Энергоустановка
Полезная модель может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения организаций и учреждений, не имеющих централизованного теплоснабжения, а также для обеспечения работы электрических приборов, аккумуляторов т.д.
Энергоустановка содержит два индуктора, каждый из которых представляет собой цилиндрический элемент из магнитного материала с размещенными на его стенках постоянными магнитами с чередующимися полюсами, один из которых установлен коаксиально с возможностью вращения в емкости с жидкостью, и взаимодействует с ее стенками, выполненными из металла. Другой индуктор установлен коаксиально с металлической емкостью снаружи ее также с возможностью вращения. Он взаимодействует с обмоткой и сердечником, размещенными на емкости. В результате при вращении индукторов нагревается вода в металлической обмотке и возникает электрический ток в обмотке.
Для увеличения площади нагрева цилиндрический элемент первого индуктора может быть выполнен с дном, на котором размещены с чередованием полюсов по окружности постоянные магниты, так, что каждому магниту, установленному на стенке цилиндрического элемента соответствует магнит, установленный на дне, той же полярности. 1 н.п. ф., 2 з.п. ф., 1 илл.
Полезная модель относится к энергетике и может быть использована в системах отопления и горячего водоснабжения организаций и учреждений, не имеющих централизованного теплоснабжения, а также для обеспечения автономной работы электрических приборов индивидуального пользования (аккумуляторов, нагревательных элементов, освещения, радиоэлектронной и бытовой электроаппаратуры, электроприводов и т.д.). Непрерывный рост цен на энергоносители повышает всеобщий интерес к альтернативным возобновляемым источникам энергии. В этой связи строительство дешевых агрегатов для получения тепловой и электрической энергии, т.е. прямого преобразования механической энергии в тепловую и одновременно в электрическую особенно актуально [1].
Известны энергоустановки, представляющие собой водонагреватели, содержащие индукционную обмотку, подключенную к источнику переменного тока, установленную с возможностью воздействия на металлические емкости с жидкой средой [2, 3]. Однако эти устройства связаны также с большим потреблением электрической энергии, сложны в изготовлении, требуют установки различных преобразователей.
Известна энергоустановка, предназначенная для преобразования механической энергии в электрическую и тепловую энергию [5]. В энергоустановку входит узел для получения кинетической энергии с подвижной частью в виде вала, установленного с возможностью вращения от узла получения кинетической энергии. Причем, вал может быть соединен с генератором электрической энергии, выход которого электрически связан с устройством энергопотребления. Устройство энергопотребления может быть выполнено в виде электронагревателя. Конструкция энергоустановки позволяет получить тепловую или световую энергию. Однако, эта конструкция не обеспечивает одновременного получения тепловой и электрической энергии.
Наиболее близким по существу является энергоустановка [4], содержащая индуктор, состоящий из постоянных магнитов, размещенных на стенке цилиндрического элемента из магнитного материала с чередованием полюсов по окружности, причем, цилиндрический элемент коаксиально размещен относительно металлической цилиндрической емкости с нагреваемой жидкостью с внешней ее стороны и установлен с возможностью вращения.
Однако это установка имеет недостаточно высокий коэффициент полезного действия (около 30%) и высокую металлоемкость. Эти недостатки обусловлены тем, что устройство имеет большие тепловые потери ввиду того, что во время его работы имеет
место эффект вентилятора. Кроме того, эта установка имеет ограниченные функциональные возможности, так как ее нельзя одновременно использовать для получения электрической энергии.
Заявляемая полезная модель решает задачу создания более эффективного устройства с расширенными функциональными возможностями, предназначенного для одновременного получения тепловой и электрической энергии путем преобразования механической энергии, например, ветра, в электрическую и тепловую.
При этом техническим результатом является уменьшение материалоемкости и габаритов устройства, уменьшение рассеивания магнитного потока за счет изменения взаиморасположения элементов устройства, а также расширение функциональных возможностей.
Этот технический результат достигается тем, что в энергоустановке, содержащей металлическую цилиндрическую емкость с жидкостью, а также индуктор, состоящий из цилиндрического элемента, выполненного из магнитного материала, с размещенными на его стенке постоянными магнитами с чередующимися полюсами по окружности, расположенного коаксиально с металлической цилиндрической емкостью и установленного с возможностью вращения, индуктор расположен внутри емкости, а на внешней ее поверхности коаксиально закреплен цилиндрический сердечник, на поверхности которого расположена трехфазная беспазовая обмотка, а снаружи энергоустановки коаксиально установлен с возможностью вращения дополнительный индуктор также состоящий из цилиндрического элемента из магнитного материала с размещенными на его стенке постоянными магнитами с чередующимися полюсами по окружности.
При этом для увеличения площади нагрева в энергоустановке цилиндрический элемент индуктора, расположенного в емкости с жидкостью может быть выполнен с дном, на котором размещены с чередованием полюсов по окружности постоянные магниты, так, что каждому магниту, установленному на стенке цилиндрического элемента соответствует магнит, установленный на дне, той же полярности.
При этом сердечник выполнен из ленточной электротехнической стали беспазовым путем наматывания ее ребром на наружную цилиндрическую поверхность емкости.
На фиг.1 представлен общий вид заявляемой установки, где 1 - индуктор, содержащий постоянные магниты 2, размещенные на стенке 3 цилиндрического элемента 4 индуктора из магнитного материала. Полюса магнитов чередуются по окружности. Индуктор 1, расположен коаксиально металлической цилиндрической емкости 5 с жидкостью и размещен внутри этой емкости с возможностью вращения цилиндрического
элемента 4 на оси 6. При этом для увеличения площади нагрева цилиндрический элемент 4 индуктора 1 может быть выполнен с дном 7, на котором размещены с чередованием полюсов по окружности постоянные магниты 8, так, что каждому магниту, установленному на стенке цилиндрического элемента 4 соответствует магнит, установленный на дне 7, той же полярности. Для регулирования зазора между магнитами 2 и стенками емкости 5 с нагреваемой жидкостью магниты могут быть установлены на стенках цилиндрического элемента с возможностью радиального перемещения в направлении стенок емкости с помощью винтов 9. На стенке емкости 5 с внешней стороны закреплен сердечник 10, который может быть выполнен, например, витым, из ленточной стали. На сердечнике расположена трехфазная беспазовая обмотка 11. Индуктор 12 расположен снаружи энергоустановки и установлен с возможностью вращения на оси 6. На индукторе 12 размещены с чередующимися полюсами по окружности постоянные магниты 13.
Заявленная установка работает следующим образом. От какого-либо привода (электрического, механического, ветряного двигателя и т.п.) приводят во вращение два индуктора с установленными в них постоянными магнитами. Это приводит к возникновению переменного магнитного поля. Это переменное магнитное поле согласно закону М.Фарадея индуцирует вихревые токи или токи Фуко в стенках металлической емкости для нагреваемой жидкости, а переменное магнитное поле второго индуктора наводит ЭДС в трехфазной беспазовой обмотке.
Вихревые токи или токи Ф.Фуко разогревают внутренние боковые стенки емкости, а в случае, когда цилиндрический элемент индуктора выполнен с дном и размещенными на нем магнитами, разогревают и дно емкости. Затем стенки передают свое тепло жидкости, находящейся внутри бака, а наводимая ЭДС в обмотке создает электрический ток, который может быть использован в устройствах индивидуальных пользователей.
Чем выше скорость вращения индуктора, тем больше величина индукционных токов, возникающих в стенках и дне цилиндра.
Целесообразно выполнение цилиндрической емкости с жидкостью теплоизолированной. При этом нагрев из-за вихревых токов, появляющихся внутри емкости (на дне и боковых стенках) происходит более эффективно, т.к. нет тепловых потерь, вся механическая энергия переходит в тепловую энергию. Во время вращения индуктора внутри емкости, происходит также интенсивное перемешивание жидкости. Более эффективный нагрев также происходит в случае, если постоянные магниты индуктора установить в непосредственной близости у стенок емкости из-за возникающего при этом трения будут увеличивать нагрев.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания и формулы изобретения:
1. Поляков В.Г. О перспективах строительства ветроэлектростанций в Чувашской Республике. «Известия инженерно-технологической академии ЧР», №2, 1996.
2. Патент Российской Федерации №2138137, кл. Н05В 6/10, F24H 1/10
3. Патент Российской Федерации №2120703, кл. Н05В 6/10, Н05В 6/06
4. Афанасьев А.А., Николаев А.В. Дискретная математическая модель электромеханического нагревателя с постоянными магнитами. (Сборник тезисов докладов на конференции ЧГУ по автоматизации), май-июнь 2003.
5. Патент Российской Федерации №2247863 МПК7 F03G 7/04
1. Энергоустановка, содержащая металлическую цилиндрическую емкость с жидкостью, а также индуктор, состоящий из цилиндрического элемента, выполненного из магнитного материала, с размещенными на его стенке постоянными магнитами с чередующимися полюсами по окружности, расположенного коаксиально с металлической цилиндрической емкостью и установленного с возможностью вращения, отличающаяся тем, что индуктор расположен внутри емкости, а на внешней ее поверхности коаксиально закреплен цилиндрический сердечник, на поверхности которого расположена трехфазная беспазовая обмотка, причем, снаружи энергоустановки коаксиально установлен с возможностью вращения дополнительный индуктор также состоящий из цилиндрического элемента из магнитного материала с размещенными на его стенке постоянными магнитами с чередующимися полюсами по окружности.
2. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что цилиндрический элемент индуктора, расположенного в емкости с жидкостью выполнен с дном, на котором размещены с чередованием полюсов по окружности постоянные магниты, так, что каждому магниту, установленному на стенке цилиндрического элемента соответствует магнит, установленный на дне, той же полярности.
3. Энергоустановка по п.1, отличающаяся тем, что сердечник выполнен из ленточной электротехнической стали беспазовым, путем наматывания ленты ребром на наружную цилиндрическую поверхность емкости.
