Упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии
Изобретение относится к упругодинамическому аккумулятору-регулятору энергии. Упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии содержит слоистую структуру в виде листа или набора листов, причем концы листов слоистой структуры закреплены на стержнях. Слоистая структура выполнена из композиционных материалов, содержащих полимерную матрицу и волокнистый наполнитель, скручена в виде спирали с линейно возрастающей или убывающей по длине спирали кривизной и выполнена с переменными по длине спирали шириной, и/или толщиной, и/или упрочнением, так что аккумулятор-регулятор энергии способен поглощать энергию при переменном крутящем моменте и выдавать практически постоянный крутящий момент в рабочем диапазоне. Регулятор энергии, который поглощает излишки энергии и способен подавать энергию во время ее нехватки, содержит упомянутый аккумулятор-регулятор энергии для упругодинамического аккумулирования энергии. Ветроэлектрический генератор содержит устройство, выполненное с возможностью преобразовывать кинетическую энергию от ветра во вращательное движение или крутящий момент ветродвигателя, элемент механической передачи указанного вращательного движения или конический блок, дифференциальный редуктор или дифференциальный блок, упомянутый упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии, генератор, выполненный с возможностью преобразования механической энергии в электрическую энергию. В результате создано механическое средство, которое способно аккумулировать большое количество энергии в приемлемом минимальном пространстве. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 11 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к упругодинамическому аккумулятору-регулятору энергии, к способу изготовления упругодинамического аккумулятора энергии и к различным предпочтительным применениям упругодинамического аккумулятора энергии.
Изобретение попадает в область устройств, аккумулирующих механическую энергию. Энергию можно аккумулировать, когда имеется ее избыток в производящем устройстве, и устройство способно отдавать эту энергию, когда находится в состоянии, не вырабатывающем энергию, либо когда энергия требуется пользователю.
Уровень техники
Общеизвестны уже существующие проблемы с энергией, поскольку энергию трудно накапливать в достаточном количестве, чтобы позже использовать ее рентабельно и когда это желательно людям.
Среди существующих ныне средств выработки энергии можно упомянуть атомные электростанции и теплоэлектростанции, которые отвечают за основное производство энергии в различных странах. Вследствие их конструкции для получения большего выхода энергии силовые станции этого типа должны работать постоянно, т.е. без остановок и запусков, в постоянном режиме производства энергии. Это не согласуется с энергетическими требованиями страны, в которой есть время максимального или минимального потребления в соответствии с человеческой активностью. Таким образом, имеются часовые провалы с минимальным потреблением энергии, такие как ночное время, когда активность потребителей значительно снижена, и часы максимального потребления в течение дня, например, когда промышленная деятельность совпадает с колебаниями тепла или холода, и потребление значительно возрастает.
Существуют гидроэлектростанции, где энергия вырабатывается за счет падения воды, хранящейся в водоемах. Преимущество здесь в том, что эту энергию накапливают в виде удерживаемой в водоеме воды, а потому, когда позволяют параметры потока, это является эффективным средством регулирования энергии. Далее, в случае излишка при производстве энергии другими средствами, это позволяет перекачивать воду в начальные водоемы, тем самым достигается накопление энергии в виде воды, поданной в начальные водоемы. Такая процедура не всегда дает большую эффективность, но она, по меньшей мере, представляет собой способ использования излишка энергии во время малой потребности и большого производства энергии от других силовых станций. Данная процедура также сталкивается с проблемами, когда недостаток воды в реках не позволяет осуществлять такие операции.
Имеется иной вид энергии, такой как ветровая энергия. Энергию ветра преобразуют в электроэнергию посредством ветроэлектрических генераторов. Среди таких генераторов можно назвать горизонтальные ветроэлектрические генераторы, которые распространены наиболее широко. Они состоят из мачты, на одном конце которой размещен горизонтальный вал, к одному концу которого прикреплены лопасти, собирающие ветряную энергию и преобразующие ее в энергию механического вращения. На противоположном конце вала находится электрический генератор, причем они расположены на верхнем конце мачты, которая дополняет ветроэлектрический генератор.
Среди вертикальных ветроэлектрических генераторов можно упомянуть плосколопастный генератор Дарье и Жиромил, который, несмотря на то, что он менее разработан, всегда дает хорошие результаты, аналогичные или в некоторых случаях более высокие, чем результаты горизонтальных ветроэлектрических генераторов, в особенности при низких скоростях ветра.
Проблема ветровой энергии состоит в том, что эта энергия не производится, когда нет ветра или когда ветер очень силен, т.к. в последнем случае требуется избегать повреждения компонентов. Это создает множественные разбалансы в электрической сети разных стран при ее использовании и препятствует массовому использованию этого вида энергии.
Как можно понять, в настоящее время имеется большой разрыв между средствами производства энергии и средствами ее потребления, что заставляет нас разрабатывать средства накопления энергии, способные служить для регулирования ее производства, что позволило бы более рационально управлять производством энергии в регионе, в стране или на континенте, поскольку электрические сети различных стран соединены между собой и локальные решения были бы неоправданны.
Среди средств аккумулирования энергии можно упомянуть, например, электрохимические накопители или аккумуляторы, которые позволяют накапливать электроэнергию ограниченным образом, причем проблема состоит в большом объеме пространства, которое они занимают, и в весе таких аккумуляторов. Кроме того, их производительность не впечатляет, а некоторые из компонентов представляют собой сильные загрязнители.
Имеются механические аккумуляторы, такие как пружины, в которых накопление энергии относительно невелико, а вращательный момент при зарядке и разрядке является не постоянным, что делает их неподходящими для промышленного использования.
Исследовано использование очень больших тарельчатых пружин. Накопление ими энергии более или менее ограниченно, поскольку они основаны на упругом действии этих пружин с конической конфигурацией, размещенных в группы, чтобы их упругое действие достигало идеальных значений для их использования.
Наконец, упомянем аккумулирование энергии посредством маховиков, которые также имеют недостаток из-за малого количества энергии, которое они могут накопить в заданном пространстве, которое занимают эти устройства. Упомянутые устройства состоят из большого колеса значительной массы, в котором аккумулируется кинетическая энергия при движении колеса. Эти колеса отдают свою энергию через механический момент, аккумулированный движущейся массой в самом аккумуляторе.
Раскрытие изобретения
Задача изобретения состоит в создании механического средства, которое способно аккумулировать большое количество энергии в приемлемом минимальном пространстве.
Задача изобретения также состоит в создании аккумулирующего энергию элемента, так чтобы он поглощал механическую энергию при переменном крутящем моменте, а отдавал ее при постоянном крутящем моменте, для идеального использования энергии.
Когда упоминается, что передается энергия при постоянном крутящем моменте, это означает, что крутящий момент остается практически постоянным в наиболее широком рабочем диапазоне механического органа.
Предлагаемый изобретением аккумулятор становится также регулятором энергии, поскольку он накапливает энергию во время ее избытка и отдает энергию во время ее нехватки.
Объект изобретения относится к упругодинамическому аккумулятору-регулятору энергии, содержащему лист, который скручен или способен скручиваться в форме клотоидной спирали с возрастающей или убывающей кривизной по длине спирали и который способен поглощать энергию при переменном крутящем моменте и выдавать практически постоянный крутящий момент в широких рабочих диапазонах. Изобретение обеспечивает получение полной независимости ввода энергии и ее вывода путем регулирования упругодинамически выходного крутящего момента.
Скрученный в форме клотоидной спирали лист обеспечивает поглощение энергии при переменном крутящем моменте и подачу почти постоянного крутящего момента в широких рабочих диапазонах, что делает данную механическую систему полностью пригодной в качестве аккумулятора энергии. В настоящее время не известны никакие механические энергоаккумулирующие системы, которые подают энергию при постоянном крутящем моменте.
Скрученный или способный скручиваться в форме клотоидной спирали лист имеет линейно возрастающую или убывающую по длине спирали кривизну, что является существенным признаком для обеспечения при выдаче энергии практически постоянного крутящего момента в широком рабочем диапазоне.
Слоистая структура или набор скрученных листов или листов, способных скручиваться в виде пружины, закрепленной на обоих концах, имеет переменные ширину, и/или толщину, и/или упрочнение по своей длине, т.е. при любых переменных или комбинации можно получить упругодинамический аккумулятор-регулятор, который способен поглощать энергию при переменном крутящем моменте и выдавать ее при постоянном крутящем моменте, следовательно, можно реализовать множество вариантов скрученного листа, чтобы получить одну и ту же функцию.
Слоистая структура или набор листов выполнена из материалов на основе полимерной матрицы и волокнистого наполнителя, что обеспечивает высокую упругую деформируемость по сравнению с другими материалами, хотя нельзя исключить использование ныне известных материалов, таких как сталь, или будущих материалов, с которым можно достичь очень высокой степени упругости.
Материалы, которые можно рассматривать как наиболее идеально подходящие для данного применения, следует искать среди композиционных материалов, образованных из смеси смол и волокон, помещенных в последовательные слои, и с переплетенными волокнами, чтобы достичь большей упругости материалов. Эти композиционные материалы должны быть отверждены, что достигается применением тепла во время процесса отверждения. Среди используемых материалов для примера можно упомянуть бор/эпоксид, графит/эпоксид, фибергласс/эпоксид и арамид/эпоксид, не исключая использования любых других материалов, которые отвечают тому условию, что они являются высокопрочными композиционными материалами.
Эти скрученные листы могут механически соединяться и, например, два скрученных листа или листа, которые могут быть скручены, в форме клотоидной спирали, могут быть механически соединены последовательно. При этом последовательном соединении механический крутящий момент для зарядки или разрядки листов является суммой крутящих моментов для обоих листов. Эти скрученные листы можно аналогичным образом механически соединять параллельно. В этом случае и крутящий момент при поглощении, и крутящий момент при выдаче энергии получается таким же, как от единственного листа, но накопленная энергия равна суммарной энергии, накопленной в каждом листе-аккумуляторе.
Последний вариант может быть наиболее предпочтительным, поскольку накопленная энергия равна сумме энергий, накопленных по отдельности каждым из этих листов.
Идеальная конфигурация в зависимости от предполагаемого применения может иметь несколько вариантов, которые выполняются из более чем двух скрученных листов или листов, способных скручиваться, в форме клотоидной спирали, соединенных последовательно и параллельно. Т.е. можно выполнять все возможные комбинации последовательных или параллельных соединений, поскольку они являются очень подходящим средством накопления упругодинамической энергии (параллельное соединение) и пикового поглощения (последовательное соединение).
Процесс изготовления скрученного листа или листа, который способен скручиваться, в виде клотоидной спирали, такой как показанный в данном изобретения, также является объектом изобретения.
Изготовление этого листа в соответствующей форме начинается с пресс-формы многослойной структуры, определяющей наружную форму листа, скрученного в виде клотоидной спирали. Эта пресс-форма выполняется, например, из приблизительно 2 мм стальной пластины, хотя не исключаются и иные подходящие размеры, формируя шаблон, в котором слоистая структура принимает форму этой пресс-формы. Внутрь пресс-формы помещается слоистая структура или набор листов, выполненная из композиционных материалов на основе полимерной матрицы и волокнистого наполнителя. Стержни, которые завершают слоистую структуру на ее концах, заранее соединены с первыми витками слоистой структуру.
Затем размещается вакуумный мешок, который предотвращает контакт с воздухом и возможное включение его в материал. Этот мешок также имеет назначение удерживать и уплотнять слоистую структуру или набор скрученных листов или листов, способных скручиваться.
Наконец, в процесс изготовления слоистой структуры вводится эластомер с функцией заполнителя, который имеет две особенности. Первая из них состоит в том, что поверхность, соприкасающуюся со слоистой структурой, нагревают для отверждения композиционных материалов на основе полимерной матрицы и волокнистого наполнителя, формируя слоистую структуру или набор листов, а вторая особенность состоит в том, что, кроме того, при завершении формирования слоистой структуры его замыкают в круг, получая замкнутый цилиндр, который удерживается удлиненной частью стальной пластины пресс-формы слоистой структуры как большой скобой, удерживающей весь узел. Таким образом осуществляется подготовка к циклу отверждения.
Цикл отверждения или полимеризации выполняют, подвергая слоистую структуру или набор листов нагреву до температуры приблизительно 130°С, причем предпочтительно с помощью вкладышей, состоящих из листов того же самого эластомера толщиной примерно 5 мм и содержащих внутри электрические резисторы, параметры которых рассчитаны для достижения температуры отверждения композиционного материала, формирующего слоистую структуру.
Когда слоистая структура отверждена, весь узел открывают, извлекают слоистую структуру в виде раздутой клотоидной пружины, т.е. в равновесном состоянии, когда аккумулированная энергия равна нулю. После извлечения в таком виде и размещения в месте использования, слоистая структура или набор скрученных листов или листов, способных скручиваться, скручивают в определенную форму как пружину и вводят в корпус или механическую передачу, предназначенную для использования. После этого упругодинамический аккумулятор, соответствующий изобретению, полностью готов.
Процесс изготовления является одним из множества возможных процессов, которые можно использовать, и не исключается использование любых других процессов, которые могут, в конце концов, обеспечить те же самые требования производства для листа с аналогичными характеристиками, что и согласно настоящему изобретению.
Краткое описание чертежей
Чтобы завершить сделанное описание и для помощи в лучшем понимании признаков изобретения, к описанию приложен и является его неделимой частью набор чертежей, в которых нижеследующее представлено иллюстративным и неограничивающим образом.
Фиг.1 показывает схематичное представление листа, скрученного в виде клотоидной спирали, в простой конфигурации, навитого на стержень, который заряжает и/или выдает (регулирует) накопленную энергию, и другой стержень, который заряжает и/или выдает такую же энергию, т.е. обратимо по отношению к переходу энергии.
Фиг.2 показывает различные типы готовых пружин согласно полученному радиоиду.
Фиг.3.1-3.3 показывают различные типы механических аккумуляторов с одним, двумя, тремя из четырех листов, помещенных параллельно.
Фиг.4 показывает наиболее значимые элементы на виде сверху производственной пресс-формы для листа перед его замыканием.
Фиг.5 показывает наиболее характерные элементы, которые участвуют в процессе изготовления, и порядок размещения таких элементов в пресс-форме.
Фиг.6 показывает схематичный вид в перспективе элементов, которые находятся в пресс-форме.
Фиг.7 показывает основную схему возможностей системы при ее применении для ветровой установки, генерирующей энергию и производящей водород.
Фиг.8 показывает применение упругодинамического аккумулятора-регулятора энергии согласно изобретению на транспорте.
Фиг.9 показывает применение упругодинамического аккумулятора-регулятора энергии согласно изобретению в источнике бесперебойного питания (ИБП) (UPS).
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Предложенный в настоящем изобретении упругодинамический аккумулятор-регулятор показан на фиг.1, он образован листом (1), который скручен или способен скручиваться в виде клотоидной спирали с возрастающей или убывающей кривизной по длине спирали и способен аккумулировать энергию при переменном крутящем моменте и выдавать практически постоянный крутящий момент в широких рабочих диапазонах. Лист скручен, и его внутренний конец прикреплен к стержню (2) для зарядки энергией и/или отвода энергии, аккумулированной в клотоидной спирали (1).
Лист, скрученный в виде клотоидной спирали, обеспечивает поглощение энергии при переменном крутящем моменте и выработку почти постоянного механического момента в широких рабочих диапазонах, что делает такую систему аккумулирования механической энергии подходящей для использования, в отличие от других существующих механических систем, в которых крутящий момент по существу не является постоянным ни при поглощении, ни при отводе энергии.
Скрученный лист или листы, способные скручиваться в виде спирали, имеют линейно возрастающую или убывающую по длине спирали кривизну, что является существенным признаком для получения по существу постоянного выдаваемого крутящего момента в широком рабочем диапазоне. На фиг.2 показаны две из множества форм радиоида, полученного в процессе отверждения.
Эти чертежи, хотя в большей степени фиг.1, показывают слоистую структуру или набор скрученных листов или листов, способных скручиваться, в виде закрепленной на концах пружины. Поскольку они имеют переменные ширину, и/или толщину, и/или упрочнение по их длине, то при любых значениях этих параметров или их комбинации можно получить упругодинамический аккумулятор-регулятор, который способен поглощать энергию при переменном крутящем моменте и выдавать энергию при постоянном крутящем моменте. Поэтому возможно множество вариантов выполнения скрученного листа, позволяющего реализовывать одну и ту же функцию.
Фиг.3.1 показывает аккумулятор механической энергии с двумя стержнями: внутренний стержень (2) для ввода и/или вывода энергии через движение аккумулятора, связанное с его зарядкой и/или разрядкой, и наружный стержень (3) для вывода и/или ввода энергии на завершающем конце пружины.
Фиг.3.2. показывает аккумулятор, образованный двумя параллельными листами, помещенными на один и тот же стержень (2); он имеет два наружных стержня вала (3) и (3') вывода энергии, а спираль в этом случае является двойной спиралью.
Фиг.3.3 показывает размещение четырех листов, соединенных на одном стержне (2) ввода и/или вывода энергии, и четыре стержня (3), (3'), (3") и (3'") ввода и/или вывода энергии, которые не совпадают по фазе, как спирали, которые они образуют.
Показанные конфигурации листов обеспечивают увеличение зарядного крутящего момента и разрядного крутящего момента аккумулятора пропорционально числу листов.
Фиг.4, 5 и 6 схематично представляют существенные и необходимые элементы для осуществления процесса изготовления такого листа, который будет адекватно формировать упругодинамический аккумулятор-регулятор.
Исходной точкой процесса изготовления является использование пресс-формы (4) слоистой структуры, определяющей наружную форму листа, скрученного в виде клотоидной спирали. Пресс-форма (4) выполнена, например, из приблизительно 2 мм стальной пластины, образуя шаблон, в котором слоистая структура принимает форму этой пресс-формы.
Внутри пресс-формы находится слоистая структура (5) или набор листов, выполненных из композиционных материалов - полимерной матрицы и волокнистого наполнителя. Стержни, которые завершают концы слоистого изделия, предварительно соединены с первыми витками слоистой структуры.
Затем размещают вакуумный мешок (6), который препятствует контакту с воздухом и возможному проникновению его в материал. Мешок (6) предназначен также для удерживания и уплотнения слоистой структуры или набора скрученных листов или листов, способных скручиваться.
В заключение процесса изготовления слоистой структуры размещают эластомер (7), выполняющий функцию заполнителя, который имеет две особенности. Первая особенность состоит в том, что поверхность, контактирующую со слоистой структурой, нагревают для осуществления процесса отверждения композиционных материалов - полимерной матрицы и волокнистого наполнителя, образующих слоистую структуру или набор листов, а вторая особенность состоит в том, что его замыкают в круг, как показано на виде сверху на фиг.4, образуется цилиндр, который удерживается удлиненной частью стальной пластины (4) пресс-формы слоистой структуры как большая скоба, удерживающая весь узел; таким образом осуществляется подготовка к циклу отверждения.
Цикл отверждения или полимеризации осуществляется путем нагрева слоистой структуры или набора листов до температуры приблизительно 130°С, предпочтительно с помощью вкладышей (не показаны на чертежах), состоящих из примерно 5 мм толщины листов, изготовленных из того же эластомера. Внутри вкладышей находятся электрические резисторы, параметры которых рассчитаны для достижения температуры отверждения композиционного материала, формирующего слоистую структуру. Температура отверждения будет варьироваться в зависимости от материалов, используемых при изготовлении композиционных материалов.
Когда слоистая структура отверждена, весь узел открывают, извлекают слоистую структуру в виде раздутой клотоидной пружины, т.е. в равновесном состоянии, когда аккумулированная энергия равна нулю. После извлечения в таком виде и размещения в месте использования слоистая структура или набор скрученных листов либо листов, способных скручиваться, скручивают в определенную форму как пружину и вводят в корпус или механическую передачу, предназначенные для использования. После этого упругодинамический аккумулятор, соответствующий изобретению, полностью готов.
Фиг.7 представляет пример типичного применения упругодинамического аккумулятора энергии согласно изобретению. В данном применении (8) - это лопастное устройство, преобразующее ветер во вращательное движение. В этом случае показано устройство с горизонтальным валом, но оно могло быть выполнено с генератором с вертикальным валом, как уже упомянутое выше в описании.
Конструкция данного ветроэлектрического генератора проще, чем существующие ветроэлектрические генераторы с горизонтальной осью, поскольку головка будет иметь только элементы передачи движения к основанию вместо множества элементов и электрических генерирующих средств в системах, известных из уровня техники.
Вращательное механическое движение передается через мачту (9) к дифференциальному элементу или дифференциальной группе (10), которая на одном корце передает движение к асинхронному мультипликатору и генератору (11), а на другом конце - к упругодинамической системе (12) хранения энергии согласно изобретению.
Энергия может распределяться от асинхронного мультипликатора и генератора (11) к внешней сети (13), когда условия сети позволяют, или к вырабатывающему водород электролизному блоку (14), в котором вырабатываемая и не подаваемая в электрическую сеть энергия не теряется, а преобразуется в горючее вещество, которое затем можно использовать для генерирования электрической энергии.
Упругодинамическая система (12) хранения энергии согласно изобретению может запасать энергию с помощью дифференциального блока или может подавать энергию во время недостаточно сильного ветра. Таким образом, дифференциальный блок все время отвечает за зарядку и разрядку упругодинамической системы (12) хранения энергии в полностью автоматическом режиме.
Описанная система будет подходящей также для многих других вариантов инерциальной системы аккумулирования энергии, подключенной параллельно и регулируемой, благодаря чему она рассматривается как зарядная система, в точности как электролизер или даже внешняя сеть. Имеются также маховики с прямым механическим соединением, т.е. перед генератором, которые используют аккумулятор для ускорения массы колеса, хотя это и не является рекомендуемой конфигурацией.
Система также решает проблемы размещения электрической сети на расстоянии от ветряных ферм, поскольку они могут быть так далеко, как можно вообразить. В этом случае вырабатываемая энергия будет потребляться для генерирования водорода, который можно хранить и транспортировать к центрам хранения и распределения.
Упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии согласно изобретению, соединенный последовательно с ротором, подходит для сглаживания резких выбросов напряжения, которые возникали бы от чрезмерных порывов ветра и которые очень вредят ветроэлектрическим генераторам. Эти импульсы или пики энергии могут отводиться параллельно к упругодинамическим аккумуляторам-регуляторам, которые будут полностью поглощать остающиеся малые пики и впоследствии медленно передавать энергию генератору. Таким образом, упругодинамический аккумулятор становится регулятором энергии.
Ветроэлектрический генератор, предложенный в изобретении, содержит:
- устройство (8), выполненное с возможностью преобразовывать кинетическую энергию от ветра во вращательное движение или крутящий момент ветродвигателя;
- средство механической передачи или конический блок и передающие канаты и шкивы либо полунаправленный карданный привод (9) для передачи указанного вращательного движения;
- механический дифференциальный элемент или дифференциальный блок (10);
- упругодинамический аккумулятор-регулятор (12) энергии, содержащий лист (1), который скручен или способен скручиваться в виде клотоидной спирали с возрастающей или убывающей кривизной по длине спирали и который способен поглощать энергию при переменном крутящем моменте и выдавать энергию практически с постоянным крутящим моментом в широких рабочих диапазонах;
- генератор, способный преобразовывать механическую энергию в электрическую энергию.
В данной установке ветроэлектрический генератор имеет явные преимущества над системами, известными из уровня техники.
Механический дифференциальный элемент или дифференциальный блок (10) имеет несколько функциональных возможностей, среди которых можно указать следующие:
- распределение мощности входного вала дифференциального блока между двумя выходными валами, один из них преобразует энергию ветра в электрическую энергию, а другой используется для упругодинамического хранения энергии;
- добавление мощности входного и выходного валов упругодинамического аккумулятора-регулятора энергии к мощности выходного вала, для того чтобы поддерживать выходную мощность для преобразования механической энергии в электрическую энергию;
- прямой перенос мощности от упругодинамического аккумулятора-регулятора энергии к выходному валу для преобразования механической энергии в электрическую энергию;
- перенос мощности между упругодинамическим аккумулятором-регулятором энергии и дифференциальным входным валом, способным запустить движение ветроэлектрического генератора с помощью сохраненной энергии.
Фиг.8 показывает рабочую схему для упругодинамического аккумулятора-регулятора энергии согласно изобретению. Это может быть транспортное средство с топливным баком (15), которое может использовать для работы водород. Водород запитывает топливную батарею (16) и генерирует электроэнергию, которая приводит в движение электрический двигатель (17), с которым соединен упругодинамический аккумулятор (18). Выходная энергия аккумулятора передается к непрерывно меняющейся передаче (19), а от нее к дифференциальному блоку (20), который, в конце концов, передает ее колесам (21). Переход энергии за счет упругодинамической энергии или механическому крутящему моменту, поглощенному аккумулятором, является полностью обратимым, обеспечивая как передачу, так и восстановление энергии, когда транспортное средство замедляется.
Эта система имеет большие преимущества благодаря простоте включенных в нее компонентов, что влияет на долговечность системы и ее компонентов.
Фиг.9 показывает применение упругодинамического аккумулятора-регулятора согласно изобретению в системе бесперебойного питания (СБП) (UPS), такой как, например, предназначенной для госпиталей, автоматизированных зданий, транспортных сетей и т.п.
Аккумулятор-регулятор обеспечивает гарантированное непрерывное электропитание в определенный временной интервал, т.е. исключается возможность того, что будет отключено питание или произойдут микроотключения, когда основная сеть отказывает и вспомогательная генераторная система должна ее заменить. Входная и выходная мощности полностью независимы друг от друга благодаря упругодинамическому регулированию самого аккумулятора.
Фиг.9 показывает, как электрическая сеть подключается к двигателю (22), который соединен с упругодинамическим аккумулятором (24), накопленная энергия которого будет подаваться непрерывно, когда отказывает сетевое соединение. Выходная энергия аккумулятора направляется к генератору или генераторам (25) мощности, которые уже генерируют электрическую мощность для здания. В случае отказа сетевого питания аккумулятор, который находится при заданном уровне заряда, будет вращать генераторы (25), которые подают электропитание для здания, без отключения питания до тех пор, пока аккумулятор полностью не разрядится.
Систему можно дополнить вспомогательной силовой системой на основе топливной батареи (23), которая вращала бы двигатель (22), когда электрическая сеть прерывается на длительные периоды. Упрутодинамический аккумулятор-регулятор энергии согласно изобретению обеспечивает подачу питания для здания без отключения питания.
Аккумулятор можно заряжать электрической энергией в ночное время при значительно более низкой стоимости энергии, он также может включать вспомогательную генераторную систему, работающую за счет двигателя внутреннего сгорания или др.
1. Упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии, содержащий слоистую структуру в виде листа или набора листов, причем концы листов слоистой структуры закреплены на стержнях,
при этом слоистая структура выполнена из композиционных материалов, содержащих полимерную матрицу и волокнистый наполнитель, скручена в виде спирали с линейно возрастающей или убывающей по длине спирали кривизной и выполнена с переменными по длине спирали шириной и/или толщиной, и/или упрочнением,
так что аккумулятор-регулятор энергии способен поглощать энергию при переменном крутящем моменте и выдавать практически постоянный крутящий момент в рабочем диапазоне.
2. Упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии по п.1, характеризующийся тем, что он выполнен по меньшей мере из двух листов, которые скручены в виде спирали с линейно возрастающей или убывающей по длине спирали кривизной, механически соединены последовательно, и он способен поглощать энергию при переменном крутящем моменте и выдавать практически постоянный крутящий момент в рабочем диапазоне.
3. Упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии по п.1, характеризующийся тем, что он выполнен по меньшей мере из двух листов, которые скручены в виде спирали с линейно возрастающей или убывающей по длине спирали кривизной, механически соединены параллельно, и он способен поглощать энергию при переменном крутящем моменте и выдавать энергию при практически постоянном крутящем моменте в рабочем диапазоне.
4. Упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии по п.1, характеризующийся тем, что он выполнен из слоистой структуры, состоящей из более чем двух листов, которые скручены в виде спирали с линейно возрастающей или убывающей по длине спирали кривизной, соединены последовательно и параллельно, и он способен поглощать энергию при переменном крутящем моменте и выдавать практически постоянный крутящий момент в рабочем диапазоне.
5. Упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии по п.1, характеризующийся тем, что он встроен в энерговырабатывающие устройства с помощью соединения через дифференциальный редуктор, который автоматически регулирует упругодинамическую подачу или накопление энергии.
6. Регулятор энергии, который поглощает излишки энергии и способен подавать энергию во время ее нехватки, характеризующийся тем, что содержит аккумулятор-регулятор энергии по любому из пп.1-5 для упругодинамического аккумулирования энергии.
7. Регулятор энергии по п.6, характеризующийся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии по любому из пп.1-5, причем аккумуляторы-регуляторы энергии размещены последовательно.
8. Регулятор энергии по п.6, характеризующийся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии по любому из пп.1-5, причем аккумуляторы-регуляторы энергии размещены параллельно.
9. Регулятор энергии по п.6, характеризующийся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере два упругодинамических аккумулятора-регулятора энергии по любому из пп.1-5, причем аккумуляторы-регуляторы указанного регулятора энергии образуют комбинацию из аккумуляторов-регуляторов, размещенных последовательно, и аккумуляторов-регуляторов, размещенных параллельно.
10. Ветроэлектрический генератор, содержащий:
устройство, выполненное с возможностью преобразовывать кинетическую энергию от ветра во вращательное движение или крутящий момент ветродвигателя;
элемент механической передачи указанного вращательного движения или конический блок;
дифференциальный редуктор или дифференциальный блок;
упругодинамический аккумулятор-регулятор энергии по любому из пп.1-5;
генератор, выполненный с возможностью преобразования механической энергии в электрическую энергию.
11. Ветроэлектрический генератор по п.10, характеризующийся тем, что механический редуктор передает вращательный крутящий момент электрическому генератору и упругодинамическому аккумулятору-регулятору энергии.
12. Ветроэлектрический генератор по п.10, характеризующийся тем, что он выполнен с возможностью передавать движение от упругодинамического аккумулятора-регулятора энергии к электрическому генератору через дифференциальный блок посредством накопленной упругодинамической энергии.
