Устройство энерго – и водоснабжения на базе возобновляемой энергии

Номер патента: 8408

Опубликовано: 27.04.2007

Автор: Нидерер Роберт

Есть еще 6 страниц.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии, характеризующееся тем, что оно включает коробчатую профильную раму (1), причем боковые стороны короба образуют солнечные панели (6), поднимаемые до уровня плоскости верхней стороны короба, при этом образуется крестообразное расположение панелей 6, которое может быть наклонено относительно горизонтальной оси на профильной раме (1).

2. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по п.1, характеризующееся тем, что внутри коробчатой профильной рамы (1) встроены различные модули (24, 25, 26), работающие как устройства сопряжения, так что при необходимости устройство жизнеобеспечения предлагает на выбор следующие возможности:

аккумулирование электроэнергии из солнечного света, и/или

аккумулирование электроэнергии из отдельного ветрогенератора, и/или

подача воды насосом из стоячего, текущего водоема или грунтовых вод,

приготовление питьевой воды путем очистки подаваемой грязной воды и/или

подача электроэнергии для различных потребителей,

производство водорода с использованием постоянного тока и топливных элементов.

3. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что коробчатая профильная рама (1) основной своей стороной стоит на колесах (2), и что на ее верхней стороне (3), если смотреть сверху, расположена другая квадратная коробчатая рама (16), которая оснащена солнечной панелью (7) и которая соединена с одной верхней стороной коробчатой профильной рамы (1) таким способом, что она может поворачиваться вокруг горизонтальной оси (8), причем к каждой стороне этой верхней квадратной рамы (16) прикреплены подвижно на шарнирах периферийные квадратные рамы (5) одинакового размера, каждая из которых имеет солнечную панель (6), так что пять квадратных рам (16; 5) образуют куб, когда рамы 5 повернуты вниз, и что присоединенные на шарнирах периферийные квадратные рамы (5) могут быть повернуты и установлены на уровне плоскости центральной квадратной рамы (16) и в этом откинутом положении фиксироваться относительно центральной квадратной рамы (16), и что центральная квадратная рама (16) фиксируется в каждом своем положении откидывания, далее, что внутри коробчатой профильной рамы (1), на одной ее стороне установлена телескопическая раздвижная, или составная, или откидная вертикальная опора (10), на которой монтируется ветроколесо (11) с лопастями (12), генератором (17) и элементами хвостовика ветромеханизма (15), которые могут убираться внутрь коробчатой профильной рамы (1), и коробчатая профильная рама 1 содержит несколько ящичных модулей (24-26), которые вставляются подобно выдвижному ящику с одной стороны и могут фиксироваться в задвинутом положении, причем один из них имеет, как минимум, инвертор/выпрямитель (68) с аккумуляторной батареей (67) или прибор для получения водорода с использованием постоянного тока и топливных элементов, а также электронный блок управления (69) для всех электрических компонентов, а другой содержит лопасти ветроколеса (12), генератор (17) со ступицей ветроколеса (13) и элементы хвостовика ветромеханизма (15), и еще один модуль содержит водяной насос (41) и фильтр (47) с патрубками для подвода и забора воды.

4. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что при повернутой вниз центральной квадратной раме с солнечной панелью (16), расположенной на верхней стороне коробчатой нижней профильной рамы (1), и вместе с соединенной с рамой (16) профильной рамой (5), складывающейся с ней под прямым углом, образуется ящик в виде куба.

5. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что стоящая на колесах (2) коробчатая профильная рама (1) имеет внутри три расположенных друг возле друга ящичных модуля (24-26), которые с высокой точностью посадки выдвигаются и задвигаются, при этом по крайней мере один модуль имеет несколько аккумуляторных батарей (67) и инвертор/выпрямитель (68) с электронным блоком управления (69) для всех электрических компонентов, и по крайней мере один модуль имеет насос (41) с электродвигателем (42) и фильтром (47) для подачи питьевой воды.

6. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что фильтр (47) включает аппарат для обработки воды ультрафиолетовыми лучами для приготовления питьевой воды и/или устройство обратного осмоса (49).

7. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что верхняя коробчатая профильная рама (4), которая может поворачиваться вокруг горизонтальной оси (8), поддерживается относительно нижней коробчатой профильной рамы (1) двумя газовыми пружинами (21), причем между верхней коробчатой, поворачивающейся вокруг горизонтальной оси (8) профильной рамой (4) и нижней коробчатой профильной рамой (1) расположены регулировочные опоры, при помощи которых фиксируется любое положение поворота верхней профильной рамы (4), а каждая из профильных рам (5) для солнечных панелей (6) поддерживается двумя газовыми пружинами в нижних краях верхней профильной рамы (4).

8. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по пп.5-7, характеризующееся тем, что оно включает в себя горизонтальное цилиндрическое кольцо (53), которое расположено на, как минимум, трех регулируемых по высоте опорах (55) и может быть нивелировано по горизонтали на грунте или может быть жестко закреплено в горизонтальном положении на фундаменте, и что диаметр цилиндрического кольца (53) соответствует диагонали между двумя имеющимися в устройстве колесами (2) из четырех, колеса (2) имеют U-образную дорожку качения, таким образом, устройство жизнеобеспечения, установленное на цилиндрическом кольце (53), может поворачиваться вокруг вертикальной оси.

9. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по пп.5-7, характеризующееся тем, что, как минимум, одно из колес (2) может приводиться в движение электродвигателем (56), и что электронный блок (69) имеет ЧПУ с ЗУ, так что устройство жизнеобеспечения при помощи колесного привода может позиционироваться в соответствии с положением солнца в зависимости от календарной даты и времени суток.

10. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что центральная солнечная панель изменяет свое положение поворота при помощи узла с поршневыми цилиндрами или электродвигателя, и что управление узлом с поршневыми цилиндрами или электродвигателями осуществляется посредством данных GPS, так что в любой точке Земли обеспечивается оптимальное позиционирование устройства жизнеобеспечения в соответствии с положением солнца.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

008408 Это изобретение касается устройства энерго- и водоснабжения, при помощи которого дом, горная хижина или строительная площадка обеспечиваются электротоком и, в зависимости от ситуации, также достаточным количеством питьевой воды независимо от муниципального или частного энерго- и водоснабжения. Энергией для эксплуатации этого узла жизнеобеспечения служат солнечный свет и ветер, а вода берется из расположенного неподалеку водоема или используются грунтовые воды. Одной семье, живущей в квартире или обычном доме, для ежедневных потребностей достаточно около 25 КВт/ч электроэнергии, чтобы пользоваться такими обычными электроприборами, как пылесос,электроплита, бритва, посудомоечная машина, морозильный шкаф, холодильник и т.д. Потребляемая мощность одного домашнего пылесоса ок. 1000 Вт, и, следовательно, 25 КВт/ч хватит для круглосуточной эксплуатации пылесоса, и это дает хорошее представление о том количестве электроэнергии, о котором идет речь. В то время как, естественно, в более холодных климатических зонах расход электроэнергии выше, чем в умеренном климате, и опять же в очень жарком климате потребление электроэнергии тоже выше, если помещение охлаждается, в жарких климатических зонах имеется более мощное и, как правило, более продолжительное солнечное излучение. Во многих холодных климатических зонах дуют регулярные ветра, которые можно использовать для получения электроэнергии. То есть, солнце и ветер,как источники энергии, могут во многих случаях дополнять друг друга. Далее дается обзор потребления электроэнергии типичными домашними приборами, которые обычно используются в домашнем хозяйстве малой или большой семьи. При этом указывается энергопотребление для каждого прибора или типа прибора отдельно для семьи, состоящей из 1-го, 2-х, 3-х и 4-х человек, и при этом для домашнего хозяйства в среднеевропейской климатической зоне. Источники информации: Расход электроэнергии для бытовых нужд 1997, Объединение Немецких электростанций Как видно из этой таблицы, чтобы обеспечить всем необходимым семью из 4-х человек достаточно около 20,18 КВт/ч в день без учета водоснабжения. Подача воды при помощи насоса требует сравнительно небольшого дополнительного количества энергии. В то время как энергоснабжение в промышленно развитых странах и странах со средним уровнем экономического развития обеспечивается централизованно электростанциями, во многих развивающихся странах этого нет. Большая часть народов мира ждет подключения к централизованному энергоснабжению, и эти люди были бы очень рады соответствующему улучшению их уровня жизни. Энерго- и водоснабжение могло бы облегчить им выполнение многих работ, обеспечить гигиену и значительно улучшить здоровье. Вода находится в этих странах часто в колодцах или удаленных водоемах, и доставка ее часто очень затруднительна. Вода вручную накачивается из колодца или приносится из водоема. Кроме этого, качество воды тоже часто небезупречно или даже опасно. Но не только в бедных слаборазвитых-1 008408 странах, но и в удаленных поселках или горных и прибрежных районах, природных парках, на пляжах и в зонах отдыха часто отсутствуют вода и электричество. Бывает также временная локальная потребность в электричестве и воде, причем не только в развивающихся и слаборазвитых странах, но и в промышленно развитых странах, например, при проведении каких-либо мероприятий на открытом воздухе, при несчастных случаях и природных катаклизмах или во время военных событий, если муниципальное электроснабжение и его инфраструктура разрушены. До сегодняшнего дня спасительным средством в таких ситуациях является аварийный генераторный агрегат, работающий от дизельного электродвигателя. Во многих странах, где муниципальное электроснабжение менее надежно, в домах и на предприятиях стоят такие агрегаты на случай аварии или для перманентного получения электротока. Это наблюдается, в основном, в быстро растущих городах определенных стран, там выхлопные трубы выходят непосредственно на дорогу, распространяя дым и смрад. Поэтому существует потребность в устройстве электро- и водоснабжения, работающем тихо или даже бесшумно, надежно, без обслуживания, высококачественно и на основе возобновляемых источников энергии. Подобный узел жизнеобеспечения должен быть компактным, легким и мобильным, чтобы его можно было без проблем транспортировать по земле, воде или воздуху к любому месту использования. Это устройство жизнеобеспечения должно легко обслуживаться и, для эффективного использования, быстро приводиться в соответствие с локальными потребностями. Оно должно, при необходимости,покрывать потребности в электричестве и питьевой воде, если окружающая вода имеется в распоряжении в виде грунтовых вод или водоема с текущей или стоячей водой. Для этого оно должно обрабатывать воду для получения из нее питьевой воды. Наконец, оно должно быть экономично в производстве, с тем,чтобы оно могло использоваться в местах, где нет электричества, людьми, которые проживают там временно или периодически, потому что его производство и эксплуатация настолько выгодны, что могут финансироваться даже этими людьми. Следовательно, задачей данного изобретения является создание устройства электро- и водоснабжения на базе возобновляемой энергии, которое соответствует вышеперечисленным критериям и может обеспечить водой и электричеством среднюю семью из четырех человек, то есть может поставлять ежедневно не менее 25 КВт/ч электроэнергии, часть которой используется для подачи воды насосом и приготовления из нее питьевой воды. Эта задача решается устройством энерго- и водоснабжения на базе возобновляемой энергии, которое включает коробчатую профильную раму, причем стороны короба образуют солнечные панели, которые могут поворачиваться до уровня плоскости верхней стороны короба, при этом образуется крестообразное расположение панелей, которое может быть наклонено относительно горизонтальной оси на профильной раме. На чертежах показана в виде примера конструкция такого устройства жизнеобеспечения с различных сторон. Далее, на основании этих чертежей описывается и разъясняется функционирование устройства энерго- и водоснабжения. На чертежах показаны: фиг. 1 - устройство жизнеобеспечения в состоянии для транспортировки; фиг. 2 - устройство жизнеобеспечения в рабочем состоянии, с откинутыми солнечными панелями и смонтированным ветровым колесом; фиг. 3 - нижняя часть коробчатой профильной рамы устройства с откинутой солнечной панелью и с шарниром в дальней части рисунка и с частично убранной открытой солнечной панелью; фиг. 4 - нижняя часть коробчатой профильной рамы со слегка повернутой вверх верхней коробчатой профильной рамой и с откинутыми солнечными панелями на ней, шарнир в правой части рисунка и открытые солнечные панели убраны; фиг. 5 - внутренний вид модуля для приготовления воды с водяным электронасосом, вид сбоку; фиг. 6 - внутренний вид модуля для приготовления воды с фильтровальной установкой, вид с другой стороны; фиг. 7 - передвижной модуль с генератором, приводимым в движение ветроколесом, его несущим стержнем и хвостовиком ветрового механизма, а также с упакованными для транспортировки лопастями ветрового колеса; фиг. 8 - передвижной модуль с генератором, приводимым в движение ветроколесом, механизмом управления сторонами, несущим стержнем и лопастями ветрового колеса, вид с противоположной стороны; фиг. 9 - передвижной модуль с аккумуляторными батареями; фиг. 10 - устройство жизнеобеспечения, установленное на кольцевой трубе для движения вокруг вертикальной оси земной системы координат. На фиг. 1 устройство жизнеобеспечения показано в нерабочем состоянии или в состоянии для транспортировки. Оно образовано коробчатой профильной рамой 1, которая выполнена из обычного алюминиевого профиля с квадратным сечением, и на каждой ее продольной стороне имеется продольный Т-образный паз с соответствующей фаской. Эта коробчатая профильная рама 1 одинакова в длину и ширину, а по высоте немного меньше, например, приблизительно 2/3 или 4/5 длины и ширины, как это-2 008408 еще более наглядно показано на другом рисунке. Коробчатая профильная рама 1 стоит на колесах 2, в показанном примере речь идет о четырех свободно управляемых колесах 2, которые смонтированы в нижних углах коробчатой профильной рамы 1. Это для того, чтобы все устройство жизнеобеспечения легко передвигалось во всех направлениях, что облегчает его погрузку и разгрузку, установку в контейнер и передвижку на месте использования. Два расположенных рядом колеса 2 могут блокироваться по их вертикальной поворотной оси, для того, чтобы они принимали одно и то же направление движения вдоль одной из сторон рамы. Устройство жизнеобеспечения может при помощи канатов легко передвигаться и направляться несколькими людьми или одной машиной. На верхней стороне 3 коробчатой профильной рамы 1 находится идентичная ей по форме коробчатая профильная рама 4, которая в квадратной верхней части 3 имеет солнечную панель, не видимую на этом рисунке. Высота этой обособленной коробчатой профильной рамы 4 равна от 1/5 до 1/3 длины и ширины коробчатой рамы 1, то есть, в данном случае высота ее составляет от 20 до 35 см, и она расположена конгруэнтно на нижней коробчатой профильной раме 1. Одна из ее нижних сторон скреплена через шарнир с одной из верхних сторон прямоугольной профильной рамы 1, так что верхняя профильная рама 4 может поворачиваться вокруг оси шарнира вместе с имеющейся у нее наверху солнечной панелью. К каждому из верхних четырех продольных краев этой верхней профильной рамы 4 прикреплена шарниром периферийная откидная квадратная рама 5, и на каждой из рам 5 имеется солнечная панель 6. Если все эти периферийные профильные рамы 5 с солнечными панелями 6 откинуты вниз, как показано здесь, то образуется куб, ширина,длина и высота которого равны. В идеальном случае ребро этого куба должно быть равно 1 м, так как это наиболее удобный размер для транспортировки в контейнере на грузовике, судне или самолете, так как в этом случае самым наилучшим образом используется имеющееся в распоряжении определяемое международным стандартом пространство. Кроме этого, куб такого размера без проблем передвигается двумя рабочими без применения подъемных механизмов и машин. На фиг. 2 показано устройство жизнеобеспечения с разложенными солнечными панелями 6 и развернутой центральной солнечной панелью 7, то есть так, как выглядит устройство жизнеобеспечения в рабочем состоянии. На этом рисунке видна центральная солнечная панель 7, которая вставлена в квадратную профильную раму 16, которая образует верхнюю сторону верхней коробчатой профильной рамы 4. Из исходного положения, показанного на фиг. 1, откидываются вверх вместе с расположенными на них солнечными панелями 6 четыре квадратных профильных рамы 5, прикрепленные шарнирами к верхней стороне верхней профильной рамы 4, до уровня плоскости, где располагается верхняя сторона верхней профильной рамы 4 с расположенной на ней солнечной панелью 7. Таким образом из солнечных панелей 6 и 7 образуется крест. Верхняя профильная рама 4 после этого наклоняется вперед вокруг горизонтальной оси 8, обозначенной здесь пунктирной линией, или дальняя от смотрящего сторона слегка приподнимается, так что эта верхняя профильная рама 4, и особенно солнечная панель 7, заключенная в квадратной профильной раме 16, сформованной на верхней стороне профильной рамы 4, получают отклонение от горизонтали на угол около 30. Таким же образом получают автоматически такое же отклонение все другие солнечные панели 6, прикрепленные на шарнирах к этой квадратной раме 16. Этот наклон варьируется от 0 до 60 и фиксируется в любом положении. Горизонтальная ось 8 проходит вдоль верхнего наружного края нижней профильной рамы 1 и нижнего наружного края прилегающей верхней профильной рамы 4. Как мы видим здесь, солнечная панель 7 с одной стороны не полностью закрывает раму верхней стороны верхней профильной рамы 4, так что там образуется щель 9, проходящая перпендикулярно к оси поворота 8. Эта щель 9 служит для приема опоры 10 ветроколеса 11. Эта опора 10 в исходном состоянии, как показано на фиг. 1, находится полностью внутри кубообразного устройства жизнеобеспечения. Причем, эта опора 10 может быть телескопической, раздвижной или смонтированной из отдельных секций или откидной. Конструкция опоры 10 такова, что она может быть различной длины или, если она телескопическая, может фиксироваться на различной высоте или, если она сборная, при помощи хомутов собираться любой высоты, или, если она откидная и состоит из многих сочлененных частей, то эти шарниры откидываются при помощи кривошипного механизма, для чего на шарнирах,например, можно предусмотреть червячный привод, червяки которого приводятся во вращательное движение струной и кривошипом. На верхушке опоры, находящейся максимально на высоте 3 м, смонтировано ветроколесо 11, которое состоит здесь из трех лопастей, основания которых прикреплены болтами к центральной втулке 13 относящегося к ветроколесу 11 генератора 17. Лопасти 12 ветроколеса 11 имеют длину немного менее 1 м, так что для транспортировки они полностью помещаются внутрь куба, как показано на фиг. 1. Генератор 17 монтируется на верхнем конце надетого на опору 10 отрезка трубы 18 длиной от 0,60 до 0,80 м, причем, он может вращаться вокруг оси трубы. Ведущая ось генератора проходит приблизительно под прямым углом к отрезку трубы 18. С задней стороны генератора 17 простирается примерно на 0,5 м несущий стержень 14. На его конце расположен хвостовик ветромеханизма 15. Он выполнен так компактно, что для транспортировки может помещаться внутрь куба так, как показано на фиг. 1. На фиг. 3 устройство жизнеобеспечения показано с откинутыми или развернутыми солнечными панелями, вид сзади. Поэтому видна коробчатая профильная рама 1 из алюминиевого или стального профиля с Т-образным пазом на каждой стороне по ее длине. У этой коробчатой профильной рамы 1 длина и-3 008408 ширина одинаковы, а высота на показанном примере соответствует 4/5 длины или ширины. Для усиления верхней коробчатой рамы 4 посередине предусмотрены вертикальные средники 19 на стороне горизонтальной поворотной оси 8, а также на противоположной стороне. Все углы профильных рам 1 и 4 образованы на основе системы профилей с Т-образными пазами путем свинчивания профилей. Следовательно, для монтажа профильных рам 1 и 4 не требуются сварочные работы. Устойчивость к перекашиванию и скручиванию у профильных рам 1 и 4 достигается угловыми распорками 20, которые тоже свинчиваются с профилями. На этом рисунке видно, что откинутая вверх часть на этой профильной раме 1 образует со своей стороны другую коробчатую профильную раму 4, при этом четыре профиля, образующие ее верхнюю сторону, образуют в свою очередь квадратную профильную раму 16, которая включает в себя центральную солнечную панель 7. Вдоль, в данном случае, заднего верхнего горизонтального профиля коробчатой профильной рамы 1 проходит горизонтальная ось 8, вокруг которой верхняя профильная рама 4 откидывается вверх. Чтобы это откидывание было удобнее и легче, между нижней коробчатой рамой 1 и верхней коробчатой профильной рамой 4 встроены две газовые пружины 21. Эти пружины с одной стороны соединены с проходящими перпендикулярно горизонтальной оси профилями,а именно, с обратной стороны относительно образуемого горизонтальной осью 8 шарнира, и отсюда они идут наискосок вверх к верхней профильной раме 16 верхней коробчатой профильной рамы 4, где они соединены ближе к шарниру. Эти газовые пружины развивают такое усилие, что откидывание верхней коробчатой профильной рамы 4 вместе с присоединенной к ней на шарнирах солнечной панелью 6 осуществляется очень легко. Таким же образом, как и газовые пружины 21, могут присоединяться на шарнирах к рамам 1 и 4 и регулировочные стойки, на одном конце которых имеются продольные шлицы,через которые проходит винт, на котором они поворачиваются и откидываются. Путем затягивания винта стойку можно жестко закрепить в любом положении и запереть по ее длине, что обеспечивает фиксацию коробчатого профиля 4 в любом развернутом положении. На рисунке в дальнем правом углу коробчатой профильной рамы 1 видна опора 10. Она проходит вдоль двух, обеспечивающих ее устойчивость монтажных профилей 22, которые встроены вертикально на небольшом расстоянии друг от друга в коробчатую профильную раму 1. По внутренней стороне этой рамы проходит желобчатый профиль, лицевой стороной внутрь короба, к нему прилегает опора 10. При помощи 3-х U-образных растяжек 50, концы которых проходят через монтажные профили 22, опора 10 натягивается относительно желобчатого профиля, при этом U-образные растяжки 50 при помощи винтов 38 натягиваются относительно монтажных профилей 22. Вверху опора 10 проходит через зазор 9 между солнечной панелью 7 и расположенным там профилем 16, т.к. солнечная панель 7 не полностью закрывает квадратную профильную раму 16 на этой стороне. Через этот зазор опора может, в зависимости от конструкции, выдвигаться вверх, складываться или раскладываться при помощи кривошипного механизма. Периферийная квадратная профильная рама 5 соединена минимум двумя шарнирами 23, которые в свою очередь присоединены к верхним профилям 16 квадратной профильной рамы 4 центральной солнечной панели 7. Чтобы подъем и установка этих периферийных квадратных профильных рам 5 вместе со вставленной в них солнечной панелью 6 происходили легко, эти квадратные рамы 5 подпираются в нижних углах верхней коробчатой рамы 4 газовыми пружинами. Периферийные квадратные рамы 5 с солнечной панелью 6 поднимаются до уровня солнечной панели 7 и фиксируются в этом положении при помощи предохранительных штифтов,опор или распорок. Внутри нижней коробчатой рамы 1 видны три модуля ящичного типа 24, 25, 26, расположенных плотно друг к другу. Эти модули 24-26 сделаны из профильной рамы, а снаружи покрыты пластинами, в данном примере из пластика, причем образованные таким образом ящики сверху открыты и могут закрываться дополнительной крышкой. Дно ящиков перфорировано для слива проникшей туда воды или конденсата. Профильные рамы модулей 24-26 могут покрываться также пластинами из листового металла, но пластик подходит лучше, потому что он устойчив к коррозии и воздействию кислот. Все модули 24-26 с обеих фронтальных сторон оснащены ручками 27, при помощи которых они, как обычные выдвижные ящики, могут быть выдвинуты из коробчатой профильной рамы 1. Для этого каждый из модулей 24-26 расположен на одной или нескольких направляющих. В показанном здесь, полностью задвинутом положении модули 24-26 могут фиксироваться. С видимых на этом рисунке фронтальных сторон и невидимых здесь обратных сторон модули 24-26 оснащены еще крюками 28, которые позволяют прикрепить к модулям веревку или канат подъемного устройства, чтобы после выдвигания из рамы 1 каждый модуль можно было захватить краном и передвинуть. Эти модули 24-26 содержат различные компоненты для эксплуатации устройства жизнеобеспечения, которые не видны на этом рисунке. Спереди, на обращенной к смотрящему стороне видны два шланга 29 и 30 с муфтами 31 и 32 и запорными кранами 33 и 34. Эти муфты 31 и 32 смонтированы на отрезках профиля 35 и 36, которые привернуты к вертикальному профилю коробчатой профильной рамы 1. Шланги 29, 30 ведут внутрь модуля 24, в котором находятся устройства для подготовки воды, что будет разъяснено далее на основе следующих рисунков. В среднем модуле 25 находятся хорошо защищенные батареи и электроника для управления всем устройством жизнеобеспечения. При помощи солнечных панелей 6, 7 солнечный свет фотогальванически преобразуется в постоянный ток, который накапливается в батареях и потом для потребления при помощи инвертора трансформируется в переменный ток на 110 или 220 В. Наряду с этим переменный ток может вырабаты-4 008408 ваться также при помощи ветроколеса и потом также аккумулироваться в батареях. Весь день, когда светит солнце, вырабатывается преимущественно солнечная энергия. Ночью, когда солнечного света нет, электроток генерируется только ветроколесом, если дует ветер. Весь день солнечные панели и ветроколесо могут дополнять друг друга в соответствии с погодными условиями, то есть в зависимости от наличия солнечных лучей и ветра. Поэтому производимая энергия подвержена в течение 24-часового дня колебаниям, с одной стороны, из-за смены дня и ночи, а, с другой стороны, из-за изменения погоды, влияющей на количество солнечных лучей и наличие ветра. Этот нерегулярный выход производимой в течение дня электроэнергии необходимо выравнивать. С другой стороны, потребление энергии в течение 24 ч тоже различное. Ночью энергии расходуется меньше, а днем этот показатель зависит от временной активности проживающих и потребителей устройства жизнеобеспечения. Все эти колебания улавливаются батареями, которые действуют как аккумуляторы энергии. Они постоянно заряжаются различным количеством электроэнергии, которая производится солнечными панелями и ветроколесом, и они поставляют необходимое в данный момент количество энергии со значительной шириной полосы частот энергии по времени. Эти батареи выполнены так, что при обычном расходе для домашних нужд никогда полностью не разряжаются. На фиг. 4 показано устройство жизнеобеспечения при откинутой солнечной панели, с шарниром теперь на правой стороне рисунка. Здесь очень хорошо виден этот шарнир 8 или горизонтальная ось 8,вокруг которой верхняя коробчатая профильная рама 4 откидывается вверх относительно нижней коробчатой профильной рамы 1. Далее мы видим на этой стороне устройства жизнеобеспечения также встроенные средники 29 и два вертикальных профиля 22, которые расположены на небольшом расстоянии друг от друга и на своей задней стороне удерживают опору 10, которая прилегает к желобчатому профилю, прикрепленному к этим двум вертикальным профилям 22. Опора 10 для этого затянута гайками 38 наU-образных растяжках, резьбовые концы которых проведены через профили 22 и показанные здесь удерживающие полоски 37. В случае, если откидная опора выполнена на шарнирах, то эта опора состоит из нескольких секций, которые соединены друг с другом шарнирами так, что могут складываться под углом 180. В сложенном состоянии секции располагаются друг над другом сбоку на дне профильного ящика 1. Шарнирные соединения приводятся в движение червячным приводом и фиксируются в любом положении откидывания. Каждый червяк может приводиться в движение отдельной струной, которая, в свою очередь, приводится в действие кривошипом. На фиг. 5 показан модуль 24 изнутри с водяным электронасосом 41, вид сбоку. Для лучшего понимания ящичный модуль 24 с одной стороны открыт. Благодаря этому мы видим здесь центральную внутреннюю перегородку 40, которая делит модуль 24 на две половины. Таким образом, каждый ящичный модуль сделан из таких же стальных или алюминиевых профилей 39, что и коробчатые профильные рамы 1 и 4, вдоль каждой стороны у которых имеется Т-образный паз. На перегородке 40 смонтирован насос 41, а рядом виден электродвигатель 42 с кабелем 43 к приводу насоса 41. Этот насос 42 создает давление в 820 фунтов на квадратный дюйм и подает воду по шлангу 54 через установленный на обратной стороне перегородки 40 фильтр предварительной очистки из близлежащего источника воды, например,из колодца, ручья или пруда. Затем он подает воду под давлением 820 фунтов на квадратный дюйм по шлангу высокого давления к следующему фильтру, установленному также с обратной стороны перегородки 40. От него шланг высокого давления 44 направляется опять к насосу 41 так, что образуется циркуляционный контур, в котором всегда поддерживается давление 820 фунтов на квадратный дюйм. Клапан 45 служит для опорожнения всей системы. На фиг. 6 похожий на ящик модуль 24 показан с другой стороны, а именно, с обратной стороны перегородки 40. Здесь установлен фильтр предварительной очистки 47 с фильтрующим патроном 48 из бумаги или нетканого текстиля, а далее над ним обычное устройство микрофильтрации 49 с керамической мембраной, размер пор которой 0,2 m-6. Вода, подаваемая насосом 41, направляется по шлангу 54,прежде всего, к фильтру предварительной очистки 47, затем по шлангу 52 в насос 41, который показан на фиг. 5. После насоса 41 вода под давлением 820 фунтов на квадратный дюйм подается по шлангу высокого давления к фильтру с керамической мембраной 49, после которого часть воды по шлангу высокого давления направляется опять к насосу 41, образуя высоконапорный контур, в котором постоянно поддерживается давление 820 фунтов на квадратный дюйм, а другая часть воды по шлангу 29 направляется к патрубку, из которого вода забирается на бытовые нужды. На фиг. 7 дан внутренний вид ящичного модуля 26. В нерабочем состоянии он содержит генератор 17 со ступицей привода 13 и отрезком трубы 18, а также цоколем 65 для приема несущего стержня 14 хвостовика ветромеханизма 15. Эти элементы образуют конструктивный узел, который установлен на собственном держателе, на котором он прочно закреплен при помощи металлических лент 60 и застрахован от соскальзывания. Отрезок трубы 18 при помощи хомута 63 и стержня 64 соединен с армирующим профилем 61, к которому жестко прикручен несущий стержень 14 для хвостовика ветромеханизма 15. На другой стороне армирующего профиля 61 жестко прикручен хвостовик ветромеханизма 15. На верхней стороне модуля расположены лопасти ветроколеса 12, которые здесь упакованы и поэтому не видны. Кроме этого видно, что нижние профили модуля оснащены роликами 62, что значительно облегчает перемещение модуля внутри коробчатой профильной рамы 1.-5 008408 На фиг. 8 показано то же, что и на фиг. 7, но с другой стороны. Хвостовик ветромеханизма 15 закреплен винтом на армирующем профиле 61 и состоит из четырех звездообразных лопастей. В смонтированном состоянии эти лопасти обеспечивают хорошую ориентацию и устойчивость ветроколесу в общем воздушном потоке. Виден также кабель 66, который идет от генератора 17 к цоколю 65, внизу у которого имеется штепсельная розетка, которая здесь не видна, от нее можно брать электроток. На фиг. 9 показан похожий ящичный модуль 25 с аккумуляторными батареями 67. Речь идет здесь о четырех кислотных батареях, которые служат для временного преобразования производимой энергии,чтобы выравнивать пики производства электроэнергии и колебания потребления. Профильная рама этого модуля 25 немного ниже посредине, а вверху на раме смонтирован узел 68 из инвертора и выпрямителя,который служит для преобразования постоянного тока из батареи в переменный ток с напряжением 110 или 220 В, а также для выпрямления тока генератора с целью его аккумулирования в батареи. Кроме этого, в модуле 25 размещен электронный блок управления 69 всего устройства жизнеобеспечения, который обеспечивает управление потоками энергии между солнечными панелями, генератором, батареями и электронасосом. Во всех значимых составных частей установки, то есть у солнечных панелей, батарей,инвертора/выпрямителя, а также у насоса, фильтров, устройств обратного осмоса и генератора ветроколеса использованы надежные стандартные компоненты. В альтернативном варианте можно полностью отказаться от батарей и аккумулировать производимую солнечными лучами и силой ветра электроэнергию посредством водорода. Для этого в том же самом модуле, где находились батареи, нужно смонтировать установку для производства водорода; эта установка вырабатывает водород и кислород путем электролиза воды при использовании производимого постоянного тока, водород затем может опять сжигаться при помощи также встроенного топливного элемента. Особенность представленного здесь сочленения и интеграции указанных устройств и компонентов состоит в том, что составленное таким образом устройство жизнеобеспечения чрезвычайно компактно,идеально дополняет энергию ветра и солнца, аккумулирует ее и обеспечивает ее потребность для семьи минимум из 4 человек, а также в том, что благодаря модульному размещению отдельных компонентов устройство может быть быстро приспособлено к специальным потребностям. Отдельные модули 24, 25,26 действуют как устройства сопряжения, так что при необходимости устройство жизнеобеспечения обеспечивает использование следующих средств в зависимости от потребностей: аккумулирование электроэнергии из солнечного света, и/или аккумулирование электроэнергии из отдельного ветрогенератора, и/или подача воды насосом из стоячего, текущего водоема или грунтовых вод,приготовление питьевой воды путем очистки подаваемой грязной воды и/или предоставление электроэнергии для различных потребителей,производство кислорода и водорода путем электролиза воды с использованием вырабатываемого постоянного тока и обратное производство постоянного тока путем сжигания водорода в атмосфере кислорода при использовании сжигающих топливных элементов. Так, например, возможно, что весь узел водоснабжения, то есть модуль 24 со всеми своими компонентами, заменяется другим ящиком с батареями, если не требуется приготовление воды, а нужно больше электроэнергии. Узел водоснабжения в модуле 24 может заменяться также другим ящиком с ветроколесом и генератором, чтобы использовать два ветроколеса, если устройство жизнеобеспечения используется в местности с особенно сильными и регулярными ветрами и при этом не требуется приготовление воды. Соответственно выше будет мощность для производства электроэнергии. Устройство жизнеобеспечения может усиливаться также другими компонентами, например, путем использования микрогидрогенератора, т.е. маленькой турбины с генератором, которая устанавливается в источник текущей воды и можно дополнительно получить около 500 Вт. Но даже в стандартном исполнении, т.е. с пятью солнечными панелями, площадь каждой из которых около 1 м 2 и суммарная производительность которых около 650 Вт, а также с ветроколесом диаметром около двух метров и производительностью до ок. 750 Вт, устройство жизнеобеспечения производит ежедневно в среднем около 25 КВт/ч электроэнергии. При стандартном использовании, как в качестве устройства электроснабжения, так и в качестве устройства водоснабжения, его мощность составляет около 17,5 КВт-ч электроэнергии за 24-часовой цикл для свободного потребления и одновременного приготовления ок. 500 л питьевой воды за этот же цикл. С другой стороны, в местах с сильным и регулярным солнечным излучением, но с небольшими и редкими ветрами, и где вода играет большую роль, модуль для энергии ветра может заменяться модулем для приготовления воды, так что при полной мощности солнечных панелей в первую очередь готовится питьевая вода и, соответственно, предоставляется меньше электроэнергии для других нужд, т.к. в таких регионах они имеют меньшее значение. Таким образом, это устройство жизнеобеспечения может быть быстро приспособлено под специфические потребности. За короткое время модули или ящики с соответствующими компонентами могут заменяться и тотчас подключаться и вводиться в эксплуатацию. В специальном исполнении все устройство жизнеобеспечения может устанавливаться на приводимой в движение двигателем ровной поворотной платформе, и вместо газовых пружин для откидывания и-6 008408 фиксации солнечных панелей могут использоваться гидравлические узлы с поршневыми цилиндрами. При использовании системы GPS и подходящего программного обеспечения для управления гидронасосами, которые вращают поворотную платформу и приводят в действие узел с поршневыми цилиндрами,можно эффективно применять устройство жизнеобеспечения в любом месте на Земле при любом доступном солнечном излучении. Солнечные панели в этом случае будут всегда повернуты напротив солнца и удерживаться при оптимальерм наклоне против поступающего солнечного света. На фиг. 10 показан пример, поясняющий, как устройство жизнеобеспечения может работать в соответствии с высотой солнца. Для этого у него имеется горизонтальное цилиндрическое кольцо 53, установленное, как минимум, на трех регулируемых по высоте опорах. Причем, оно должно быть жестко закреплено в горизонтальном положении на нивелированном по горизонтали грунте или на фундаменте. Диаметр цилиндрического кольца 53 соответствует диагонали между двумя из четырех колес устройства. Колеса 2 имеют Uобразную дорожку качения, так что, если их поставить на цилиндрическое кольцо 53, то они будут по нему надежно двигаться, и, следовательно, устройство жизнеобеспечения на цилиндрическом кольце 53 будет отклоняться или поворачиваться вокруг вертикальной оси земной системы координат. Как минимум, одно из колес 2 или, лучше, два противоположных колеса должны приводиться в движение электродвигателем 56. Электронный узел управления 69 оснащен числовым программным управлением от запоминающего устройства, так что устройство жизнеобеспечения при помощи колесного привода может работать на основе принципа слежения за высотой солнца в зависимости от календарной даты и времени суток. Это устройство жизнеобеспечения работает очень тихо, не требует обслуживания и безвредно для окружающей среды. Со своим весом 300 кг и компактными размерами куба с длиной грани 1 м оно может без больших затрат транспортироваться на любое место и там быстро устанавливаться и вводиться в эксплуатацию. В регионах с сильными ветрами рекомендуется устройство жизнеобеспечения при откинутых солнечных панелях со всех сторон прочно закреплять. Цифровые обозначения 1 Коробчатая профильная рама 2 Колеса на нижней стороне коробчатой профильной рамы 1 3 Верхняя сторона коробчатой профильной рамы 1 4 Коробчатая профильная рама на верхней части профильной рамы 1 5 Периферийные профильные рамы, присоединенные на шарнирах к коробчатой профильной раме 4 6 Солнечная панель на профильной раме 5 7 Центральная солнечная панель на профильной раме 4 8 Горизонтальная поворотная ось для профильной рамы 4 с центральной солнечной панелью 9 Щель между солнечной панелью 7 и профильной рамой 4, проходящая перпендикулярно относительно поворотной оси 8 10 Вертикальная опора 11 Ветроколесо 12 Лопасти ветроколеса 13 Ступица для монтажа ветроколеса 14 Несущий стержень для ветромеханизма 15 Хвостовик ветромеханизма 16 Квадратная рама (верхняя сторона рамы 1) 17 Генератор ветроколеса 18 Отрезок трубы с генератором 19 Средник для усиления 20 Угловые распорки 21 Газовые пружины 22 Профили для устойчивости опоры 23 Шарниры для периферийных квадратных профильных рам 5 24 Ящик для водяного насоса и фильтра 25 Ящик для батарей и электроники 26 Ящик для ветроколеса и ветромеханизма 27 Ручки на ящиках 28 Крюк 29 Шланг 30 Шланг 31 Муфта шланга 29 32 Муфта шланга 30 33 Запорный кран муфты 31 34 Запорный кран муфты 32 35 Отрезок профиля для соединения 31-7 008408 36 Отрезок профиля для соединения 32 37 Стальные полоски 38 Гайки на U-образные растяжки 39 Профили для модулей 40 Внутренняя сторона боковой стенки ящика 24 41 Насос 42 Электродвигатель 43 Кабель для электродвигателя насоса 41 44 Шланг высокого давления для керамического фильтра к насосу 45 Клапан для опорожнения системы 46 Усилительные элементы 47 Фильтр предварительной очистки 48 Патрон фильтра 49 Фильтр с керамической мембраной 50 Всасывающий шланг 51 Шланг фильтра предварительной очистки к насосу 52 Шланг высокого давления к насосу для керамического фильтра 53 Цилиндрическое кольцо в качестве направляющей 54 Шланг для забора питьевой воды 55 Регулируемые по высоте опоры 56 Привод для колес 2 60 Металлические полосы фиксации генератора 61 Усилительный профиль 62 Ролики на раме для ящика 63 Хомуты для отрезка трубы 18 64 Стержень на хомуте для трубы 63 65 Цоколь для приема несущего стержня 14 66 Кабель генератора 67 Батареи 68 Узел с инвертором и выпрямителем 69 Электронный блок управления ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии, характеризующееся тем, что оно включает коробчатую профильную раму (1), причем боковые стороны короба образуют солнечные панели (6), поднимаемые до уровня плоскости верхней стороны короба, при этом образуется крестообразное расположение панелей 6, которое может быть наклонено относительно горизонтальной оси на профильной раме (1). 2. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по п.1, характеризующееся тем, что внутри коробчатой профильной рамы (1) встроены различные модули (24, 25, 26),работающие как устройства сопряжения, так что при необходимости устройство жизнеобеспечения предлагает на выбор следующие возможности: аккумулирование электроэнергии из солнечного света, и/или аккумулирование электроэнергии из отдельного ветрогенератора, и/или подача воды насосом из стоячего, текущего водоема или грунтовых вод,приготовление питьевой воды путем очистки подаваемой грязной воды и/или подача электроэнергии для различных потребителей,производство водорода с использованием постоянного тока и топливных элементов. 3. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что коробчатая профильная рама (1) основной своей стороной стоит на колесах (2), и что на ее верхней стороне (3), если смотреть сверху, расположена другая квадратная коробчатая рама (16), которая оснащена солнечной панелью (7) и которая соединена с одной верхней стороной коробчатой профильной рамы (1) таким способом, что она может поворачиваться вокруг горизонтальной оси (8), причем к каждой стороне этой верхней квадратной рамы (16) прикреплены подвижно на шарнирах периферийные квадратные рамы (5) одинакового размера, каждая из которых имеет солнечную панель (6), так что пять квадратных рам (16; 5) образуют куб, когда рамы 5 повернуты вниз, и что присоединенные на шарнирах периферийные квадратные рамы (5) могут быть повернуты и установлены на уровне плоскости центральной квадратной рамы (16) и в этом откинутом положении фиксироваться относительно центральной квадратной рамы (16), и что центральная квадратная рама (16) фиксируется в каждом своем положении откидывания, далее, что внутри коробчатой профильной рамы(1), на одной ее стороне установлена телескопическая раздвижная, или составная, или откидная верти-8 008408 кальная опора (10), на которой монтируется ветроколесо (11) с лопастями (12), генератором (17) и элементами хвостовика ветромеханизма (15), которые могут убираться внутрь коробчатой профильной рамы (1), и коробчатая профильная рама 1 содержит несколько ящичных модулей (24-26), которые вставляются подобно выдвижному ящику с одной стороны и могут фиксироваться в задвинутом положении,причем один из них имеет, как минимум, инвертор/выпрямитель (68) с аккумуляторной батареей (67) или прибор для получения водорода с использованием постоянного тока и топливных элементов, а также электронный блок управления (69) для всех электрических компонентов, а другой содержит лопасти ветроколеса (12), генератор (17) со ступицей ветроколеса (13) и элементы хвостовика ветромеханизма (15),и еще один модуль содержит водяной насос (41) и фильтр (47) с патрубками для подвода и забора воды. 4. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что при повернутой вниз центральной квадратной раме с солнечной панелью (16), расположенной на верхней стороне коробчатой нижней профильной рамы (1), и вместе с соединенной с рамой (16) профильной рамой (5), складывающейся с ней под прямым углом,образуется ящик в виде куба. 5. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что стоящая на колесах (2) коробчатая профильная рама (1) имеет внутри три расположенных друг возле друга ящичных модуля (24-26), которые с высокой точностью посадки выдвигаются и задвигаются, при этом по крайней мере один модуль имеет несколько аккумуляторных батарей (67) и инвертор/выпрямитель (68) с электронным блоком управления (69) для всех электрических компонентов, и по крайней мере один модуль имеет насос (41) с электродвигателем(42) и фильтром (47) для подачи питьевой воды. 6. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что фильтр (47) включает аппарат для обработки воды ультрафиолетовыми лучами для приготовления питьевой воды и/или устройство обратного осмоса(49). 7. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что верхняя коробчатая профильная рама (4), которая может поворачиваться вокруг горизонтальной оси (8), поддерживается относительно нижней коробчатой профильной рамы (1) двумя газовыми пружинами (21), причем между верхней коробчатой, поворачивающейся вокруг горизонтальной оси (8) профильной рамой (4) и нижней коробчатой профильной рамой (1) расположены регулировочные опоры, при помощи которых фиксируется любое положение поворота верхней профильной рамы (4), а каждая из профильных рам (5) для солнечных панелей (6) поддерживается двумя газовыми пружинами в нижних краях верхней профильной рамы (4). 8. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по пп.5-7, характеризующееся тем, что оно включает в себя горизонтальное цилиндрическое кольцо (53), которое расположено на, как минимум, трех регулируемых по высоте опорах (55) и может быть нивелировано по горизонтали на грунте или может быть жестко закреплено в горизонтальном положении на фундаменте,и что диаметр цилиндрического кольца (53) соответствует диагонали между двумя имеющимися в устройстве колесами (2) из четырех, колеса (2) имеют U-образную дорожку качения, таким образом, устройство жизнеобеспечения, установленное на цилиндрическом кольце (53), может поворачиваться вокруг вертикальной оси. 9. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по пп.5-7, характеризующееся тем, что, как минимум, одно из колес (2) может приводиться в движение электродвигателем (56), и что электронный блок (69) имеет ЧПУ с ЗУ, так что устройство жизнеобеспечения при помощи колесного привода может позиционироваться в соответствии с положением солнца в зависимости от календарной даты и времени суток. 10. Устройство электро- и водоснабжения на базе возобновляемых источников энергии по одному из предшествующих пунктов, характеризующееся тем, что центральная солнечная панель изменяет свое положение поворота при помощи узла с поршневыми цилиндрами или электродвигателя, и что управление узлом с поршневыми цилиндрами или электродвигателями осуществляется посредством данныхGPS, так что в любой точке Земли обеспечивается оптимальное позиционирование устройства жизнеобеспечения в соответствии с положением солнца.

МПК / Метки

МПК: F03D 9/00

Метки: энерго, возобновляемой, водоснабжения, энергии, базе, устройство

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/14-8408-ustrojjstvo-energo-i-vodosnabzheniya-na-baze-vozobnovlyaemojj-energii.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Устройство энерго – и водоснабжения на базе возобновляемой энергии</a>

Похожие патенты