор 25 постоянного тока установлен на стойках 36 и через провода 37 электрически соединен с электроаккумулятором и щитком (не показаны). Кольцо 17, кольцо-шайба 18 и ступенчатое кольцо 11 заполнены теплоаккумулирующим составом, изменяющим свое агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур.
Приводным двигателем могут быть ветродвигатели с вертикальным валом (карусельные, роторные, барабанные и др.) существующих конструкций. Переливные трубы 33 связывают верхнюю полость корпуса 1 с нижней. Они обеспечивают циркуляцию жидкости в корпусе и частично обогрев помещения. Генератор постоянного тока существующих конструкций установлен вертикально с удлиненным вверх валом через опорно-упорный подшипник в днище корпуса теплогенератора.
Ветровой теплоэлектрический генератор работает следующим образом.
В начале отопительного периода корпус 1 заполняют жидкостью (водой). Для этого открывают воздушный вентиль 31 на крышке 4 и задвижку 28. Вода начнет заполнять корпус 1, при появлении ее из вентиля 31 закрывают задвижку 28 и затем вентиль 31. Подсоединяют муфту 7 вала 5 к муфте ветродвигателя (не показаны). При наличии ветра достаточной силы начнут вращаться вал 5, барабан 8, трубки 13 с крыльчатками 14 и 15, а также вал 24 электрического генератора 25. Беспрерывное вращение (механическая работа) трубок 13 с крыльчатками 14 и 15, лопаток 21 в объеме жидкости преобразуется в тепловую энергию. Трение периферийной части барабана 8 о ступенчатое кольцо 11 также преобразуется в тепло. Нагретая в корпусе жидкость передает через стенку, крышку 4 и переливные трубы 33 тепло в оттапливаемое помещение, а также теплоаккумулирующему составу, находящемуся в кольце 17, кольце-шайбе 18 и ступенчатом кольце 11, пропеллерная крыльчатка 22 засасывает жидкость со дна корпуса 1 и через отверстия 16 выталкивает ее в верхнюю часть корпуса 1. По переливным трубам 33 жидкость опускается вниз корпуса и снова проталкивается крыльчаткой 22 вверх. Циркуляция и нагрев жидкости будут продолжаться при наличии ветра достаточной силы. Одновременно вал 24 электрогенератора 25 будет вращать его ротор (не показан) и тем самым вырабатывать постоянный электрический ток, поступающий на подзарядку аккумулятора или непосредственно на электрический щиток.
При временном прекращении ветра теплоаккумулирующий состав в кольце 17, кольце-шайбе 18 и ступенчатом кольце 11 будет отдавать тепло жидкости в корпусе 1 и через его стенку поступать в оттапливаемое помещение. Заряженный аккумулятор после остановки генератора 25 будет освещать помещение на другие постройки. При возобновлении ветра достаточной силы ветровой теплоэлектрический генератор будет работать в штатном режиме, снабжать объект тепловой и электрической энергиями.
В межотопительный период нагретая в корпусе 1 вода расходуется на бытовые нужды, для этого открывают задвижку 30 и при наличии температуры 50-60°С открывают задвижку 28. При отсутствии ветра нагрев воды в корпусе 1 не производится, заряженные аккумуляторы будут освещать объекты до их полной разрядки.
Предлагаемый ветровой теплоэлектрический генератор компактен, прост по конструкции, надежный в эксплуатации, бесшумен, а потому найдет применение на автономных точках: турбазах, садовых домиках, чабанских вагончиках, фермерских хозяйствах и др. объектах.