Вітроустановка для виробництва теплоти

Реферат: Вітроустановка для виробництва теплоти включає ротор з валом, на маточині якого жорстко закріплений пусковий ротор, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос та теплогенератор, який виконаний як електроіндукційний нагрівач, розташований у ємності з теплоносієм, і який, у свою чергу, складається із жорстко закріпленого на валу ротора першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами зі зміною полярності. Тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, та другого диска, що жорстко прикріплений до ємності з теплоносієм і складається з двох елементів, один з яких являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий - диск з магнітом'якого матеріалу. При цьому обидва елементи жорстко з'єднані між собою без проміжків. Перший диск виконаний у вигляді циліндра, на утворюючій поверхні якого вздовж осі жорстко закріплені постійні магніти зі зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів. При цьому перший диск коаксіально з проміжком встановлений у гільзі, що складається з двох циліндрів, перший циліндр виконаний з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий з магнітом'якого матеріалу. Крім цього обидва циліндри з'єднані між собою без проміжків і герметично прикріплені до ємності з теплоносієм з можливістю багаторазового збирання-розбирання. UA 118923 U (54) ВІТРОУСТАНОВКА ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ТЕПЛОТИ UA 118923 U UA 118923 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вітроенергетики та може бути використана для забезпечення споживачів тепловою енергією. Відоме технічне рішення вітроустановка для виробництва теплоти за патентом України на корисну модель № 92967 [бюл. № 17 від 10.09.2014 p.]. Ця вітроустановка для виробництва теплоти складається з ротора з маточиною та пускового ротора Савоніуса, які жорстко закріплені на валу, теплогенератора, що виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача і розміщений в корпусі. В свою чергу корпус розташований у герметичному ребристому баку з робочою рідиною. Крім цього бак у свою чергу розташований у ємності з теплоносієм. У ємності з теплоносієм встановлений теплообмінник та циркуляційний насос, при цьому вхід теплообмінника гідравлічно з'єднаний з виходом циркуляційного насоса, а вихід - з споживачем отриманої теплоти, а сам вал циркуляційного насоса з'єднаний з продовженням вала маточини. З валом маточини також жорстко з'єднаний перший диск електроіндукційного нагрівача, що розташований в корпусі, і виконаний з можливістю обертання разом з валом всередині корпусу. На цьому ж диску жорстко закріплені із зміною полярності постійні магніти, тобто магніти розміщені за колом в порядку чергування полюсів. Другий диск електроіндукційного нагрівача жорстко закріплений в корпусі. Цьому технічному рішенню притаманні наступні недоліки. По-перше, електроіндукційний нагрівач має низьку ефективність перетворення механічної енергії в теплову, що призводить до значних габаритів і, відповідно, значної матеріалоємності. По-друге, відоме технічне рішення має значну конструктивну складність, так як електроіндукційний нагрівач розміщується в корпусі, який в свою чергу розташований у герметичному ребристому баку з робочою рідиною. Крім цього бак у свою чергу розташований у ємності з теплоносієм. По-третє, циркуляційний насос з теплообмінником знаходяться у ємності з теплоносієм, що ускладнює їх обслуговування та ремонт. Із відомих пристроїв найбільш близькою за технічною суттю є, вибрана як найближчий аналог, вітроустановка для виробництва теплоти за патентом України на корисну модель № 112012 [бюл. № 22 від 25.11.2016 p.]. Ця вітроустановка для виробництва теплоти містить ротор з валом, пусковий ротор, жорстко закріплений на маточині, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос, теплогенератор, який виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, що складається із першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами, розташованими із зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, та другого диска. Другий диск електроіндукційного нагрівача виконаний у вигляді двох дисків, що жорстке з'єднані між собою без проміжків, один з яких, що розташований ближче до постійних магнітів, являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий, що розташований під ним, диск з магнітом'якого матеріалу, при цьому перший диск електроіндукційного нагрівача жорстко закріплений на валу ротора, а другий диск, що жорстко закріплений у ємності з теплоносієм зі сторони, протилежної диску з постійними магнітами, виконаний у вигляді ребристої поверхні. При цьому з валом ротора за допомогою трансмісії з'єднаний циркуляційний насос, який розміщений за межами ємності з теплоносієм та споживачем теплової енергії. Такому технічному рішенню притаманні наступні недоліки. Насамперед відомий електроіндукційний нагрівач має невисоку ефективність перетворення механічної енергії в теплову, тому що ефективна площа нагрівання обмежена торцевими поверхнями. Цей факт у свою чергу призводить до збільшення радіальних габаритів, якщо ставиться задача отримання більшого значення теплової потужності. Таким чином зростатимуть і матеріалоємність взагалі і питома матеріалоємність зокрема. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності вітроустановки та зменшення її питомої матеріалоємності. В запропонованому технічному рішенні пропонується удосконалення електроіндукційного нагрівача шляхом використання не тільки торцевих поверхонь, але й додатково введених циліндричних поверхонь, які збільшують площу контакту теплоносія з поверхнею, що розігрівається, і таким чином зменшує його питому матеріалоємність за рахунок збільшення концентрації енергії в невеликому об'ємі металу. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованій вітроустановці для виробництва теплоти, яка містить ротор з валом, на маточині якого жорстко закріплений пусковий ротор, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос та теплогенератор, який виконаний у вигляді електроіндукційного нагрівача, розташованого у ємності з теплоносієм, і який, у свою чергу, складається із жорстко закріпленого на валу ротора першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами, та другого диска, що жорстко прикріплений до ємності з 1 UA 118923 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 теплоносієм і складається з двох елементів, один з яких являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий - диск з магнітом'якого матеріалу, при цьому обидва елементи жорстко з'єднані між собою без проміжків, згідно з корисною моделлю, перший диск електроіндукційного нагрівача виконаний у вигляді циліндра, на утворюючій поверхні якого вздовж осі жорстко закріплені постійні магніти зі зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, при цьому перший диск коаксіально з проміжком встановлений у гільзі, що складається з двох циліндрів, перший циліндр виконаний з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий - з магнітом'якого матеріалу, крім того обидва циліндри з'єднані між собою без проміжків і герметично прикріплені до ємності з теплоносієм з можливістю багаторазового збирання-розбирання. В запропонованому технічному рішенні за рахунок струмів Фуко і перемагнічування тепло виділяється не тільки на торцевих поверхнях, але й на циліндричних поверхнях гільзи і її складових (циліндрів). Таким чином йде більш інтенсивне виділення теплоти за рахунок збільшення площі контакту теплоносія з поверхнями, що розігріваються. Отже підвищується ефективність вітроустановки та зменшується питома матеріалоємність електроіндукційного нагрівача і тим самим запропонована сукупність суттєвих ознак забезпечує досягнення зазначеного технічного результату. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, що наведені на фіг. 1 загальний вигляд пристрою; на фіг. 2 - вигляд А за фіг. 1; на фіг. 3 - принципова схема пристрою; на фіг. 4 - переріз Б-Б за фіг. 3. Вітроустановка для виробництва теплоти (див. фіг. 1) складається з ротора 1 з маточиною 2, яка жорстко закріплена на валу 3 (див. фіг. 3). З цим же валом 3 жорстко з'єднаний циліндр 4 електроіндукційного нагрівача, який знаходиться у ємності з теплоносієм 5. На утворюючій поверхні циліндра 4 вздовж власної осі жорстко закріплені постійні магніти 6 зі зміною полярності, тобто магніти розташовані за колом в порядку чергування полюсів (див. фіг. 4). Циліндр 4 коаксіально вставлений у гільзу, що складається з двох циліндрів. Перший 7, що розташований ближче до постійних магнітів 6, виконаний немагнітного електропровідного матеріалу (наприклад мідь, алюміній тощо), а другий 8 - з магнітом'якого матеріалу (наприклад сталь 3). При цьому обидва циліндри з'єднані між собою без проміжків і кріпляться до ємності з теплоносієм 5 за допомогою герметичного з'єднання, що дозволяє виконувати багаторазове збирання-розбирання електроіндукційного нагрівача. Торці постійних магнітів 6 також взаємодіють з першим диском 9, виконані з немагнітного електропровідного матеріалу (мідь, алюміній тощо), який без проміжків з'єднаний з кришкою ємності з теплоносієм 5, що в свою чергу виконана з магнітом'якого матеріалу (наприклад сталь 3). Диск 9 та кришка ємності з теплоносієм 5 виконані нерухомо відносно вала 3. Вал 3 через трансмісію 10 з'єднаний з валом циркуляційного насоса 11, при цьому його вхід гідравлічно з'єднаний із ємністю з теплоносієм 5, а вихід - з споживачем теплової енергії 12, наприклад радіатором водяного опалення. На маточині 2 (див. фіг. 1 та 2) також жорстко закріплений пусковий ротор Савоніуса 13. Працює вітроустановка для виробництва теплоти наступним чином. При достатній швидкості вітру (2,5-3 м/с) на пусковому роторі 13 (див. фіг. 2) з'являється обертовий момент, під дією якого ротор 1 (див. фіг. 1) починає обертатись. При цьому також починають обертатись маточина 2, відповідно головний вал 3 (див. фіг. 3), циліндр 4 та постійні магніти 6. Під час обертання циліндра 4, з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами 6, відносно нерухомого першого циліндра 7 з немагнітного електропровідного матеріалу в ньому наводяться вихрові струми (струми Фуко), за рахунок яких він починає розігріватись. У циліндрі 8 з магнітом'якого матеріалу також наводяться струми Фуко та відбувається його періодичне перемагнічування (за рахунок обертання циліндра 4 з магнітами 6 і, відповідно, періодичної зміни полюсів N та S). Таким чином, за рахунок перемагнічування у циліндрі 8 з магнітом'якого матеріалу виникають втрати на гістерезис, що відповідно збільшують нагрівання циліндра 8. Струми Фуко залежать від електричного опору матеріалу, який в немагнітному електропровідному матеріалі (наприклад алюміній або мідь, з яких виготовлено циліндр 7) набагато менший ніж у магнітом'яких матеріалів. Тому струми Фуко в диску 7 будуть значно більшими, що дозволяє зменшити габарити циліндра 7 і, відповідно, електроіндукційного нагрівача і підвищити його ефективність. При цьому необхідно зауважити, що для ефективної теплопередачі від циліндра до теплоносія необхідно збільшувати площу теплопередачі. Враховуючи те, що вартість немагнітних електропровідних матеріалів (алюміній, мідь) висока, то доцільно збільшувати площу теплопередачі завдяки використанню дешевих магнітом'яких матеріалів, тобто за рахунок циліндра 8 (на фіг. 3 не показано), що виготовлений із 2 UA 118923 U 5 10 15 магнітом'якого матеріалу. Тим самим може бути збільшена ефективна площа нагрівання. Магніти 6 пропонується використовувати недорогі, наприклад ферит барієвий. Аналогічні процеси відбуваються на торцевих поверхнях циліндра 4. Тут постійні магніти 6 обертаються відносно першого диска 9, наводячи в ньому струми Фуко, а в кришці ємності з теплоносієм 5 йдуть процеси перемагнічування. Завдяки цим процесам додатково нагріваються торцеві поверхні і, як наслідок, теплоносій. Вироблена теплота від кришок ємності з теплоносієм 5 та гільзи передається теплоносію у ємності 5. Завдяки трансмісії 10 одночасно починає працювати циркуляційний насос 11 і вироблена теплова енергія буде надходити до споживача 12 (наприклад до радіаторів водяного опалення). Слід зазначити, якщо у вітроелектричних вітроустановках виробіток придатної енергії починається при певній швидкості вітру, то у даному випадку виробництво теплоти виконується у більш широкому діапазоні швидкостей вітру, аби тільки був відносний рух магнітів і відбувалось перемагнічування та виникнення вихрових струмів. А це означає, що вітроустановка використовується більш ефективно. Таким чином, завдяки досить простим засобам досягається поставлена задача підвищення ефективності вітроустановки та зменшення її питомої матеріалоємності. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 Вітроустановка для виробництва теплоти, що включає ротор з валом, на маточині якого жорстко закріплений пусковий ротор, ємність з теплоносієм, циркуляційний насос та теплогенератор, який виконаний як електроіндукційний нагрівач, розташований у ємності з теплоносієм, і який, у свою чергу, складається із жорстко закріпленого на валу ротора першого диска з жорстко закріпленими на ньому постійними магнітами зі зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, та другого диска, що жорстко прикріплений до ємності з теплоносієм і складається з двох елементів, один з яких являє собою диск з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий - диск з магнітом'якого матеріалу, при цьому обидва елементи жорстко з'єднані між собою без проміжків, яка відрізняється тим, що перший диск виконаний як циліндр, на утворюючій поверхні якого вздовж осі жорстко закріплені постійні магніти зі зміною полярності, тобто магніти розміщені по колу в порядку чергування полюсів, при цьому перший диск коаксіально з проміжком встановлений у гільзі, що складається з двох циліндрів, перший циліндр виконаний з немагнітного електропровідного матеріалу, а другий з магнітом'якого матеріалу, крім того обидва циліндри з'єднані між собою без проміжків і герметично прикріплені до ємності з теплоносієм з можливістю багаторазового збираннярозбирання. 3 UA 118923 U 4 UA 118923 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5