Устройство для получения электрической энергии

Полезная модель направлена на повышение потребительских свойств за счет повышения надежности путем обеспечения выработки электрической энергии независимо от наличия или отсутствия ветра. Указанный технический результат достигается вертикальным расположением башни, внутри которой последовательно вдоль оси башни установлены преобразователи кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию выходного вала, выходные валы преобразователей кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию выходного вала кинематически связаны с входными валами генераторами электрической энергии. Восходящий поток воздуха внутри вертикальной башни образуется за счет разницы давления между верхней и нижней частями вертикальной башни. 1 н.з.п.ф., 1 илл.

Устройство предназначено для преобразования энергии восходящего воздушного потока в электрическую энергию и может быть использовано для преобразования потенциальной энергии воздушной среды в электрическую энергию независимо от величины и скорости атмосферного ветрового потока, а также его наличия или отсутствия.

Известно ветротурбинное устройство [1] для ветроэнергетической установки, включающее по меньшей мере одну ветровую турбину, по меньшей мере одну кольцевую балку, предназначенную для фиксирования и обеспечения опоры для ветротурбинного устройства, совокупность опорных колес, расположенных под первой кольцевой балкой, и по меньшей мере одну кольцевую дорожку, предназначенную для обеспечения опоры для первой кольцевой балки, при этом каждая ветровая турбина снабжена совокупностью черпакообразных элементов, расположенных по окружности на ветрогенераторной башне, причем каждый черпакообразный элемент имеет опорный стержень, при этом свободный конец каждого черпакообразного элемента снабжен отражателем воздушного потока, а другой конец черпакообразного элемента установлен на ветрогенераторной башне с возможностью поворота. Недостаток известного технического решения заключается в генерации электрической энергии только при наличии ветра, а также в сложности и низкой надежности данного устройства.

Известна установка для преобразования энергии набегающего воздушного потока в электрическую энергию [2]. Установка содержит генератор и аэродинамический привод, выполненный в виде двух соосно расположенных воздушных винтов, установленных с возможностью вращения в противоположные стороны и соединенных с генератором через средство преобразования вращательного движения двух валов во вращательное движение одного вала, выполненное в виде дифференциального планетарного мультипликатора. Генератор и мультипликатор размещены в корпусе, имеющем шарнир, расположенный в вертикальной плоскости, проходящей через центр масс, закрепленный на стойке и обеспечивающий возможность поворота в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Шарнир выполнен с ограничителем вертикального поворота, предохраняющим воздушные винты от повреждения о стойку. К корпусу генератора со стороны, противоположной винтам, установлены стабилизаторы горизонтального и вертикального положения. На стабилизаторе закреплен балансировочный груз. Изобретение обеспечивает повышение КПД установки при уменьшении ее габаритов и одновременном увеличении мощности. Недостаток известного технического решения заключается в генерации электрической энергии только при наличии ветра, а также в сложности и низкой надежности известного устройства.

Наиболее близкой к заявленному устройству является ветроэнергетическая установка [3], предназначенная для преобразования энергии ветра в механическую или электрическую энергию. В данном устройстве под действием ветрового потока приходит в движение ветроколесо, при этом на башню действует составляющая силы скручивания, навивка металлической ленты соответственно направлению вращения ветроколеса приводит к сжатию башни, что позволяет упрочнить конструкцию. Недостатками известного технического решения заключаются в сложности конструкции и низкой надежности описанной ветроэнергетической установки.

Задачей полезной модели является повышение потребительских свойств за счет повышения надежности путем обеспечения выработки электрической энергии независимо от наличия или отсутствия ветра.

Решение поставленной задачи в соответствии с п.1 формулы полезной модели обеспечивается тем, что в известное устройство для получения электрической энергии, содержащее вертикальную башню, преобразователь кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию выходного вала, преобразователь механической энергии в электрическую энергию, выходной вал преобразователя кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию кинематически связан с входным валом преобразователя механической энергии в электрическую энергию, внесены следующие усовершенствования: оно дополнительно содержит N дополнительных преобразователей кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию выходного вала, N дополнительных преобразователей механической энергии в электрическую энергию, вертикальная башня выполнена пустотелой, преобразователь кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию выходного вала и N дополнительных преобразователей кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию выходного вала расположены последовательно по высоте в вертикальной башне, выходной вал i-го дополнительного преобразователя кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию кинематически связан с входным валом i-го дополнительного преобразователя механической энергии в электрическую энергию, где i, N - целые положительные числа, причем 1iN. Такое построение устройства для получения электрической энергии позволяет повысить потребительские свойства за счет повышения надежности путем обеспечения выработки электрической энергии независимо от наличия или отсутствия ветра, что обеспечивается использованием эффекта свободноконвективной аэростатической подъемной силы.

В частном случае (п.2 полезной модели) вертикальная башня установлена на фундаменте, а нижняя часть вертикальной башни снабжена боковыми сквозными отверстиями. Такое построение заявленного устройства позволяет укрепить башню на прочном фундаменте, способном противостоять различным природным явлениям, как то: ураганам, смерчам, самумам и так далее.

В частном случае (п.3 полезной модели) кинематическая связь между выходным валом преобразователя кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию и входным валом преобразователя механической энергии в электрическую энергию выполнена в виде углового редуктора, кинематическая связь между выходным валом i-го дополнительного преобразователя кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию и входным валом i-го дополнительного преобразователя механической энергии в электрическую энергию выполнена в виде i-го дополнительного углового редуктора. Такой вариант конструктивного выполнения устройства позволяет вынести преобразователь механической энергии и дополнительные преобразователи механической энергии в электрическую энергию из внутренней части вертикальной башни и тем самым снизить сопротивление восходящему в вертикальной башне потоку воздуха, в результате чего повышается коэффициент полезного действия устройства.

В частном случае (п.4 полезной модели) внутри вертикальной башни в ее нижней части установлен генератор тепловой энергии. При необходимости увеличения количества генерируемой электрической энергии включается генератор тепловой энергии.

В частном случае (п.5 полезной модели) устройство для получения электрической энергии дополнительно содержит кольцевую стенку и прозрачную крышу, кольцевая стенка расположена концентрически относительно вертикальной башни, прозрачная крыша выполнена в виде диска с центральным отверстием, кольцевая стенка снабжена входными отверстиями, внешний край диска герметически соединен с кольцевой стенкой, внутренняя кольцевая поверхность прозрачной крыши герметично соединена с вертикальной башней, прозрачная крыша расположена выше боковых сквозных отверстий вертикальной башни. Такой вариант конструктивного выполнения устройства для получения электрической энергии позволяет за счет нагревания солнечными лучами находящегося между кольцевой стенкой и прозрачной крышкой воздуха увеличить количество вырабатываемой электрической энергии.

В качестве преобразователя кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию выходного вала может быть использована турбина.

Сущность полезной модели подтверждается описанием варианта конкретного конструктивного выполнения устройства и прилагаемым чертежом, на котором схематически изображено заявленное устройство.

Устройство для получения электрической энергии содержит вертикальную башню 1, турбину, включающую втулку 2, лопасти 3 и выходной вал 4, при этом выходной вал 4 и втулка 2 соединены соосно, на втулке 2 закреплены равномерно по окружности лопасти 3. Выходной вал 4 турбины кинематически связан с входным валом 5 преобразователя 6 механической энергии в электрическую энергию с помощью углового редуктора 7. Устройство также содержит N дополнительных турбин, i-я дополнительная турбина, включает втулку 8, лопасти 9 и выходной вал 10, при этом выходной вал 10 и втулка 8 соединены соосно, на втулке 8 закреплены равномерно по окружности лопасти 9. Выходной вал 10 i-й дополнительной турбины кинематически связан с входным валом 11 i-го дополнительного преобразователя 12 механической энергии в электрическую энергию с помощью i-го дополнительного углового редуктора 13. Вертикальная башня 1 установлена на фундаменте 14, нижняя часть вертикальной башни 1 снабжена боковыми сквозными отверстиями 15. Внутри вертикальной башни 1 в ее нижней части установлен генератор 16 тепловой энергии. Устройство для получения электрической энергии содержит также кольцевую стенку 17 и прозрачную крышу 18, кольцевая стенка 17 расположена концентрически относительно вертикальной башни 1, прозрачная крыша 18 выполнена в виде диска с центральным отверстием, кольцевая стенка 17 снабжена входными отверстиями 19, внешний край диска герметически соединен с кольцевой стенкой 17, внутренняя кольцевая поверхность прозрачной крыши 18 герметично соединена с вертикальной башней 1, прозрачная крыша 18 расположена выше боковых сквозных отверстий 15 вертикальной башни 1.

Устройство для получения электрической энергии работает следующим образом. Окружающий воздух за счет эффекта свободноконвективной аэростатической подъемной силы входит через боковые сквозные отверстия 19 и входные отверстия 15 в вертикальную башню 1 и движется вверх внутри вертикальной башни 1. При этом он вращает лопасти 3 и 9, вращение передается на выходные валы 4 и 10 соответственно. Выходные валы 4 и 10 через угловой редуктор 7 и дополнительные угловые редукторы 13 соответственно передают вращение на входные валы 5 и 11 соответственно. Преобразователь 6 механической энергии в электрическую энергию и дополнительные преобразователи 12 механической энергии в электрическую энергию вырабатывают электрическую энергию. Если ощущается недостаток вырабатываемой электрической энергии, то включают генератор 16 тепловой энергии, который увеличивает скорость воздуха, проходящего веутри вертикальной башни 1. При этом увеличивается количество вырабатываемой электрической энергии.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Хуан Ченьвень. Способ и устройство для генерирования электрической энергии путем преобразования энергии уплотненного воздушного потока. Заявка 2003130964/06 на патент РФ на изобретение, приоритет 12.04.2001, публ. 10.04.2005, МПК7 F03D 9/00.

2. Варламов С.Е., Дурнева Ю.М., Болотин Н.Б. Ветровая энергетическая устпновка. Патнгт РФ 2351798 на изобретение, приоритет 26.07.2007, публ. 10.04.2009, F03D 9/00 (2006.01).

3. Мельников Э.И., Родионов И.Н. Ветроэнергетическая установка. Патент РФ 2013653 на изобретение, приоритет 25.04.1991, публ. 30.05.1994, МПК5 F03D 11/00.

1. Устройство для получения электрической энергии, содержащее вертикальную башню, преобразователь кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию выходного вала, преобразователь механической энергии в электрическую энергию, выходной вал преобразователя кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию кинематически связан с входным валом преобразователя механической энергии в электрическую энергию, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит N дополнительных преобразователей кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию выходного вала, N дополнительных преобразователей механической энергии в электрическую энергию, вертикальная башня выполнена пустотелой, преобразователь кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию выходного вала и N дополнительных преобразователей кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию выходного вала расположены последовательно по высоте в вертикальной башне, выходной вал i-го дополнительного преобразователя кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию кинематически связан с входным валом i-го дополнительного преобразователя механической энергии в электрическую энергию, где i, N - целые положительные числа, причем 1iN.

2. Устройство для получения электрической энергии по п.1, отличающееся тем, что вертикальная башня установлена на фундаменте, а нижняя часть вертикальной башни снабжена боковыми сквозными отверстиями.

3. Устройство для получения электрической энергии по п.1, отличающееся тем, что кинематическая связь между выходным валом преобразователя кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию и входным валом преобразователя механической энергии в электрическую энергию выполнена в виде углового редуктора, кинематическая связь между выходным валом i-го дополнительного преобразователя кинетической поступательной энергии воздуха в кинетическую вращательную энергию и входным валом i-го дополнительного преобразователя механической энергии в электрическую энергию выполнена в виде i-го дополнительного углового редуктора.

4. Устройство для получения электрической энергии по п.1, отличающееся тем, что внутри вертикальной башни в нижней ее части установлен генератор тепловой энергии.

5. Устройство для получения электрической энергии по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит кольцевую стенку и прозрачную крышу, кольцевая стенка расположена концентрически относительно вертикальной башни, прозрачная крыша выполнена в виде диска с центральным отверстием, кольцевая стенка снабжена входными отверстиями, внешний край диска герметически соединен с кольцевой стенкой, внутренняя кольцевая поверхность прозрачной крыши герметично соединена с вертикальной башней, прозрачная крыша расположена выше боковых сквозных отверстий вертикальной башни.