Результат интеллектуальной деятельности: ТЕПЛОВАЯ ВЕТРОУСТАНОВКА

Изобретение относится к области теплоэнергетики и может быть использовано для обеспечения горячего водоснабжения и отопления зданий и сооружений, размещенных в местностях, где отсутствует централизованное теплоснабжение и ограничено электроснабжение, например, в местах размещения небольших военных городков, погранзастав и т.п.

Известна тепловая ветроустановка для получения горячей воды (а.с. СССР №1216418, бюллетень №9, 1986 г.), содержащая ветроколесо, установленное на вертикальном валу, бак с водой, размещенные в баке две крыльчатки и два электрогенератора с герметичными корпусами.

Такое устройство недостаточно эффективно для обеспечения горячего водоснабжения.

Известна тепловая ветроустановка для получения горячей воды (патент Германии №723048, опубликованный в 1942 г.) - ближайший аналог, содержащая ветродвигатель с вертикальным валом, на нижнем конце которого закреплена крыльчатка, размещенная в баке с водой.

Такая ветроустановка также недостаточно эффективна для обеспечения потребителей горячей водой.

Целью предлагаемой тепловой ветроустановки является повышение эффективности горячего водоснабжения за счет создания более совершенной установки, использующей современный роторный ветродвигатель с вертикальным валом, приводящий в движение конструкцию с большой площадью поверхности, контактирующей с водой при вращении поверхности, погруженной в бак с водой.

Поставленная цель достигается за счет того, что в тепловой ветроустановке, содержащей ветродвигатель с вертикальным валом и бак с водой, оснащенный патрубком для отвода воды, в качестве ветродвигателя используется размещенный на крыше здания роторный ветродвигатель с вертикальным валом, например, по патенту РФ №221000, кинематически связанный через редуктор, также расположенный на крыше здания, с круглой горизонтально расположенной пластиной, к которой снизу прикреплены вертикальные перегородки, выполненные в форме концентрично размещенных цилиндров, при этом внешняя (относительно центральной оси) перегородка снабжена с наружной стороны лопастями, прикрепленными по образующей цилиндра, круглая пластина с перегородками погружена в теплоизолированный бак с водой, к дну бака прикреплены вертикальные перегородки, также выполненные в форме концентрично размещенных цилиндров, диаметр которых выбран таким, чтобы стенки (боковые поверхности) этих цилиндров разместились между стенками (боковыми поверхностями) цилиндров, прикрепленных к круглой пластине, причем зазор между цилиндрическими перегородками круглой пластины и перегородками дна бака был минимально возможным для прохода воды, а между краями торцов перегородок, закрепленных на круглой пластине и дном бака образован зазор, такой же зазор образован между торцами перегородок, закрепленных на дне бака и круглой пластиной, на боковых поверхностях цилиндрических перегородок выполнен накат в форме сетки, в центре дна бака закреплена вертикально труба с заглушенными торцами, в части этой трубы, расположенной внутри бака, над дном вырезано отверстие для прохода воды, а к части трубы, расположенной вне бака, прикреплен сообщенный с ней патрубок для подвода воды.

Такая конструкция тепловой ветроустановки позволяет осуществлять более эффективное нагревание воды за счет большой суммарной поверхности вращающихся в воде цилиндров, для вращения которых используется более совершенный роторный ветродвигатель по патенту РФ №221000 (патентообладатель Секерин А.П., автор Туркин К.Н.), который, как следует из описания патента, не требует установки его на высокой мачте и обеспечивает более равномерную работу ветродвигателя независимо от силы и направления движения ветра. Кроме того, выполненный на поверхностях цилиндров накат в форме сетки способствует увеличению трения между пластиной и жидкостью, т.е. более интенсивному нагреву жидкостей при вращении цилиндрических поверхностей в воде, а минимально возможный зазор между вращающимися поверхностями цилиндров и неподвижными цилиндрами способствует более быстрому прогреву воды, протекающей между этими поверхностями.

Интенсивность нагрева жидкости в такой тепловой установке прямо пропорциональна силе, требуемой для равномерного движения пластины для преодоления трения в жидкости, величину которой можно определить по формуле:

v

где: F - сила, требуемая для равномерного движения пластины в жидкости, Н;

µ - коэффициент динамической вязкости жидкости, Н∙с/м²;

S - площадь поверхности пластины, м²;

v - скорость движения пластины, м/с;

δ - толщина слоя жидкости между подвижной и неподвижной пластинами, м.

Формула (1) получена на основе зависимости, установленной И. Ньютоном для вязкого течения жидкости (БСЭ, т.5, стр.604, М., Советская энциклопедия, 1971).

Анализ аналогов показал, что заявляемое техническое решение является новым. Новизна решения заключается в том, что для нагрева жидкости используются вращающиеся в ней цилиндрические перегородки (поверхности), на которых выполнен накат в форме сетки. Вращение цилиндрических поверхностей осуществляется между неподвижных цилиндрических перегородок (поверхностей), а зазор между вращающимися и неподвижными поверхностями выбран минимально возможным для прохода воды. Закрепленные на внешней вращающейся цилиндрической перегородке (цилиндре) лопасти обеспечивают напор для поступления нагретой воды в выходной патрубок бака и далее - к потребителю. Вращение цилиндрических перегородок (цилиндров) осуществляется с помощью более совершенного роторного ветродвигателя.

Таким образом, заявляемое техническое решение характеризуется новой совокупностью существенных признаков, дающих положительный , и обладает признаками соответствия критерию «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлена тепловая ветроустановка, на фиг.2 - форма наката, выполненного на поверхностях вертикальных цилиндрических перегородок.

Установка содержит роторный ветродвигатель 1 с вертикальным валом 2, редуктор 3 с цилиндрической зубчатой передачей 4 (зубчатая передача, у которой диаметр ведущей шестерни больше диаметра ведомой, в предмет изобретения не входит и в формуле не представлена). Ветродвигатель 1 и редуктор 3 закреплены на крыше 5 здания. К выходному валу 6 редуктора 3 прикреплена горизонтально расположенная круглая пластина 7. Нижний конец вала 6 снабжен муфтой 8 (муфта 8 в предмет изобретения не входит и в формуле не представлена). К пластине 7 прикреплены снизу вертикальные цилиндрические перегородки 9. Внешняя (относительно центральной оси) перегородка 9 снабжена с наружной стороны лопастями 10. Круглая пластина 7 с перегородками 9 погружена в теплоизолированный бак 11 с водой. В крышке 12 бака 11 закреплен в центре сальник 13, через который проходит с возможностью вращения вал 6 (сальник 13 в предмет изобретения не входит и в формуле не представлен). К дну 14 бака 11 прикреплены вертикально расположенные цилиндрические перегородки 15, размещенные между цилиндрическими перегородками 9 с минимально возможным зазором 16 для прохода воды. Между краями перегородок 9 и дном 14, а также между круглой пластиной 7 и краями перегородок 15 образованы зазоры 18 и 19 соответственно. В центре дна 14 закреплена вертикально труба 20 с заглушенными торцами. На верхнем торце трубы 20 закреплен подшипник скольжения 21 для обеспечения вращения муфты 8 и вала 6 (подшипник 21 в предмет изобретения не входит). В трубе 20 (выше дна 14 бака 11) вырезано отверстие 22 для прохода воды в бак 11, а ниже дна 14 труба 20 снабжена патрубком 23 для подачи воды. Патрубок 24 предназначен для подачи нагретой воды потребителю. Крепление ветродвигателя 1 на крыше 5 здания осуществляется с помощью крепежных элементов 25 (в предмет изобретения не входят).

Тепловая ветроустановка работает следующим образом. Под действием ветра начинает вращаться ротор ветродвигателя 1 (устройство роторного ветродвигателя приведено в описании патента №2210000). Вместе с ротором вращается и вертикальный вал 2 ветродвигателя 1 и ведущая и ведомая цилиндрические шестерни 4 редуктора 3. Так как ведомая шестерня имеет диаметр меньший, чем ведущая, то число оборотов выходного вала 6 редуктора 3 увеличивается. В соответствии с описанием ветродвигателя 1 по патенту №2210000 число оборотов ветродвигателя стабилизируется за счет наличия в его конструкции маховика. Вместе с валом 6 вращается закрепленная на нем круглая пластина 7 и прикрепленные к ней цилиндрические перегородки 9. Через патрубок 21, трубу 20 и отверстие 22 в бак 11 поступает вода и через зазоры 16 переливается между вертикальными цилиндрическими перегородками 9 и 15, нагреваясь при этом за счет трения. Так как зазоры 16 между вращающимися перегородками 9 и неподвижными перегородками 15 выбраны минимально возможными, то протекающая между перегородками вода быстро и интенсивно нагревается, чему способствует также нанесенный на поверхности перегородок 9 и 15 накат в форме сетки, увеличивающий трение. Закрепленные на наружной поверхности вращающейся внешней перегородки 9 лопасти 10 способствуют перемещению нагретой воды к выходному патрубку 24 и далее к потребителю. Если скорость ветра увеличивается, то увеличивается и число оборотов ротора ветродвигателя 1 и круглой пластины 7 с цилиндрическими перегородками 9, следовательно, в соответствии с формулой (1) увеличивается сила, требуемая для обеспечения равномерного движения перегородок 9 в воде, пропорционально увеличивается интенсивность нагрева воды.

Таким образом, предлагаемая тепловая ветроустановка обеспечивает эффективный нагрев воды, которая может быть использована либо для горячего водоснабжения, либо отопления зданий и сооружений. При этом не требуется потребления электроэнергии, т.к. используется сила ветра, причем в качестве ветродвигателя используется более совершенная конструкция, не требующая сооружения высокой мачты и весьма габаритных пропеллеров.

Предлагаемая тепловая ветроустановка является промышленно применимой, т.к. не содержит элементов, которые не могли бы быть изготовлены, а используемый ветродвигатель по патенту РФ №2210000 изготавливается, что следует из интервью автора патента К. Туркина, приведенному в статье в газете «Санкт-Петербургские ведомости» от 03.12.2012 г. «Электричество из молекулы».