ЭЛЕКТРОГЕНЕРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к энергетике, а именно к электрогенерирующим устройствам, преобразующим поток жидкой или газообразной среды в электрическую энергию.
Известен «Счетчик-расходомер» (Авт. св. СССР №371441, МПК G01F 3/00, БИ-12-73 г. ), содержащий корпус, рабочий орган, магнитную муфту, указатели суммарного количества и мгновенного расхода, при этом магнитная муфта снабжена полым металлическим цилиндром, закрепленным на подпружиненной оси, соединенной со стрелкой указателя мгновенного расхода.
Недостатком известного устройства является невозможность передачи силового крутящего момента с вала рабочего органа (крыльчатки) на вал электрогенератора.
4
Известен «Турбинный счетчик воды» (Авт. св. СССР №1413431, МПК G01F 3/00, БИ-28-88 г.), содержащий корпус, в котором последовательно расположены струе-выпрямитель и турбинка со ступицей, размещенная в подшипниках, а также счетный механизм, соединенный с турбинкой через червячную передачу, при этом ступица турбинки выполнена полой и подпружиненной с двух сторон упругими элементами, а турбинка и червячная передача связаны шлицевым соединением квадратного сечения.
Недостатком известного устройства является невозможность передачи силового крутящего момента с вала рабочего органа (крыльчатки) на вал электрогенератора.
Известен «Способ измерения расхода жидкости и устройство для его осуществления» (Патент РФ №2152128, МПК-7 Н03М 1/24, G01F 1/06, G01F 1/073, G01D 4/00, опубл. 27.06.2000 г.), при котором поток жидкости направляют на крыльчатку счетчика и заставляют ее вращаться вместе с закрепленным на ней магнитом, при этом вращающимся магнитным полем воздействуют на счетный геркон, при максимальном значении магнитного поля происходят замыкания контактов геркона, с помощью вычислительного устройства фиксируют замыкания контактов геркона, определяют их частоту, пересчитывают ее в расход воды, текущее значение расхода интегрируют по времени, а полученный результат в объемных единицах отображают на жидкокристаллическом индикаторе, причем устройство для измерения расхода жидкости содержит корпус датчика, имеющий входное и выходное отверстия, крыльчатку, установленную на оси в полости корпуса, по меньшей мере один магнит, установленный в верхней части крыльчатки, счетное устройство, заключенное в корпус, при этом счетное устройство содержит счетный геркон, взаимодействующий с магнитом крыльчатки и связанный с вычислительным устройством, выполненным в виде микросхемы, установленной на печатной плате, которая связана с цифровым жидкокристаллическим индикатором, источник электропитания, для управления счетным устройством на печатной плате выполнены контактные площадки, для доступа к которым в корпусе счетного устройства предусмотрены отверстия, кроме того, в корпусе счетного устройства над счетным герконом установлен защитный геркон, а на крышке блока счетного устройства выполнен ряд отверстий для связи с дополнительным управляющим устройством.
Недостатком известного устройства является невозможность передачи силового крутящего момента с вала рабочего органа (крыльчатки) на вал электрогенератора.
Известна «Установка преобразования энергии потока среды» (Патент РФ №2381379, МПК (2006.01) F03D 1/02, МПК (2006.01) F03B 13/10, опубл 10.02.2010 г.), содержащая трубу 1, внутри которой расположены первая турбина с первым электрогенератором и вторая турбина со вторым электрогенератором, первые и вторые средства центрирования соответственно кольцевого первого ротора 2 и кольцевого второго ротора 5. При этом кольцевой первый ротор 2 с первой турбиной и второй электрогенератор со второй турбиной выполнены в виде единого вращаемого блока, в котором внутренние части 8 лопаток 9.1-9.N первой турбины закреплены на втором статоре 7 во втором электрогенераторе. Внешние части 10 лопаток 9.1-9.N первой турбины закреплены на кольцевом первом роторе 2 в первом электрогенераторе. Обеспечивается повышение эффективности использования потока среды вдоль оси вращения единого вращаемого блока в виде кольцевого первого ротора с первой турбиной и второго электрогенератора со второй турбиной, в частности при малых скоростях потока среды через установку.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и технологии изготовления, что затрудняет возможность использования его в домовых водопроводных сетях.
Известно «Устройство преобразования энергии отработанной воды в электрическую энергию» (Патент РФ №2492352, МПК (2006.01) F03B 7/00, МПК (2006.01) F03B 13/00, опубл 10.09.2013 г.), содержащее вертикальный прямоточный канал в виде трубы с гидрогенератором, подключенным к нагрузке в нижней части, в которой расположен винт гидрогенератора с лопатками. В устройство дополнительно введена расширительная емкость, снабженная клапанами промывки, нижним и верхним воздушными патрубками, обеспечивающими соответственно поступление восходящего потока воздуха, дополнительно вращающего лопатки винта, и его стравливание. Лопатки винта имеют конусообразное сечение, предотвращающее накопление в местах соединения с валом отложений. Имеется система управления, накапливающая и перераспределяющая полученную энергию. Изобретение направлено на повышение эксплуатационной надежности и обеспечение стабильной работы.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, что снижает эффективность использования его в домовых водопроводных сетях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату и выбранным в качестве прототипа является электрогенерирующее устройство, описанное в статье «ГЭС в кране» (Журнал «Изобретатель и рационализатор», №9, 2008 г., с. 27), включающее корпус, выполненный в виде небольшой цилиндрической насадки на кран, внутри которой находится динамомашинка, работающая от крошечной гидротурбинки, вращаемой потоком воды, вытекаемой из крана. На корпусе устройства расположены светодиоды, ярко освещающие пространство под краном.
Таким образом, можно констатировать, что прототип содержит корпус, гидротурбинку, динамомашинку и нагрузку в виде светодиодов, причем механическое вращение вала гидротурбинки под действием напора протекающей воды передается на вал динамомашинки, а его вращение приводит к генерации электрического тока, поступающего на светодиоды, благодаря чему светодиоды светятся.
Термин «динамомашинка» (по прототипу) является устаревшим, поэтому он заменен на современный термин «электрогенератор».
Недостатком прототипа является невысокая эффективность устройства, т.к. генерация электрического тока происходит только во время пользования конкретным краном, с установленным на нем электрогенерирующим устройством.
Однако в домашней сети есть еще не только другие краны, но и другие приемники холодной воды, например унитазы, бойлеры, стиральные и посудомоечные машины, расход воды в которых значительно превышает расход воды в квартире через конкретный кран.
Задачей настоящей полезной модели является разработка новой конструкции электрогенерирующего устройства с достижением технического результата - повышения эффективности преобразования величины напора воды в сети в электрическую энергию.
Поставленная задача реализуется тем, что в «Электрогенерирующем устройстве», включающем корпус, гидротурбинку и электрогенератор, в корпусе расположены две камеры - герметичная и генераторная, между которыми расположена съемная герметичная перегородка, причем гидротурбинка выполнена в виде крыльчатки, размещенной внутри герметичной камеры, а электрогенератор расположен в генераторной камере, при этом крыльчатка соединена с электрогенератором с помощью ведущей и ведомой полумуфт, выполненных в виде дисков, с жестко укрепленными на них магнитами, кроме того, ведущая полумуфта жестко связана с крыльчаткой, а ведомая полумуфта расположена в генераторной камере и связана передачей с валом электрогенератора, выход которого соединен с электрической нагрузкой, кроме того, на каждой из полумуфт укреплены, по меньшей мере, по одному самарий-кобальтовому или неодимовому магниту, при этом магниты на двух полумуфтах расположены оппозитно и разноименными полюсами друг навстречу другу, ведущая полумуфта выполнена за одно целое с крыльчаткой, а корпус, крыльчатка, магнитная муфта, съемная перегородка и обе камеры - герметичная и генераторная - выполнены из неферромагнитного металла - латуни, бронзы, меди, алюминия или из пластмассы, при этом ведомая полумуфта связана с валом электрогенератора с помощью передачи, выполненной в виде двух шестерен - ведущей и ведомой, при этом ведущая шестерня передачи имеет неподвижное соединение с ведомой полумуфтой или выполнена заодно с ней, а ведомая шестерня передачи имеет неподвижное соединение с валом электрогенератора, причем электрическая нагрузка выполнена в виде накопителя или потребителя электрической энергии, а электрогенератор выполнен в виде машины постоянного тока, при этом накопитель электрической энергии выполнен в виде аккумуляторной батареи или электрогенератор выполнен в виде машины переменного тока, при этом накопитель электрической энергии выполнен в виде выпрямителя и аккумуляторной батареи.
Существенными признаками заявляемого устройства, совпадающими с прототипом, являются следующие признаки:
- корпус;
- гидротурбинка;
- электрогенератор.
Отличительными от прототипа существенными признаками заявляемого устройства являются следующие признаки:
- в корпусе расположены две камеры - герметичная и генераторная;
- между камерами расположена съемная герметичная перегородка;
- гидротурбинка выполнена в виде крыльчатки;
- крыльчатка размещена внутри герметичной камеры;
- электрогенератор расположен в генераторной камере;
- крыльчатка соединена с электрогенератором с помощью ведущей и ведомой полумуфт, выполненных в виде дисков, с жестко укрепленными на них магнитами;
- ведущая полумуфта жестко связана с крыльчаткой;
- ведомая полумуфта расположена в генераторной камере и связана передачей с валом электрогенератора;
- выход электрогенератора соединен с электрической нагрузкой.
Частными отличительными от прототипа существенными признаками заявляемого устройства являются следующие признаки:
- на каждой из полумуфт укреплены, по меньшей мере, по одному самарий-кобальтовому или неодимовому магниту, при этом магниты на двух полумуфтах расположены оппозитно и разноименными полюсами друг навстречу другу;
- ведущая полумуфта выполнена за одно целое с крыльчаткой;
- корпус, крыльчатка, магнитная муфта, съемная перегородка и обе камеры - герметичная и генераторная - выполнены из неферромагнитного металла - латуни, бронзы, меди, алюминия или из пластмассы;
- ведомая полумуфта связана с валом электрогенератора с помощью передачи, выполненной в виде двух шестерен - ведущей и ведомой, при этом ведущая шестерня передачи имеет неподвижное соединение с ведомой полумуфтой или выполнена заодно с ней, а ведомая шестерня передачи имеет неподвижное соединение с валом электрогенератора;
- электрическая нагрузка выполнена в виде накопителя или потребителя электрической энергии;
- электрогенератор выполнен в виде машины постоянного тока, при этом накопитель электрической энергии выполнен в виде аккумуляторной батареи;
- электрогенератор выполнен в виде машины переменного тока, при этом накопитель электрической энергии выполнен в виде выпрямителя и аккумуляторной батареи.
Между существенными отличительными признаками заявляемого технического решения и достигаемым с их помощью техническим результатом - повышения эффективности преобразования величины напора воды в сети в электрическую энергию - существует следующая причинно-следственная связь.
Действительно, новая конструкция электрогенерирующего устройства позволяет установить его врезкой в существующую домовую сеть водоснабжения, например, после счетчика холодной воды. При этом любое потребление холодной воды приводит к вращению крыльчатки и генерированию электрической энергии, при этом понятно, что общее количество потребляемой холодной воды в доме в разы превышает количество воды из конкретного крана, что и позволяет достичь заявленного технического результата - повышения эффективности преобразования величины напора воды в сети в электрическую энергию.
При этом, наличие в заявляемом устройстве генераторной камеры с электрогенератором позволяет преобразовать вращение крыльчатки (под действием напора протекающей через герметичную камеру воды) в энергию электрического тока и накопить ее в аккумуляторной батарее или питать активную инерционную нагрузку напрямую, а наличие магнитной муфты позволяет передать вращающий момент с вала крыльчатки на вал электрогенератора через съемную перегородку, что исключает утечки воды из герметичной камеры, что особенно важно для бытовых приборов.
Выполнение ведущей и ведомой полумуфт в виде дисков, с жестко укрепленными на них магнитами, позволяет максимально использовать пространственный ресурс для разнесения магнитов на наибольшее расстояние от осей полумуфт, что обеспечивает передачу крутящего момента большой величины, а это, в свою очередь, гарантирует надежную работу электрогенератора под нагрузкой.
Ведущая полумуфта может быть выполнена в виде отдельной детали, которая жестко связана с крыльчаткой, или может быть выполнена за одно целое с крыльчаткой.
На каждой из полумуфт укреплены, по меньшей мере, по одному самарий-кобальтовому или неодимовому магниту, что обеспечивает высокие «силовые» характеристики магнитной муфты в целом, а расположение магнитов на двух полумуфтах оппозитно и разноименными полюсами друг навстречу другу гарантирует работоспособность магнитной муфты при больших оборотах крыльчатки и низкоомной нагрузке на выводах электрогенератора.
Выполнение корпуса, крыльчатки, магнитной муфты, съемной перегородки и обеих камер - герметичной и генераторной - из неферромагнитного металла, например латуни, бронзы, меди, алюминия, или из пластмассы, обеспечивает надежную работу всего устройства в целом и магнитной муфты в частности.
Выполнение передачи, кинематически связывающей ведомую полумуфту с валом электрогенератора, в виде двух шестерен - ведущей и ведомой, позволяет увеличить обороты вала электрогенератора, что значительно усиливает выходные энергетические характеристики всего устройства в целом.
Электрогенератор может быть выполнен в виде машины постоянного тока, при этом накопитель энергии выполнен в виде аккумуляторной батареи, или в виде машины переменного тока, при этом накопитель энергии выполнен в виде выпрямителя и аккумуляторной батареи - это позволяет оптимизировать конкретный вариант заявляемого устройства, исходя из номенклатуры выпускаемых изделий и заданных энергетических параметров.
Заявляемое устройство может быть использовано в домовой водопроводной сети как на вводе в дом, так и в каждой квартире, офисе, производственном помещении.
Особое значение имеет использование заявляемого устройства в системе «Умный дом», например, в комплекте с охранной, аварийной и пожарной сигнализацией.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, который включает поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, с выявлением источников, содержащих информацию об аналогах заявляемого технического решения, позволяет установить, что заявителем не выявлены аналоги, которые характеризуются всей совокупностью признаков, идентичной всем существенным признакам заявляемого устройства, указанных в формуле полезной модели.
Потому можно утверждать, что полезная модель соответствует условию патентоспособности по критерию «новизна».
Кроме того, полезная модель промышленно применима, потому что заявляемое техническое решение позволяет использовать его при разработке и изготовлении электрогенерирующих и энергосберегающих устройств.
Возможность осуществление заявляемой полезной модели подтверждается нижеприведенным описанием ее практической реализации и иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 показано заявляемое устройство (разрез, вид сбоку), на фиг. 2 показана герметичная камера с крыльчаткой (разрез, вид снизу).
Заявляемое энергосберегающее устройство включает корпус 1 с патрубками 2, выполненный в виде герметичной камеры 3, крыльчатку 4 и магнитную муфту 5, состоящую из двух полумуфт - ведущей 6 и ведомой 7.
Герметичная камера 3 имеет съемную перегородку 8, а ведущая полумуфта 6 расположена в герметичной камере 3.
К корпусу 1 крепится генераторная камера 9 с электрогенератором 10.
Ведущая 6 и ведомая 7 полумуфты выполнены в виде дисков, с жестко укрепленными на них магнитами 11.
Ведомая полумуфта 7 расположена в генераторной камере 9 и связана передачей 12 с валом 13, по меньшей мере, одного электрогенератора 10.
Ведущая полумуфта 6 жестко связана с крыльчаткой 4 или выполнена за одно целое с ней.
Электрогенератор 10 соединен с накопителем или потребителем энергии (условно не показаны).
На каждой из полумуфт 6 и 7 укреплены, по меньшей мере, по одному самарий-кобальтовому или неодимовому магниту 11, при этом магниты на двух полумуфтах 6 и 7 расположены оппозитно и разноименными полюсами друг навстречу другу.
Корпус 1, крыльчатка 4, магнитная муфта 5, съемная перегородка 8 и обе камеры - герметичная 3 и генераторная 9 - выполнены из неферромагнитного металла, например латуни, бронзы, меди, алюминия, или из пластмассы.
Ведомая полумуфта 7 связана с валом 13 электрогенератора 10 с помощью передачи 12, выполненной в виде двух шестерен - ведущей 14 и ведомой 15, при этом ведущая шестерня 14 передачи 12 имеет неподвижное соединение с ведомой полумуфтой 7 или выполнена заодно с ней, а ведомая шестерня 15 передачи 12 имеет неподвижное соединение с валом 13 электрогенератора 10.
Электрогенератор 10 может быть выполнен в виде машины постоянного тока, при этом накопитель энергии выполнен в виде аккумуляторной батареи (условно не показан) или в виде машины переменного тока, при этом накопитель энергии выполнен в виде выпрямителя и аккумуляторной батареи (условно не показан).
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При прохождении воды под давлением 2-6 ати через патрубки 2 герметичной камеры 3 крыльчатка 4 вращается и приводит во вращение ведущую полумуфту 6 магнитной муфты 5.
Ведущая полумуфта 6 магнитной муфты 5, в свою очередь, благодаря взаимодействию магнитов 11, расположенных на обеих полумуфтах - ведущей 6 и ведомой 7 - передает вращающий силовой момент на ведомую полумуфту 7 магнитной муфты 5.
Ведомая полумуфта 7 с помощью ведущей шестерни 14, которая неподвижно укреплена на ведомой полумуфте 7 или выполнена заодно с ней, передает вращающий силовой момент на ведомую шестерню 15 передачи 12, а т.к. ведомая шестерня 15 имеет неподвижное соединение с валом 13 электрогенератора 10, то на вал 13 электрогенератора передается не только вращающий силовой момент от ведущей полумуфты 6, но и увеличивается скорость вращения вала 13 электрогенератора 10, т.к. ведомая шестерня 15 имеет значительно меньшее количество зубьев, чем ведущая шестерня 14.
Благодаря вращению вала 13 электрогенератора 10 на выводах последнего появляется электрическое напряжение, которое используется для зарядки накопителя энергии (аккумулятора) или напрямую - для питания нагрузки, предпочтительно, омической и инерционной, например, для питания ТЭНа (нагрев воды).
Как вариант (при соответствующей доработке конструкции), заявляемое устройство может быть использовано также и в газовых домовых сетях.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что задача, поставленная в настоящей полезной модели - разработка новой конструкции энергосберегающего устройства выполнена с достижением технического результата - повышение эффективности преобразования величины напора воды в сети в электрическую энергию.