СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ГАЗОВОГО ПОТОКА В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ Российский патент 1997 года по МПК F03D9/00 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при преобразовании потенциальной энергии газового потока в электрическую энергию. Предлагаемым способом может быть утилизирована энергия выхлопных газов энергетических установок, повышена эффективность ветровых установок. При этом в засушливых районах будет осуществлено получение воды из влажного воздуха посредством снижения его температуры.

Известен природный способ преобразования потенциальной энергии воздуха в кинетическую, происходящий в смерче. Смерч возникает при достаточно высоких температурах воздуха и сопровождается дождем и градом. Мощность смерча составляет N 3•10¹⁰ Вт [1] Смерч возникает в грозовом облаке, затем движется к земле, имеет вид конфузора с малым углом конусности, сужающимся к земле. Конфузор смерча состоит из внутренней полости и стенок. Внутренняя полость движется вниз. Она наполнена разряженным ионизированным воздухом, стенки вращаются. Скорость вращения может достичь скорости звука [2]
Из изложенного следует: смерчам предшествует накопление статического электричества, сопровождается понижением температуры и выделением большего количества кинетической энергии. Статическое электричество образуется при трении влажного воздуха о выступающие предметы (траву, деревья и пр.). С концов этих предметов скатываются ионизированные элементы и накапливаются в атмосфере. Сверхзвуковые скорости вращения стенок являются следствием уменьшения вязкости воздуха, причина которой ионизация под действием статического электричества.

Механизм появления смерча можно представить в следующей последовательности.

1. В результате движения двух ионизированных потоков воздуха грозового облака создается вихрь. Окружные скорости достигают больших значений, причина которых снижение вязкости ионизированного воздуха.

2. При выходе из грозового облака наружное воздействие неионизированного воздуха более высокой вязкости заставляет вихрь уменьшать диаметр. Естественно, окружная скорость оболочки вихря увеличивается [3] Поток заряженных частиц, движущихся по спирали, создает магнитное поле и выделяется большое количество энергии.

Система конфузор-диффузор применяется для преобразования потенциальной энергии в кинетическую в газовых турбинах [3, 4]
Недостатком известных способов является то, что в антропогенных энергетических установках не используется энергия ионизированного потока газа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является способ преобразования энергии газового плазменного потока в электрическую энергию МГД-генератором, включающим направляющий канал, состоящий из конфузора, канала, диффузора, в котором течет электропроводный газ (плазма), и устройства съема энергии. Принципиальная схема съема энергии включает соленоид или магнит, создающий поперечное магнитное поле, и электроды [5]
В плазме при ее движении в магнитном поле возникает электродвижущая сила. Эта ЭДС генерирует токи, текущие через плазму, электроды и внешнюю нагрузку.

Недостатком способа-прототипа является то, что проводимость рабочего газа (плазмы) достигается с помощью высоких температур. Для этого затрачивается значительное количество энергии.

Задачей изобретения является преобразование потенциальной энергии потока ионизированного газа в электрическую энергию.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе преобразования потенциальной энергии газового потока в электрическую энергию, включающем направляющий канал, устройство для съема энергии, в направляющем канале с помощью спирали, на которой образуются ионы и понижается вязкость, создается вращающийся электропроводный поток газа с высокой скоростью, который преобразует свою энергию в электрическую в устройстве съема энергии.

Проведенный заявителем поиск по научно-техническим и патентным источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволяет выявить отличительные признаки в заявленном техническом решении, следовательно, заявленный способ удовлетворяет условию патентоспособности "Новизна", а проведенный заявителем дополнительный поиск известных технических решений с целью обнаружения в них признаков, сходных с признаками отличительной части формулы заявленного технического решения, и сравнения свойств заявленного и известных технических решений, обусловленных наличием в них указанных признаков, показал, что, во-первых, не все признаки отличительной части формулы найдены в известных технических решениях, во-вторых, сопоставительный анализ свойств, обусловленный наличием признаков в известных решениях, показал, что в заявленном решении проявляются свойства, не совпадающие со свойствами проявленными, указанными в известных технических решениях, чем обуславливается достижение заявленного технического результата, следовательно, заявленное техническое решение удовлетворяет условию патентоспособности.

Способ осуществляется следующим образом.

1. Энергетическая установка состоит из направляющего канала, включающего конфузор, канал, диффузор. По внутренней стороне направляющего канала укрепляется спираль для генерации ионов. Вокруг спирали монтируется устройство объема энергии.

2. Спираль служит для создания внутри направляющего канала вращающегося ионизированного электропроводного газа. На спирали помещаются острия. Цель их создание стекания заряда. В результате произойдет аэроионизация, которая понизит вязкость окружающего спираль газа, входящий в направляющий канал газ пойдет по спирали и создаст вращающийся поток.

3. Для получения стекания зарядов предлагается два способа.

3.1. Стекание заряда посредством накопления статического электричества. Для этого спираль и острия должны быть сделаны из диэлектрика. При трении о воздух будет накапливаться статическое электричество, а затем произойдет стекание заряда, влажность усиливает ионизацию.

3.2. Получение ионов с помощью начального напряжения. Для этого спираль и острия должны быть сделаны из проводников, на которые подается напряжение. С острия стекают электроны, и газ становится проводником.

4. Возможен комбинированный вариант спирали.

5. Скорость ионизированного газа по спирали усиливается конфузором. Устройство съема энергии создает магнитное поле. В ионизированном электропроводном потоке газа, проходящем через магнитное поле, возникает ЭДС. Эта ЭДС генерирует токи, текущие через газ, электроды и внешнюю нагрузку.

6. В результате отъема энергии на выходе из направляющего канала температура воздуха ветроагрегата понизится, вращение потока разгонит холодную пробку. При соответствующих условиях произойдет конденсация влаги воздуха, что может быть использовано при получении пресной воды. Для этого применяется конденсатор тривиальной конструкции.

Предлагаемый способ может работать и без начальной скорости. В этом случае начальный поток создается компрессорной установкой. Способ может быть использован при утилизации энергии выхлопных газов энергетических агрегатов. Использование заявленного способа преобразования энергии воздуха в электрическую позволит повысить эффективность вентроэнергетических установок и сделать их конкурентноспособными с аналогичными энергоагрегатами.

Использование: в энергетике, в частности для преобразования энергии газового потока ветроэнергетических установок и выхлопных газов энергетических агрегатов. Сущность изобретения: преобразование потенциальной энергии газового потока в электрическую энергию осуществляют путем его ионизации и ускорения в направляющем канале с последующим разделением электрических зарядов посредством магнитного поля устройства для съема электрической энергии, при этом дополнительно обеспечивают вращение газового потока в направляющем канале, причем ионизацию и вращение осуществляют посредством расположенной в канале спирали с остриями для стекания заряда. Возможно получение пресной воды при подаче выходящего газового потока в конденсатор. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ преобразования потенциальной энергии газового потока в электрическую энергию путем его ионизации и ускорения в направляющем канале с последующим разделением электрических зарядов посредством магнитного поля устройства для съема электрической энергии, отличающийся тем, что дополнительно обеспечивают вращение газового потока в направляющем канале, причем его ионизацию и вращение осуществляют посредством расположенной в канале спирали с остриями для стекания заряда. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выходящий из направляющего канала газовый поток направляют в конденсатор для получения пресной воды.