энергоустановка

Формула изобретения

1. Энергоустановка, содержащая воздухопровод с установленным в нем лопастным устройством, соединенным с генератором электрической энергии, выход которого электрически связан с энергопотребителем, при этом энергопотребитель размещен непосредственно в воздухопроводе.

2. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что энергопотребитель механически соединен с подвижной частью генератора электрической энергии с возможностью совместного вращения.

3. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что энергопотребитель механически соединен с подвижной частью лопастного устройства с возможностью совместного вращения.

4. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что лопасти лопастного устройства установлены соосно и последовательно друг другу и выполнены с противоположной геометрией для обеспечения вращения в разные стороны вала генератора и его корпуса.

5. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что лопастное устройство связано с генератором электрической энергии через магнитную передачу.

6. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что энергопотребитель выполнен в виде электронагревателя.

7. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что энергопотребитель установлен внутри корпуса лопастей или на лопастях.

8. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что энергопотребитель выполнен в виде лампочки или светильника.

9. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что часть воздухопровода установлена в нагреваемом им помещении.

10. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что часть воздухопровода установлена в скважине.

11. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что воздухопровод выполнен из гибкого материала, верхняя часть которого закреплена на воздушном шаре.

Описание изобретения к патенту

Энергоустановка относится к устройствам, использующим в принципе своей работы естественную воздушную тягу, возникающую при перепаде высот в воздухопроводе, в котором установлено лопастное устройство, обеспечивающее вращение силового энергоузла, например генератора электрической энергии.

Известна энергоустановка, содержащая вертикально расположенный воздухопровод с установленным в нем лопастным устройством, связанным с генератором электрической энергии, выход которого электрически связан с энергопотребителем (см. патент США 3048006, МПК F 03 G 7/04, 07.08.1962).

Однако данная энергоустановка не служит для непосредственного производства тепловой или световой вторичной энергии в здании.

Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование конструкции устройства с целью непосредственного производства тепловой или световой вторичной энергии в здании. Указанный технический результат достигается за счет того, что энергоустановка содержит воздухопровод с установленным в нем лопастным устройством, связанным с генератором электрической энергии, выход которого электрически связан с энергопотребителем, при этом, по меньшей мере, отсек воздухопровода расположен на основании здания или в его подвальном помещении, а энергопотребитель выполнен в виде лампочек или имеющих плоскую форму теплообменников, установленных непосредственно на лопастях. При этом лопасти могут быть закреплены непосредственно на корпусе генератора, причем, по меньшей мере, две лопасти лопастного устройства установлены последовательно друг к другу с возможностью независимого друг от друга вращения в противоположные стороны, например, одни лопасти прикреплены к корпусу генератора, а другие к его валу.

Конструкция энергоустановки поясняется графическим материалом:

на фиг.1 изображено поперечное сечение энергоустановки;

на фиг.2 - пример выполнения энергоустановки;

на фиг.3 - пример выполнения вытяжного устройства;

на фиг.4 - пример выполнения теплообменника;

на фиг.5 пример выполнения энергоустановки с винтовыми лопастями;

на фиг.6 - пример выполнения энергоустановки в скважине или шахте.

Фиг.7 - лопастной узел с энергопотребителем.

Фиг.8 - лопастной узел с энергопотребителем.

Фиг.9 - лопастной узел с энергопотребителем.

Фиг.10 - энергопотребитель.

Фиг.11 - лопастной узел с энергопотребителем.

Фиг.12 - пример выполнения лопастей.

Фиг.13 - пример выполнения энергоузла.

Фиг.14 - пример выполнения энергоузла.

Фиг.15 - пример выполнения энергоузла.

Фиг.16 - пример выполнения энергоузла.

Фиг.17 - энергоузел.

Фиг.18 - пример размещения энергоустановки на местности.

Фиг.19 - пример выполнения энергоустановки.

Фиг.20 - лопастной узел.

Фиг.21 - энергоузел.

Фиг.22 - энергоузел.

Фиг.23 - пример установки энергопотребителя.

Фиг.24 - пример установки обруча на лопасти.

Фиг.25 - пример выполнения воздухопровода.

Фиг.26 - пример установки лопастных устройств на различных высотах воздухопровода.

Фиг.27 - пример параллельного расположения лопастных устройств.

Фиг.28 - пример выполнения воздухопровода.

Фиг.29 - пример выполнения воздухопроводов в виде цилиндрических секторов.

Энергоустановка содержит лопасти 1, которые могут быть закреплены непосредственно на валу 2, отвод 3 которого при помощи муфты 4 соединен с валом 5 электрического генератора 6. Лопасти 1 расположены во внутренней части воздухопровода 9, например, эти лопасти могут располагаться в его заборной части, в данном примере в цилиндрическом отсеке 7, установленном на стойках 8 и расположенном в нижней части газопровода или воздухопровода 9 и являющимся его составной частью, т.е. воздухопровод 9 и его отсек 7 являются единым целым и соединены между собой и могут представлять цилиндрической формы трубопровод, выполненный из тонкого металла, например из жести.

Воздухопровод 9 выполняется значительной величины и его верхняя часть может быть прикрыта защитным козырьком 11, который может быть закреплен на стойках 12 к выходу воздухопровода 9 и расположен выше крыши 13 здания 10, внутри которого может быть расположена энергоустановка.

Энергопотребитель, например лампочка 14 или светильник, через стабилизатор 15 электрически связан с выходом генератора 6, например, при помощи электропроводов. Генератор 6 связан также с аккумулятором 16. В данном примере отсек 7 стойками 8 закреплен на основании здания 10 или на его перекрытии. На нем также может быть установлен генератор 6 при помощи станины 17, закрепленной на основании 18 здания 10 /Фиг.1/

Отсек 7 может располагаться в подвальном помещении здания 10, а энергопотребитель, например теплообменник 21, имеющий плоскую форму, может крепиться непосредственно на лопастях 1, например приклеен к ним.

В подвальном помещении 22 может быть установлен воздухопровод 23 с фильтром, на конце которого может быть установлен теплообменник 24.

Электронагревательный элемент теплообменника 21 может быть выполнен в виде плоской спирали 25, например вырезанный из тонкой листовой стали и размещенный между изоляторных прокладок, при этом теплообменник 21 может быть установлен внутри корпуса лопастей 1. Лопасти 1 могут крепиться непосредственно на корпусе 26 генератора 6, выход которого соединен с электронагревательными элементами теплообменника 21 электропроводами /Фиг.2-4/.

Генератор состоит, как правило, из двух частей: индуктируемой части 27, в которой наводится ЭДС и к которой подведены провода от теплообменника 21 и индуцирующей части 28, которая индуцирует эту ЭДС и к которой может быть подсоединен вал 5, установленный на станине 17, которая, в свою очередь, закреплена на основании 19 подвального помещения 22.

Лопасти лопастного устройства энергоустановки могут иметь винтовую форму, т.е. быть винтовыми лопастями 29, которые закреплены на валу 30 с возможностью вращения вокруг оси этого вала 30, который закреплен на внутренней поверхности воздухопровода 9 через подшипники 31, во внутреннюю обойму которых запрессован вал 30 и распорки 33, например, приваренные к корпусу воздухопровода 9 и к втулкам 32, в которые запрессованы внешние обоймы подшипников 31.

Вал 30 при помощи муфты 4 соединен с валом 5 генератора 6, закрепленного на основании 18 здания 10 или на основании 19 подвального помещения 22 /Фиг.5/.

Воздухопровод 9 может располагаться в скважине 36 или в другом углублении, например в шахте, герметизированной, например, трубопроводом 37 с заглушкой в основании, а сам воздухопровод 9 крепится на крышке 38, которая установлена на распорках 39, которые создают необходимый зазор.

Воздухопровод 9 может заканчиваться цилиндрическим отсеком 7, который может быть закреплен достаточно высоко в здании 10 или вне его и в котором установлены лопасти 1, закрепленные на корпусе 26 генератора 6, а его вал 5 жестко закреплен во втулке 34, которая распорками 35 закреплена на внутренней поверхности отсека 7. В этом примере лопасти 1 установлены с возможностью совместного вращения с корпусом 26 генератора 6 вокруг оси его вала 5, а энергопотребитель может быть выполнен в виде лампочек 14, установленных непосредственно на лопастях 1 и проводами соединенных с индуцируемой частью 27 этого генератора 6. Если лампочки выполнены со спиралью накаливания, то они фактически выполняют функции нагревателя и светильника /Фиг.6/.

Вал 30, на котором закреплены винтовые лопасти 29, может быть выполнен пустотелым, в котором размещены электропровода, соединяющие генератор 6 с энергопотребителем, закрепленным на конце 6 этого вала 30, например с лампочкой 14 /Фиг.7/.

Защитный баллон 42, по меньшей мере отдельные участки которого выполнены из прозрачного материала, например из стекла, может быть также закреплен на валу 30, во внутренней части которого размещена лампочка 14, которая ввернута в патрон 41, также закрепленный на валу 30 и с которым электропроводами соединен выход генератора 6 /Фиг.9/.

Патрон 41 может крепиться непосредственно на корпусе 26 генератора 6 при помощи своих фланцев и на этом же патроне 41 может крепиться балон 42 /Фиг.9/.

На конце вала 30 могут быть приварены фланцы 43, соединенные с фланцами 44 и приваренные к втулке 45, между которыми установлена втулка 46, имеющая резьбовое соединение с патроном 41, в целях большей фиксации патрона 41 на шайбе она законтргайена с обеих сторон контргайками 47, имеющими также резьбовое соединение с патроном 41 /Фиг.10/.

Патрон 41 может иметь фланцы 48, которые болтами 49 могут быть закреплены на корпусе 26 генератора 6, а баллон 42 закреплен на нем при помощи резьбового соединения /Фиг.11/.

На втулке 50 могут быть установлены, например приварены, дополнительные лопасти 51, геометрия которых противоположна геометрии лопастей 1, т.е. передняя и задняя кромки у лопастей 1 расположены с противоположной стороны по отношению расположению передних и задних кромок у лопастей 51, что позволяет создавать возможность вращения лопастей 1 в противоположную сторону по отношению направления вращения лопастей 51 от одного и того же потока воздуха. Втулка 50 своим отводом 52 запрессована во внутренней обойме подшипника 53, внешняя обойма которого запрессована во втулке 54, к которой приварены распорки 55, имеющие, например, форму тонких трубок, с противоположной стороны приваренных к внутренней поверхности сектора 7, в котором расположены лопасти 1 и 51, установленные соосно и последовательно друг к другу. Вал 5 генератора 6 имеет резьбовое соединение со втулкой 50. К корпусу 26 генератора 6 подсоединены, например приварены, лопасти 1 и на нем же установлен его энергопотребитель или его нагрузка, например лампочка 14. Таким образом осуществляется крепление лопастного устройства энергоустановки в секторе 7 с по меньшей мере двумя лопастями независимого друг от друга направления вращения /Фиг.13/.

Аналогично могут быть установлены относительно друг друга и лопасти, имеющие винтовую форму. Так винтовая лопасть 56, установленная на отводе 52 и имеющая противоположное направление винта по отношению направлению винта у винтовой лопасти 29, например, если у винтовых лопастей 56 правосторонний винт, то у винтовых лопастей 29 он будет левосторонним, при этом лопасть 29 установлена на валу 30, на конце которого закреплен энергопотребитель, например лампочка 14, электрически связанная с генератором 6 /Фиг.14/.

Связь между лопастями и генератором 6 может осуществляться различными методами. Ниже будут приведены бесконтактные способы связи между лопастями и генератором энергоустановки.

На конце отвода 52 зекреплен, например запрессован, диск 57, на торцевой стороне которого закреплены, например приклеены, магниты 58. В перекрытии 59-а выполнено отверстие, по своим размерам адекватное диску 57, в которое он вставлен. Отверстие в перекрытии 59-а может быть перекрыто тонкой пластинкой 59 из немагнитного материала, к которой подсоединен, например приклеен, вал 5 генератора 6, на торцевой части корпуса 26 которого аксиально магнитам 58 закреплена шайба 60 из магнитного материала, например железа. Таким образом осуществляется связь лопастей 51, закрепленных на отводе 52, с валом 5 генератора 6 через магнитное поле. При этом на корпусе 26 могут крепиться магниты 58, а на диске 57 - шайба 60. На корпусе 26 закреплены лопасти 1 и энергопотребитель, например лампочка 14 /Фиг.15/.

Корпус 26 генератора 6 может быть жестко закреплен при помощи стоек 61, например, приваренных к нему, к перекрытию 59-а, а на конце вала 5 генератора 6 запрессован диск 62 из магнитного материала. В остальном конструкция магнитной передачи совпадает с предыдущим примером за исключением того, что на корпусе 26 нет лопастей и он неподвижен, в этом случае выход генератора 6 соединен с энергопотребителем или нагрузкой через стабилизатор напряжения 15 и аккумулятор 16, которые могут крепиться вне лопастного устройства /Фиг.16 и 17/.

Но это не исключает крепление энергопотребителя непосредственно на корпусе 26 генератора 6, например лампочки 14 /Фиг.17/.

Следует учесть, что воздухопровод 9, в котором установлено лопастное устройство, закреплено на перекрытии при помощи стоек 8, т.е. воздухопровод 9 имеет зазор с перекрытием, например с перекрытием 59-а.

К сектору 7 могут быть подведены несколько воздухопроводов 9, кроме воздухопровода 9 к сектору 7 может быть подведен дополнительный воздухопровод 62, размещенный, например, в дополнительной скважине 63, стенки и основание которой загерметизированы трубопроводом 64. Это позволяет увеличить мощность потока воздуха в воздухопроводе 9 /Фиг.18/.

Воздухопровод 9 в целях увеличения его вертикальной составляющей может быть размещен непосредственно на естественной возвышенности 65, например на горе или ее обрыве, и закреплен на ней при помощи стоек 66 /Фиг.19/.

Лопастное устройство энергоустановки может быть выполнено в форме флюгера. Лопасти 67 закреплены на валу 68, например приварены к нему, а с противоположной стороны вала 67 на нем закреплено колесо 69 конической передачи, которое соединено с шестеренкой 70 этой передачи. Шестеренка 70 закреплена на валу 71, а на другом конце этого вала 71 закреплены лопасти 73, например приварены к нему. Вал 71 запрессован во внутренней обойме подшипника 74, внешняя обойма которого запрессована во втулке 75. Втулка 75 распорками 76, имеющими форму прутка и приваренными к ней, закреплена на внутренней поверхности воздуховода 9, например, при помощи сварки. На валу 71 закреплен подшипник 77 путем запрессовки, внешняя обойма которого запрессована во втулке 78. На валу 68 установлен подшипник 79 путем запрессовки, внешняя обойма которого запрессована во втулке 80. Втулки 78 и 80 соединены между собой угловым кронштейном 81, например они приварены к нему, таким образом осуществляется фиксация шестеренки 70 и колеса 69 конической передачи относительно друг друга и лопастей 67 относительно лопастей 73 под углом 90°.

К втулке 78 подсоединен хвостовик 82, например приварен к ней. Это позволяет лопастному устройству улавливать направление ветра и разворачивать его лопасти 67 в нужном направлении, увеличивая КПД энергоустановки /фиг.20/.

Вал 71 при помощи фланцев 83, приваренных к нему, может быть подсоединен к корпусу 26 генератора 6, на котором установлены лопасти 73, например приварены к нему, а вал 5 генератора 6 жестко закреплен во втулке 34, например запрессован в ней, а втулка 34 распорками 35 закреплена на воздухопроводе 9. На лопастях 73 могут быть установлены энергопотребители, например теплообменники 21, электрически связанные с выходом генератора 6 /Фиг.21/.

При последовательной установке лопастей (примеры Фиг.12 и Фиг.13) возможно игольчатое крепление валов, на которых они установлены. Это исполнение рассматривается для примера с лопастями винтовой формы. В этом примере окончание вала 30 выполнено в виде иглы 85 (керна), которая контактно соединена с углублением, выполненным во втулке 86, и в которое вставлен, например, агатовый камень 87 с углублением сферической формы. Аналогичное исполнение может быть у окончания отвода 52, т.е. на нем выполнена игла 88, контактно соединенная с агатовым камнем 89 со сферическим углублением, установленным во втулке 90, которая распорками 91 закреплена на воздухопроводе 9. Плоский теплообменник 21 может крепиться и на винтовых лопастях 29 или 56 или быть встроенным в них и иметь адекватную винтовую форму этим лопастям.

Таким образом лопастное устройство энергоустановки может крепиться на воздухопроводе 9 при помощи игольчатых шарниров. В остальном конструкция лопастного устройства энергоустановки совпадает с конструкцией его примера Фиг.13 /фиг.22/

Энергопотребитель, например, выполненный в виде светильника, может располагаться не в помещении, а в перекрытии 91, где выполнено отверстие 93, в котором установлен прозрачный баллон 94, в котором и размещена лампочка 14 /Фиг.23/.

При большом количестве лопастей, установленных на валу 2 или на корпусе генератора 6, на их окончаниях может быть закреплен обруч 95, придающий им дополнительную прочность /Фиг.24/.

Для получения большей тяги в воздухопроводе 9 он может быть выполнен из гибкого и прочного материала, например из пластмассовой пленки, и иметь цилиндрическую форму, к верхнему концу этой гибкой трубы присоединен воздушный шар 96, например, при помощи тросов 97, а по длине данного воздухопровода 9 на определенном расстоянии друг от друга установлены поперечные кольца 98 /Фиг.25/.

Примечание: Под лопастным устройством энергоустановки заявитель подразумевает лопасти, установленные на валу или на корпусе генератора с возможностью вращения вокруг своей оси, энергопотребитель и генератор электрической энергии, функционально связанный с ними, и различные крепежные устройства, на которых установлено это лопастное устройство.

Во внутренней части воздухопровода 9 может быть установлена заслонка 99, которая может быть названа также шибером, связанная механически с управляющим рычагом 100, расположенным с внешней стороны воздухопровода 9.

Воздействуя на рычаг 100, перемещая заслонку 99 и тем самым увеличивая или уменьшая пропускную способность воздухопровода 9, можно менять скорость вращения лопастей 1, так как с изменением положения заслонки 99 меняется скорость движения воздуха по воздухопроводу 9, а с ним и происходит изменение скорости вращения лопастей 1, которая зависит от скорости вращающего их воздуха. Вместе с изменением скорости вращения лопастей 1 меняется ЭДС, индуцируемая генератором 6, и электрический ток в цепи - генератор 5, энергопотребитель, например лампочка 14 или теплообменник 21, при этом последние меняют яркость свечения или силу нагрева /Фиг.2/,

В воздухопроводе 9 последовательно могут быть установлены несколько независимых механически друг от друга лопастных устройств, включающих в своей конструкции лопасти 1, генераторы 6, энергопотребители, при этом эти независимые друг от друга лопастные устройства могут располагаться на различном уровне воздухопровода 9.

В дополнительном примере Фиг.26 показана установка лопастных устройств на различных высотах воздухопровода.

Аналогично могут устанавливаться и параллельно лопастные устройства в воздухопроводе 9 (Фиг.27).

Форма воздухопровода 9 может быть неравномерной по своему сечению в той его части, где установлено лопастное устройство, оно может иметь цилиндрическую форму, т.е. в поперечном сечении иметь форму окружности, а в остальной части иметь более плоскую форму, сплющенную, например в поперечном сечении он может иметь форму эллипса или четырехугольника, со скругленными краями, например, (Фиг.28). При этом переход от цилиндрической части воздухопровода 9 к его плоской части может быть выполнен достаточно плавным. Аналогично может быть выполнен воздухопровод 9 при параллельной установке лопастных устройств. Так сектора 7, имеющие цилиндрическую форму, могут быть подсоединены к остальному воздухопроводу, имеющему плоскую форму, не только cнизу, но и в других точках, например сверху, или включены в него посредине и в любой другой точке, при этом сектора 7 с лопастными устройствами могут располагаться на остальном воздухопроводе 9 одновременно параллельно и последовательно относительно друг друга, а плоская часть воздухопровода 9 может располагаться вдоль стены здания 10 или быть встроенным в нее.

Выход воздухопровода 9 может быть выполнен в виде цилиндрических секторов 7 (Фиг.29).

Таким образом воздухопровод 9 выполняет функцию вертикальной трубы, которая может иметь горизонтальные участки или участки, выполненные с определенным наклоном, но в любом случае воздухопровод 9 имеет по меньшей мере одну вертикальную составляющую. Воздух через проем между перекрытием и нижней частью корпуса воздухопровода 9, например, его сектором 7, проходит в полость воздухопровода 9, двигаясь в ней под влиянием разности атмосферного давления в нижней и в верхней точке воздухопровода 9 в сторону последней, т.е. к выходу воздухопровода 9, к его верхнему проему, а через него поступает в окружающую среду, смешиваясь с ней. Этот поток воздуха по пути вращает лопасти 1 лопастного устройства, а его генератор 6 производит электрическую энергию, которая передается энергопотребителю, например теплообменнику 21, который может располагаться непосредственно на лопастях 1 и, нагреваясь сам, прогревает лопасти 1, проходящий воздух, а через него воздухопровод 9 и помещение, в котором он установлен.

Энергоустановка работает следующим образом.

Учитывая, что воздухопровод 9 имеет значительную вертикальную составляющую, в нем возникает поток воздуха, обусловленный разностью высот между нижней и верхней частью воздухопровода 9, который можно назвать тягой в воздухопроводе 9. Под воздействием этого потока воздуха лопасти 1 вместе с валом 2, на котором они установлены, начинают вращаться, передавая свое вращательное движение валу 5 генератора 6, который начинает вырабатывать электрическую энергию, передавая ее нагрузке или энергопотребителю, например лампочке 14, ограничитель напряжения 15 защищает нагрузку от перегрузки.

Если энергопотребитель устанавливается непосредственно на лопастях 1 и получает энергию от генератора 6, на котором они установлены, например, теплообменник 21 установлен на лопастях 1 и электрически связан с генератором 6, то при вращении лопастей эти теплообменники начинают нагреваться, прогревая поток воздуха, а через него корпус воздухопровода 9, который изготовлен, например, из металла, и имеет форму трубы или сложен как печка из кирпича. Через корпус воздухопровода 9 прогревается все помещение 10, если помещение достаточно высокое, то верхняя часть воздухопровода 9 может заканчиваться непосредственно в этом здании.

При выполнении дополнительных лопастей 67, механически связанных через конусную зубчатую передачу с лопастями 73, установленными в воздухопроводе 9, лопастями 67 создается дополнительная энергия при помощи ветра, который их вращает.

Последовательная установка лопастей 1 и 51, согласно замечаниям заявителя ранее, увеличивает КПД энергоустановки за счет увеличения скорости вращения вала 5 генератора 6, так как корпус 26 генератора 6, на котором установлены лопасти, 1 вращается в одну сторону, а лопасти 51, жестко соединенные с валом 5 генератора 6, вращаются в другую от одного и того же потока воздуха.

Установка лампочки 14 на патроне 41, закрепленном непосредственно на генераторе 6, делает конструкцию энергоустановки более компактной.

При применении магнитов 58 для передачи вращательного движения валу 5 или корпусу 26 генератора 6 позволяет использовать энергию рабочих лопастей 51 для вращения вспомогательных в данном случае лопастей, находящихся в помещении, не нарушая его герметизацию.

Таким же образом, не нарушая герметизацию помещения 10, передается вращательное движение генератору 6, находящемуся в этом помещении.

Применение скважин для помещения в них воздуховодов 9 позволяет использовать их охлажденный воздух для охлаждения помещений в летний период, но в основном цель использования скважен шахт, гористых местностей, воздушного шара, соединенного с гибким и тонкостенным шлангом, получение как можно большей разности по высоте между началом и концом воздухопровода 9 для создания большей тяги и скорости воздуха в этом воздухопроводе 9.