RU2412405C1

RU2412405C1 - Wind-driven heat electric generator

Info

Publication number: RU2412405C1
Application number: RU2009143031/06A
Authority: RU
Inventors: Игорь Борисович Бирюлин (RU); Игорь Борисович Бирюлин; Анжелика Амировна Ветрова (RU); Анжелика Амировна Ветрова; Валентина Анатольевна Белая (RU); Валентина Анатольевна Белая; Иван Борисович Башилов (RU); Иван Борисович Башилов
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2011-02-20

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: wind-driven heat electric generator includes cylindrical housing with cover and bottom, vertical shaft arranged in support-thrust bearing; cold water inlet and hot water outlet connection pipes; electric generator, drum and swirling device. Drive shaft rigidly connected to the drum made of two shells is arranged inside the housing. In upper shell there are the holes into which tubes are inserted at an angle of 45-50°, which have impellers; tubes contact with the ring attached from above to ring-washer with concentric holes, which is attached to the housing. In lower shell there are rectangular holes in two tiers and in staggered order, into which the vanes are inserted. At the bottom of the shell there is propeller impeller in the hub of which there fixed is electric generator shaft installed on posts and electrically interconnected with accumulator and flap. Ring, ring-washer and stepped ring is filled with heat-accumulating compound changing its aggregative state in the working range of temperatures.

EFFECT: increasing conversion coefficient of mechanical energy to heat energy.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветротеплогенераторам, использующих энергию ветра для нагрева воды и получения электрической энергии.The invention relates to wind energy, namely to wind and heat generators using wind energy to heat water and produce electrical energy.

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)A known liquid calorimeter containing a housing, inside of which an axis is immersed with rotating blades and partitions between them (A.I. Gomonova. Physics manual. Textbook. M., Moscow State University publishing house, 1991, p. 173, Fig. 10.4)

Известный калориметр преобразует механическую энергию, поступающую от внешнего двигателя, в тепловую в малых количествах. Применяется в основном в лабораторной практике.The known calorimeter converts mechanical energy from an external engine into heat in small quantities. It is mainly used in laboratory practice.

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).Known wind energy storage unit Parakhina I.E., containing a wind turbine with a power shaft, an inertial battery with a drive shaft, an electric generator and a container in which a hollow vessel floats (a.c. 1195043, USSR).

Известная установка, по замыслу автора, при наличии аккумулятора сглаживает колебания порывов ветра и предназначена в основном для обеспечения потребителей электроэнергией.The well-known installation, according to the author, in the presence of a battery, smooths out fluctuations in gusts of wind and is intended mainly to provide consumers with electricity.

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).The closest in technical essence to the claimed solution is a device for simultaneous cleaning of the inner surfaces of several tubular billets, including a container with a lid, a drum with a drive for its rotation, containing two conical surfaces, tubular billets in contact with an annular stop are installed in the upper mandrel attached through the yoke to the cover (A.S. 307204, USSR).

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.The technical result, which consists in compactness and a decrease in the metal consumption of the structure, an increase in swirl devices and a coefficient of conversion of mechanical energy into heat, with the simultaneous production of electrical energy, and all this is ensured by the fact that the wind thermoelectric generator, including a cylindrical body with a cover and a bottom, is vertical a shaft housed in a thrust bearing, cold and hot water inlet nozzles, an electric generator, a drum and a twisting device thy, according to the invention, a drive shaft is placed inside the housing, rigidly connected to the drum made of two conical cups, the upper and lower, the ends of which are connected by fixing pins in contact with the stepped hollow ring, rigidly attached to the inner wall of the housing. Holes are made in the upper glass, into which thick-walled tubes are inserted with a gap at an angle of 45-50 ° to the vertical axis, having impeller ends, and also openings communicating the inner cavity of the drum with the cavity of the housing. The tubes are in contact with a thick-walled ring attached on top of a hollow washer ring having concentric holes rigidly attached to the inner wall of the housing. In the lower glass, rectangular holes are made in two staggered staggered holes, into which the blades are inserted to fix their falling out of the holes, the glass has a propeller impeller at the bottom, in the hub of which there is a shaft of an electric generator mounted in a thrust bearing in the bottom of the case . Through the wires, the electric generator is electrically connected to the battery and the shield, in the lower part of the case, on the left, there is a pipe with a sliding cold water inlet, and in the upper part of the case, on the right, a pipe with a valve, cold water inlet is installed, and in the upper part of the case, on the right a pipe with a hot water outlet valve is installed. Overflow pipes are installed on the side of the generatrix along the generatrix. The ring, the washer ring and the stepped ring are filled with a heat storage composition that changes its state of aggregation in the operating temperature range.

На чертеже изображен ветровой теплоэлектрический генератор, общий вид.The drawing shows a wind thermoelectric generator, General view.

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.The wind thermoelectric generator includes a cylindrical housing 1, passing below into a conical part 2 with a bottom 3 and from above with a cover 4 (heat generator). The vertical drive shaft 5, mounted in a thrust bearing 6 in the cover 4, has a coupling 7 on top for receiving power (rotation) and is rigidly connected to a drum 8 made of two conical cups, the upper 9 and lower 10, the ends of which are connected by fixing pins (not shown) in contact with the stepped hollow ring 11, rigidly attached to the inner wall of the housing 1. In the glass 9 holes 12 are made, into which thick-walled tubes 13 are inserted with a gap at an angle of 45-50 ° to the vertical axis, having 14 from the ends of the impeller and 15 . as well as holes 16, communicating the internal cavity of the drum 8 with the cavity of the housing 1. The tubes 13 are in contact with a thick-walled ring 17 attached to the top of the hollow washer ring 18 having concentric holes 19, rigidly attached to the inner wall of the housing 1. In the glass 10 is made in two tiers, in a staggered manner, rectangular holes 20 into which the blades 21 are inserted to fix them from falling out of the holes 20 by known methods. At the bottom, the glass 10 has a propeller impeller 22, in the hub 23 of which the electric shaft 24 is fixed generator 25, located in the thrust bearing 26 in the bottom 3 of the housing 1. In the lower part of the housing 1, on the left, a pipe 27 with a valve 28 for entering cold water is installed, and in the upper part of the housing 1, on the right, a pipe 29 with a valve 30 is installed hot water outlet. An air valve 31 and a thermometer 32 are installed in the cover 4, and overflow pipes 33, at least 2 pieces, are installed to the side of the housing 1 along the generatrix. The housing 1 is mounted on racks 34 on a stove 35, and the electric DC generator 25 is mounted on racks 36 and is electrically connected through an electric wire 37 to an electric accumulator and a shield (not shown). The ring 17, the ring washer 18 and the stepped ring 11 are filled with a heat storage composition that changes its state of aggregation in the operating temperature range.

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.The drive motor can be wind turbines with a vertical shaft (rotary, rotary, drum, etc.) of existing structures. Overflow pipes 33 connect the upper cavity of the housing 1 with the lower. They provide fluid circulation in the housing and partially heat the room. The DC generator of existing structures is mounted vertically with a shaft elongated upward through a thrust bearing in the bottom of the heat generator housing.

Ветровой теплоэлектрический генератор работает следующим образом.Wind thermoelectric generator operates as follows.

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.At the beginning of the heating period, the housing 1 is filled with liquid (water). To do this, open the air valve 31 on the cover 4 and the valve 28. Water will begin to fill the housing 1, when it appears from the valve 31, close the valve 28 and then the valve 31. Connect the coupling 7 of the shaft 5 to the wind turbine coupling (not shown). If there is sufficient wind, the shaft 5, the drum 8, the tubes 13 with the impellers 14 and 15, and the shaft 24 of the electric generator 25 will begin to rotate. The continuous rotation (mechanical operation) of the tubes 13 with the impellers 14 and 15, the blades 21 in the volume of liquid is converted into thermal energy. The friction of the peripheral part of the drum 8 about the stepped ring 11 is also converted into heat. The liquid heated in the housing transfers heat through the wall, cover 4, and overflow pipes 33 to the heated room, as well as to the heat storage composition located in ring 17, ring washer 18, and stepped ring 11; the propeller impeller 22 draws in liquid from the bottom of the housing 1 and through openings 16 pushes it into the upper part of the housing 1. Through the overflow pipes 33, the liquid goes down the housing and is again pushed up by the impeller 22. The circulation and heating of the fluid will continue if there is sufficient wind power. At the same time, the shaft 24 of the electric generator 25 will rotate its rotor (not shown) and thereby generate a constant electric current supplied to recharge the battery or directly to the electrical panel.

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.When the wind is temporarily stopped, the heat-accumulating composition in the ring 17, the washer ring 18 and the stepped ring 11 will transfer heat to the liquid in the housing 1 and enter the heated room through its wall. A charged battery after stopping the generator 25 will illuminate the room to other buildings. With the resumption of wind of sufficient strength, the wind thermoelectric generator will work in normal mode, supply the object with thermal and electric energy.

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.During the inter-heating period, the water heated in the housing 1 is consumed for domestic needs, for this, the valve 30 is opened and, if there is a temperature of 50-60 ° C, the valve 28 is opened. In the absence of wind, the water in the housing 1 is not heated, charged batteries will illuminate the objects until they are full discharge.

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.The proposed wind thermoelectric generator is compact, simple in design, reliable in operation, noiseless, and therefore will find application at autonomous points: camp sites, garden houses, shepherd’s wagons, farms and other facilities.

Claims

1. Wind thermoelectric generator, including a cylindrical housing with a cover and a bottom, a vertical shaft located in the thrust bearing, cold and hot water inlet nozzles, an electric generator, a drum and a twisting device, characterized in that the drive shaft is located inside the housing, rigidly connected to a drum made of two conical cups, the upper and lower, the ends of which are connected by fixing pins in contact with a stepped hollow ring, rigidly attached to the inner the wall of the housing, in the upper glass, holes are made into which thick-walled tubes are inserted with a gap at an angle of 45-50 ° to the vertical axis, having impeller ends from the ends, as well as holes communicating the inner cavity of the drum with the body cavity, the tubes contact the thick-walled ring, attached on top to a hollow washer ring having concentric holes, rigidly attached to the inner wall of the housing, in the lower glass, rectangular holes are made in a checkerboard pattern into which the shovels are inserted ki with fixing them from falling out of the holes, the bottom of the glass has a propeller impeller, in the hub of which there is a shaft of an electric generator mounted in a thrust bearing in the bottom of the housing, through the wires the electric generator is electrically connected to the battery and the shield, and in the lower part of the housing, on the left, a pipe with a cold water inlet valve is installed, and in the upper part of the body, on the right, a pipe with a hot water outlet valve is installed, and overflow pipes are installed to the side of the body along the generatrix.

2. The wind thermoelectric generator according to claim 1, characterized in that the ring, the washer ring and the stepped ring are filled with a heat storage composition that changes its state of aggregation in the operating temperature range.