PL232981B1 - Naciskowy generator energii - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest naciskowy generator energii (NGE), odzyskujący energię kinetyczną z poruszających się pojazdów szynowych, oraz służący do zamiany jej na inną formę energii, zwłaszcza na energię elektryczną i mechaniczną.

Dokument patentowy US 7812508 ujawnia urządzenie i sposób pobierania energii z torów kolejowych za pomocą generatora piezoelektrycznego. Układ do pozyskiwania energii składa się z wielu urządzeń piezoelektrycznych osadzonych w podkładach kolejowych. Szyny kolejowe są przyłączone i skonfigurowane w celu wytworzenia energii elektrycznej, gdy pociąg się po nich przesuwa. System zawiera jednostkę kondycjonowania zasilania i przewody elektryczne oraz połączenia piezoelektryczne do urządzenia dopasowującego moc. Zbierana energia może zostać zużyta w bezpośredniej bliskości miejsca wytwarzania lub przechowywana w celu późniejszego użycia w innej lokalizacji. Używane dotychczas rozwiązania skupiały się głównie na przetwarzaniu i przechowywaniu energii. Problem ten rozwiązuje przedmiot wynalazku, w którym dodatkowo odbierana przez urządzenie energia zmniejsza energię kinetyczną pojazdu i tym samym urządzenie powoduje impulsowe hamowanie pojazdu, dzięki czemu może być ono stosowane z korzyścią dla środowiska.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji naciskowego generatora energii (NGE), gdzie jeden z segmentów o nazwie, Segmentowy Moduł Odbiorczy (SMO) będzie integralną częścią torów, do odzyskiwania energii kinetycznej zmagazynowanej w poruszających się pojazdach takich jak tramwaje czy pociągi. W dzisiejszych czasach nadal w większości przypadków do napędu w/w maszyn używamy paliw kopalnianych jak ropa, gaz i węgiel, zamieniając ich kaloryczność poprzez spalanie na energię mechaniczną bezpośrednio w urządzeniu lub elektrowni.

Naciskowy generator energii NGE według wynalazku służy do odzyskiwania energii kinetycznej z poruszających się pojazdów szynowych, oraz zamiany jej na inną formę energii, jak energia elektryczna czy mechaniczna. Urządzenie składa się z oddzielnych modułów, które mogą działać niezależnie lub w całości tworzyć NGE. Moduł odbiorczy składa się z segmentowego modułu odbiorczego SMO jako oddzielny odcinek torów. Pozostałe moduły mogą być umieszczone pod ziemią w pobliżu torów, nad ziemią, w kontenerze lub zabudowane, np. w osłonie szklanej eksponującej mechanizmy.

NGE składa się z dwóch modułów: segmentowego modułu odbiorczego SMO oraz modułu akumulacyjnego MA.

MA składa się z akumulatora hydraulicznego AH, zespołu reduktora ZR, akumulatora grawitacyjnego AG oraz modułu generatora elektrycznego GE. SMO pobiera energię z poruszającego się pojazdu torowego poprzez nacisk i przekazuje ją do AH wykorzystując zjawisko hydromechaniki. W wyniku nacisku powstaje ciśnienie oleju hydraulicznego, które jest magazynowane w AH. Zmagazynowana energia jest uwalniana przez ZR do AG, następnie jest przekazywana do GE. Energia ta jest przekazywana za pomocą wału pędnego. Alternatywą jest użycie w tym celu silnika hydraulicznego.

Segmentowy Moduł Odbiorczy SMO składa się z co najmniej jednego segmentu, który zbudowany jest z belki nośnej. Całość jest zabezpieczona elastyczną osłoną.

Opis Segmentowego Modułu Odbiorczego (SMO)

Pojazd P, przejeżdżając przez SMO wywołuje nacisk na szynę torową, która jest połączona z belką nośną (tak jak w klasycznym rozwiązaniu jest łączona z podkładem kolejowym), belka ta z kolei przekazuje energię do siłownika hydraulicznego. W wyniku pracy siłownika, olej hydrauliczny jest przekazywany pod ciśnieniem do AH a następnie poprzez ZR przekazywana jest dalej do generatora GE. SMO instaluje się jako gotowy odcinek toru kolejowego, w miejsce istniejącego lub nowobudowanego torowiska. Siłownik jest utwierdzony do fundamentu siłownika oraz zabezpieczony osłoną siłownika. Całość jest zabezpieczona elastyczną osłoną. By szyna mogła po przejechaniu pojazdu powrócić do poprzedniego stanu unoszona jest za pomocą sprężyny.

Opis akumulatora hydraulicznego AH:

AH jest zbiornikiem podzielonym przez elastyczny separator na dwie komory. Jedna komora przeznaczona jest dla cieczy, natomiast druga dla gazu, korzystnie azotu. Akumulator jest napełniony gazem do ciśnienia P0. Gdy ciecz przepływa przez akumulator i jej ciśnienie P1 jest wyższe niż ciśnienie P0 napełnienia akumulatora azotem, następuje sprężenie gazu do ciśnienia P1, elastyczny separator zmienia swój kształt i akumulator przyjmuje odpowiednią objętość cieczy. Spadek ciśnienia w układzie hydraulicznym powoduje, że akumulator zwraca ciecz do układu, dopóki ciśnienie nie osiągnie wartości początkowej P0.

PL 232 981 B1

Opis zespołu reduktora ZR

ZR jest urządzeniem redukującym ciśnienie, dawkującym olej hydrauliczny oraz rozdzielaczem oleju hydraulicznego do poszczególnych elementów.

Opis akumulatora grawitacyjnego AG

AG posiada balast, korzystnie wykonany ze stali. Balast jest unoszony za pomocą siłownika hydraulicznego na zadaną wysokość. Gdy balast osiągnie górny punkt, rozpoczyna się jego opadanie z zadaną prędkością. Prędkość i wysokość uzależnione są od mocy generatora, natężenia ruchu oraz masy balastu, która także jest wynikiem mocy i natężenia ruchu. By zapewnić ciągłość pracy wymagana minimalna ilość balastów wynosi dwie sztuki. W zależności od mocy generatora może być ich więcej. Balasty pracują naprzemiennie. Balast przekazuje poprzez listwę zębatą ruch liniowy na koło zębate wyposażone w sprzęgło kierunkowe, wprawiając wał napędowy w ruch obrotowy. W ten sposób otrzymuje się na wale moc oraz prędkość obrotową, która przekazywana jest do GE. Wał napędowy jest dzielony i łączony sprzęgłami przeciążeniowymi.

Połączenie AG, ZR oraz AH tworzy MA. Poruszający się pojazd wywiera nacisk na podłoże, w którym zainstalowany jest odbiornik mocy SMO. Poprzez mechanizm odbioru energii, zasilany jest układ hydrauliczny, który wciąga balast o określonej masie na ustaloną wysokość. AH magazynuje energię i oddaje ją do balastu by zapewnić ciągłość pracy pomiędzy przejazdami kolejnych pojazdów. Moc oraz interwał przejazdu zależy od masy balastu, wysokości oraz prędkości spadania. W celu zniwelowania budowy wysokich AG można łączyć je w szeregi. Przedmiot wynalazku nie wymaga zezwoleń ekologicznych i krajobrazowych, jest tańszy w budowie i efektywniejszy w odniesieniu do uzyskanych mocy względem poniesionych kosztów w odniesieniu np. do elektrowni wiatrowych. Urządzenie można całkowicie ukryć, a jego praca jest bezgłośna.

Każdy moduł wynalazku można stosować niezależnie do różnych potrzeb rynkowych, np. połączony AG z AH można zastosować w elektrowni wiatrowej, w celu magazynowania energii w chwili nadwyżek produkcyjnych. SMO mogą być przykładowo podłączone bezpośrednio do sprężarki gazu i zasilać np. chłodnie do produkcji lodu w upalne dni znajdujące się na bocznicach kolejowych lub na skrzyżowaniach torowych w miastach. Pojedyncze SMO można łączyć w szeregi.

SMO jest montowany jako fragment torów w nowych trakcjach lub w przypadku, kiedy możliwe jest wstrzymanie ruchu na dłuższą chwilę, zostaje wymieniony odcinek torów na segment wyposażony w odbiorniki mocy.

Wynalazek może być wykorzystywany do odzyskiwania energii kinetycznej z ruchu pojazdów takich jak tramwaje i pociągi.

Urządzenia znane z obecnego stanu techniki różnią się zasadniczo konstrukcją, oraz sposobem przekształcenia energii. Ze względu na ograniczenia konstrukcyjne, powyższe urządzenia posiadają mniejszą zdolność do generowania dużych mocy. NGE nie posiada ograniczeń mocy, w praktyce ogranicza je jedynie ekonomia.

Porównując do elektrowni wiatrowych, przewaga rozwiązania według wynalazku polega na braku potrzeby zezwoleń ekologicznych i krajobrazowych, rozwiązanie jest tańsze w budowie i efektywniejsze w odniesieniu do uzyskanych mocy względem poniesionych kosztów. Urządzenie można całkowicie ukryć oraz można zapewnić bezgłośną pracę. Budując NGE na skrzyżowaniach, można zapewnić samowystarczalność energetyczną powyższej infrastruktury, oraz wyprodukować nadwyżkę energii którą można sprzedać.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym:

Fig. 1 - schemat blokowy SMO, Fig. 2 - widok izometryczny segmentu, Fig. 3 - przekrój A-A,

Fig. 4 - detal B, Fig. 5 do Fig. 8 - Akumulator hydrauliczny AH, sekwencje podczas pracy. Fig. 9 - Akumulator grawitacyjny AG.

P r z y k ł a d

NGE w przykładzie wykonania składa się z dwóch modułów: segmentowego modułu odbiorczego (SMO) 1 i modułu akumulacyjnego (MA). MA składa się z akumulatora hydraulicznego (AH) 2, zespołu reduktora (ZR) 3, akumulatora grawitacyjnego (AG) 4 oraz modułu generatora elektrycznego (GE) 5. SMO 1 pobiera energię z poruszającego się pojazdu torowego P, poprzez nacisk i przekazuje ją wykorzystując zjawisko hydromechaniki do AH 2. W wyniku nacisku powstaje ciśnienie oleju hydraulicznego, które jest magazynowane w AH 2. Zmagazynowana energia jest uwalniana przez ZR 3 do AG 4, następnie jest przekazywana do GE 5. Energia ta jest przekazywana za pomocą wału napędowego 4.5. Alternatywnie za pomocą silnika hydraulicznego.

PL 232 981 B1

Opis torowego modułu odbiorczego (TMO) 1

Pojazd P przejeżdżając przez segmentowy moduł odbiorczy torowy SMO 1 wywołuje nacisk na szynę kolejową 1.1, szyna jest połączona z belką nośną 1.2, (tak jak w klasycznym rozwiązaniu jest łączona z podkładem kolejowym 1.8), która przekazuje energię do siłownika hydraulicznego 1.5 (detal B). W wyniku pracy siłownika, olej hydrauliczny jest przekazywany pod ciśnieniem do AH 2 a następnie poprzez ZR 3, przekazywany dalej do generatora GE 5. SMOT 1 instaluje się jako gotowy odcinek toru kolejowego, w miejsce istniejącego lub nowobudowanego torowiska. Siłownik 1.5 (detal B), jest utwierdzony do fundamentu siłownika 1.4, oraz zabezpieczony osłoną siłownika 1.3. Całość jest zabezpieczona elastyczną osłoną 1.7. By szyna mogła po przejechaniu pojazdu P powrócić do poprzedniego stanu unoszona jest za pomocą sprężyny 1.6.

Opis akumulatora hydraulicznego (AH) 2:

AH 2 jest zbiornikiem podzielonym przez elastyczny separator na dwie komory. Jedna komora przeznaczona jest dla cieczy pod ciśnieniem, natomiast druga dla gazu azotu. Akumulator jest napełniony azotem do ciśnienia P0. Gdy ciecz przepływa przez akumulator i jej ciśnienie P1 jest wyższe niż ciśnienie P0 napełnienia akumulatora azotem, wtedy następuje sprężenie gazu do ciśnienia P1, separator zmienia swój kształt i akumulator może przyjąć odpowiednią objętość cieczy. Spadek ciśnienia w układzie hydraulicznym powoduje, że akumulator zwraca ciecz do układu, dopóki ciśnienie nie osiągnie wartości początkowej P0.

Opis zespołu reduktora ZR 3

ZR 3 jest urządzeniem redukującym ciśnienie, dawkującym olej hydrauliczny oraz rozdzielaczem oleju hydraulicznego do poszczególnych elementów.

Opis Akumulatora Grawitacyjnego AG 4:

AG 4 posiada balast 4.1, wykonany ze stali. Balast 4.1 jest unoszony za pomocą siłownika hydraulicznego 4.2 na zadaną wysokość. Gdy balast 4.1 osiągnie górny punkt, rozpoczyna się jego opadanie z zadaną prędkością. Prędkość i wysokość uzależnione są od mocy generatora, natężenia ruchu oraz masy balastu 4.1, która także jest wynikiem mocy i natężenia ruchu. By zapewnić ciągłość pracy wymagana minimalna ilość balastów 4.1 wynosi dwie sztuki, oraz w zależności od zapotrzebowania od kilku do kilkunastu AH 2.

W zależności od mocy generatora, balastów 4.1 może być więcej, które to balasty 4.1 pracują naprzemiennie. Poprzez listwę zębatą 4.3, blok przekazuje ruch liniowy na koło zębate wyposażone w sprzęgło kierunkowe 4.4, wprawiając wał napędowy 4.5 w ruch obrotowy. W ten sposób na wale napędowym 4.5 otrzymywana jest moc oraz prędkość obrotowa, która przekazywana jest do GE 5. Wał napędowy 4.5 jest dzielony i łączony sprzęgłami przeciążeniowymi 4.6. MA 2 i 4 składa się z AH 2 zespolonego z AG 4. Poruszający się pojazd P wywiera nacisk na podłoże w którym zainstalowany jest odbiornik mocy TMO 1. Poprzez mechanizm odbioru energii, zasilany jest układ hydrauliczny, który wciąga balast 4.1 o określonej masie, na ustaloną wysokość. Odbiorniki są zaprojektowane tak, by w jak najwydajniejszy sposób odebrały energię kinetyczną z pojazdu P. Ponieważ w krótkim czasie w miejscach nacisku kół na podłoże jest generowana większa energia, niż możliwość zmagazynowania jej w AG 4, (ograniczenia konstrukcyjne mechanizmów oraz siłowników napędzających takie jak: prędkość posuwu siłownika, czy zdolność przeniesienia obciążeń dynamicznych na mechanizmy odbiorcze) w układzie zastosowano AH 2. Ich zadaniem jest zmagazynowanie energii i powolne oddawanie jej do balastu 4.1 pomiędzy przejazdami kolejnych pojazdów w celu zapewnienia ciągłej pracy. Moc oraz interwał przejazdu zależny jest od masy balastu 4.1, wysokości podnoszenia balastu, prędkości spadania oraz ilości AH 2. W celu zniwelowania budowy wysokich AG 4, można zastosować szereg balastów 4.1. Im większa prędkość spadania, tym wyższa musi być wysokość podniesienia balastu 4.1, lub rozłożenie tejże wysokości na szereg balastów 4.1 by zapewnić jak najdłuższe interwały przejazdów. Moc można zwiększać masą balastów 4.1 lub prędkością ich spadania.

Naciskowy generator energii NGE wspomaga przemysł energetyczny odzyskując energię włożoną w ruch pojazdów, dzięki czemu można podnieść sprawność przykładowo pociągów, gdyż energia po przejechaniu punktu odbioru częściowo wróci do sieci w postaci prądu elektrycznego.

TMO 1 mogą być podłączone bezpośrednio do sprężarki gazu i zasilać np. chłodnie do produkcji lodu w upalne dni znajdujące się na bocznicach kolejowych, na skrzyżowaniach w miastach etc.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Naciskowy generator energii (NGE) zawierający moduł odbiorczy oraz moduł generatora elektrycznego, znamienny tym, że składa się z dwóch modułów:

   - segmentowego modułu odbiorczego (SMO) (1) składającego się z co najmniej jednego segmentu i każdy segment składa się z belki nośnej (1.2) umieszczonej pod szyną (1.1) toru i połączonej z nią i umieszczonego pod nią siłownika hydraulicznego (1.5), który jest utwierdzony do fundamentu siłownika (1.4) oraz zabezpieczony osłoną siłownika (1.3) a całość jest zabezpieczona elastyczną osłoną (1.7) a ponadto pod szyną (1.1) toru umieszczona jest sprężyna (1.6),

   - modułu akumulacyjnego (MA) składającego się z akumulatora hydraulicznego (AH) (2), zespołu reduktora (ZR) (3), akumulatora grawitacyjnego (AG) 4 i modułu generatora elektrycznego (GE) (5), przy czym

   - akumulator hydrauliczny (AH) (2) jest zbiornikiem podzielonym przez elastyczny separator (3.1) na dwie komory (3.2 i 3.3) i jedna komora (3.2) przeznaczona jest dla cieczy pod ciśnieniem, natomiast druga komora (3.3) przeznaczona jest dla gazu a akumulator hydrauliczny (AH) (2) jest napełniony gazem do ciśnienia PO,

   - akumulator grawitacyjny (AG) (4), posiada balast (4.1) unoszony za pomocą siłownika hydraulicznego (4.2) a wymagana minimalna ilość balastów (4.1) wynosi dwie sztuki, przy czym balast (4.1) połączony jest poprzez listwę zębatą (4.3) i koło zębate wyposażone w sprzęgło kierunkowe (4.4) z wałem napędowym (4.5) połączonym z modułem generatora elektrycznego GE (5) a ponadto wał napędowy (4.5) jest dzielony i łączony sprzęgłami przeciążeniowymi (4.6).
2. 2. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że segmentowy moduł odbiorczy (TMO) (1) posiada od jednego do kilkunastu segmentów.
3. 3. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że pojedyncze segmentowe moduły odbiorcze (SMO) (1) łączy się w szeregi.
4. 4. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że w akumulatorze hydraulicznym (AH) (2) jako gaz stosuje się azot.
5. 5. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że balast (4.1) wykonany jest ze stali.
6. 6. Generator według zastrz. 1, znamienny tym, że w zależności od mocy generatora, balastów (4.1) jest więcej niż dwa i pracują one naprzemiennie.