ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2001 года по МПК F03D9/00 

Изобретение относится к области электроэнергетики и предназначено для производства электроэнергии с использованием нетрадиционных источников, а именно лучистой энергии солнца и потоков воздуха.

Известны устройства, которые используют энергию солнца, например солнечном нагревателе, данные о котором приведены в авторском свидетельстве СССР N SU 1615484 А1 (МКИ-5 F 24 J 2/10), который предназначен для использования солнечной энергии с целью нагрева. Он содержит неподвижный полусферический зеркальный отражатель и неподвижный теплоприемник и контротражатель в виде шарового сегмента.

Однако такое устройство непосредственно не может быть использовано как электростанция.

Также известны энергетические установки, которые преобразовывают энергию естественных потоков воздуха (ветра) в электрическую, данные о которых приведены в патентах Украины и авторских свидетельствах СССР. Например, опубликованы в бюллетене Украины "Промислова власнicть" (Промышленная собственность) N 2-94 пять патентов того же автора (Будревич Чеслав-Константин Альбинович) N 1594 (МКИ-4 F03D 1/06, Ветряной двигатель); N 1597 (МКИ-5 F 03 D 3/02, Ветросиловое устройство); N 1592 (МКИ-4 F 03 D 5/02, Ветряной двигатель Ч.-К.А.Будревича); N 1598 (МКИ-4 F 03 D 7/02, Ветряной двигатель); и N 1593 (МКИ-4 F 03 D 5/02, Ветряной двигатель) и др.

Известна также электроэнергетическая установка для преобразования энергии естественных потоков воздуха (ветра) в электрическую, описанная в патенте Украины N 21028 А, МПК-5 F 03 D 1/00. Электроэнергетическая установка содержит ветроколесо, кинематически соединенное с валом отбора мощности, связанным с электрогенератором и редуктором, расположенным на колонне или мачте.

Во всех этих устройствах для преобразования энергии ветра в электрическую применен ветродвигатель, который содержит опорную мачту, расположенный на ней обтекатель и раму с лопастями или ветроколесо, кинематически соединенное с валом отбора мощности, связанным с электрогенератором. Эти устройства представляют собой одну из главных составляющих электростанции, которая использует энергию ветра, как естественный поток воздуха, но такое устройство громоздко и в значительной степени зависит от наличия ветра и открытости местности.

Также известно использование вентиляционных устройств с целью создания обмена воздуха (вентиляции). Такие устройства описаны во многих литературных и патентных источниках, в частности в Официальном бюллетене "Промислова власнiсть" N 2-94 и N 3-94 (внесенные в Госреестр Украины). Например, приведены данные о вентиляционном устройстве, содержащем вытяжную трубу, установленный над ней вытяжной зонт, имеющий радиальные эжекторные каналы (патент Украины N 1554, МКИ-4 F 24 F 7/02. Вентиляционное устройство), или вентиляционный гибкий воздухопровод, содержащий раздельные секции, каждая из которых имеет каркас и эластичную оболочку (патент Украины N 1556, МКИ-4 F 24 F 13/02. Вентиляционный гибкий воздухопровод).

Однако эти устройства предназначены для создания вентиляции и непосредственно не могут быть использованы как электростанция.

Известны устройства, предназначенные для усиления тяги, например принятая к рассмотрению и опубликованная в бюллетене (Украины) N 3-94 заявка N 94020502, МКИ-5 F 02 K 1/00, F 02 K 9/00 на Центробежный усилитель тяги инженера Прохватилова И.Г., который состоит из источника потока текучей среды с соплом.

Однако это устройство само требует дополнительного притока энергии и не может непосредственно быть использовано как электростанция.

Наиболее близким по технической сути к заявленному техническому решению является энергетическая установка по патенту Германии (см. DE 4104770 А1, кл. F 03 D 9/00, 20.08.1992), которая содержит блок преобразования механической энергии в электрическую с присоединенным к нему электрогенератором и блок преобразования лучистой энергии солнца в механическую через тепловую, выполненный в виде элементов солнечной батареи.

Это устройство, как и предыдущие, использует, прежде всего, естественные потоки воздуха (ветер), а для меньшей зависимости от наличия ветра в данной местности и ее закрытости еще и лучистую энергию солнца через солнечные батареи. Однако это устройство не дает полной независимости от ветровых потоков, что приводит к некоторому ограничению области их применения.

Кроме того, все выше названные устройства главным образом предназначены для объектов промышленного назначения. В то же время имеется большая потребность в источниках электроэнергии, которые можно было бы использовать также и на бытовом уровне, например для питания небольших усадьб, садовых участков и т.п.

В основу заявленного технического решения поставлена задача - создать ресурсосберегающую электроэнергетическую установку, которая обеспечивает производство электроэнергии путем использования нетрадиционных источников энергии и при этом может быть использована как в промышленности, так и для бытовых нужд, или как средство резервного питания потребителей электроэнергии. При этом, сравнительно с прототипом, встает задача расширения области применения, полностью независимо от наличия ветров в данной местности и ее закрытости.

Поставленная задача решается тем, что электроэнергетическая установка содержит блок преобразования механической энергии в электрическую с присоединенным к нему электрогенератором, и блок преобразования лучистой энергии солнца, выполненный в виде вертикально установленной трубы переменного сечения, с расширением в верхнем и нижнем сечениях и сужением в средней части трубы, труба выполнена из двух разных материалов, состыкованных по продольному сечению трубы, один из них прозрачный, а другой с внутренней поверхностью с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии. Блок преобразования механической энергии в электрическую выполнен в виде рамы с лопастями и расположен в наиболее суженной части трубы с ориентацией лопастей перпендикулярно оси трубы. Установка в целом установлена в месте, где обеспечиваются наиболее благоприятные условия для освещения трубы солнцем, при этом она сориентирована прозрачной частью в направлении к лучам солнца.

Кроме того, для наибольшей эффективности установки, нижняя часть трубы перекрыта дном с поверхностью из материала, подобного материалу противоположной прозрачной части трубы, а именно - материала с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии. Со стороны нижнего края прозрачной части трубы выполнено отверстие, образованное между дном и сечением трубы с наклоном в направлении от верха отверстия со стороны прозрачной части трубы книзу со стороны противоположной части трубы. Наибольшая эффективность может быть получена при наклоне под углом 30-40^o. Кроме того, со стороны вершины угла (низ части трубы, противоположной прозрачной части) поглощающая поверхность выполнена в виде одной или нескольких площадок, размещенных приблизительно перпендикулярно направлению лучей солнца.

Кроме того, для более эффективного использования установки в часы недостаточного подогрева солнечными лучами, особенно в ночные часы, в нижней части трубы может быть дополнительно установлена горелка, которая дополнительно может усиливать тягу в трубе.

Суть изобретения поясняется чертежом, где изображено:
на фиг.1 - общий вид установки в разрезе;
на фиг.2 - вариант исполнения нижней части установки (разрез);
на фиг. 3 - вариант исполнения нижней части установки с дополнительными элементами.

На фиг. 1 приведен общий вид электроэнергетической установки, которая содержит блок 1 преобразования лучистой энергии солнца и блок 2 преобразования механической энергии в электрическую. Блок 1 выполнен в виде вертикально установленной трубы 3 переменного сечения с расширением в верхнем 4 и нижнем 5 сечении и сужением в средней 6 части трубы 3. Труба 3 выполнена из двух частей 7 и 8, состыкованых по продольному сечению трубы 3.

Часть 7 выполнена из прозрачного материала, например стекла или прозрачного стеклопластика, а другая часть 8 выполнена с внутренней поверхностью 9 с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии, например покрашена черной краской и т.п. Блок 2 преобразования механической энергии в электрическую размещен в наиболее суженной части 6 трубы 3. Блок 2 состоит из основания 10 в виде рамы, на которой смонтирован электрогенератор 11, к валу которого (непосредственно или через редуктор) присоединены лопасти ветродвигателя 12. Ветродвигатель 12 сориентирован таким образом, чтобы лопасти были установлены перпендикулярно оси трубы 3. Установка в целом установлена в месте, где обеспечиваются наиболее благоприятные условия для освещения трубы солнцем, при этом она сориентирована прозрачной частью 7 в направлении к лучам солнца, которые изображены в виде стрелок S.

На фиг. 2 приведен вариант исполнения нижней части установки в разрезе, где труба 3 (с прозрачной частью 7 и непрозрачной - 8) перекрыта дном 13 с поверхностью из материала с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии; со стороны нижнего края прозрачной части 7 трубы 3 выполнено отверстие 14, образованное между дном 13 и сечением трубы 15-15 с наклоном в направлении от верха отверстия со стороны прозрачной части трубы книзу со стороны противоположной части трубы под углом Φ, наиболее оптимальное значение которого лежит в пределах 30-40^o, причем со стороны вершины угла 16, поглощающая поверхность выполнена в виде одной или нескольких площадок 17, размещенных приблизительно перпендикулярно направлению лучей солнца S.

На фиг. 3 приведен возможный вариант исполнения нижней части установки, когда в нижней части трубы дополнительно установлена горелка 18.

Работа предложенного устройства поясняется фиг. 1. Лучи солнца (изображены как стрелки S) освещают трубу 3 и через ее прозрачную часть 7 проходят к внутренней части трубы 3. Достигая поверхности 9 противоположной части 8 трубы 3, лучи солнца поглощаются, вследствие чего лучистая энергия солнца преобразуется в тепловую. Происходит нагрев поверхности 9, которая, в свою очередь, нагревает окружающий воздух внутри трубы. Нагретый воздух в трубе приводит к созданию потока его в направлении вдоль трубы 3 снизу вверх (обозначено стрелками V). Таким образом, лучистая солнечная энергия преобразуется в механическую энергию перемещения воздуха (так называемая топочная тяга). Блок 2 воспринимает энергию потока воздуха и при помощи лопастей ветродвигателя 12 приводит в действие электрогенератор 11. В результате, предложенная электроэнергетическая установка позволяет вырабатывать электроэнергию, используя для этого нетрадиционные источники энергии, в частности энергию перемещения воздуха в трубах (тягу), усиленную действием лучистой энергии солнца. Мощность такой установки зависит от размеров трубы (ее высоты и поперечного сечения) и интенсивности солнечных лучей, которые попадают на активную поверхность поглощающей части трубы.

Работа дополнительных элементов, размещенных в нижней части установки поясняется фиг. 2. При перекрытии нижней части трубы дном 13 с лучепоглощающей поверхностью увеличивается активная поверхность. С такой же целью выполнены площадки 17, которые с одной стороны закрывают малоэффективный острый угол возле точки 16, и с другой стороны при установке этих площадок перпендикулярно лучам солнца способствуют увеличению концентрации солнечных лучей в этой части поверхности, вследствие чего их температура повышается. Это также способствует повышению эффективности установки. При этом подвод воздуха осуществляется через отверстие 14, которое при увеличении угла Φ будет большим, что уменьшит сопротивление при входе. Но при этом уменьшается эффективная высота трубы, что приводит к снижению мощности установки. Оптимальным является значение угла наклона Φ в пределах 30-45^o, когда дальнейшее увеличение сечения входа мало влияет на увеличение эффективности, а уменьшение эффективной высоты трубы еще не является существенным.

Кроме того, для более эффективного использования установки в часы недостаточного подогрева солнечными лучами, особенно в ночные часы, установка может быть дополнена размещенной в нижней части трубы горелкой, которая может дополнительно усиливать тягу в трубе. Работа дополнительных элементов поясняется фиг. 3, где показано, что когда нагрев со стороны солнечных лучей недостаточен, для увеличения мощности потока воздуха (тяги) через горелку 18 можно подавать в небольших количествах горючее, поджигая которое (пламя показано под цифрой 19) создается усиление тяги.

Таким образом, предложенная электроэнергетическая установка позволяет вырабатывать электроэнергию, используя для этого нетрадиционные источники энергии, и при этом может быть использована как в промышленности, так и для бытовых нужд. Особенно полезным может быть ее использование для электропитания потребителей, расположенных на расстоянии от действующих электросетей, или как средство резервного питания потребителей электроэнергии.

Изобретение относится к области электроэнергетики и предназначено для производства электроэнергии с использованием нетрадиционных источников, а именно лучистой энергии солнца и потоков воздуха. Технический результат, заключающийся в расширении области применения и независимости установки от наличия ветров, обеспечивается за счет того, что в электроэнергетической установке, содержащей блок преобразования механической энергии в электрическую с присоединенным к нему электрогенератором и блок преобразования лучистой энергии солнца в механическую через тепловую, согласно изобретению второй из блоков выполнен в виде вертикально установленной трубы переменного сечения, с расширением в верхнем и нижнем сечениях и сужением в средней части трубы, труба выполнена из двух разных материалов, состыкованных по продольному сечению трубы, один из них прозрачный, а другой с внутренней поверхностью с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии, причем блок преобразования механической энергии в электрическую выполнен в виде рамы с лопастями ветродвигателя и размещен в наиболее суженной части трубы с ориентацией лопастей перпендикулярно оси трубы, при этом установка в целом установлена в месте с наиболее благоприятными условиями для освещения трубы солнцем и сориентирована прозрачной частью в направлении к лучам солнца. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Электроэнергетическая установка, содержащая блок преобразования механической энергии в электрическую с присоединенным к нему электрогенератором и блок преобразования лучистой энергии солнца в механическую через тепловую, отличающаяся тем, что второй из блоков выполнен в виде вертикально установленной трубы переменного сечения с расширением в верхнем и нижнем сечениях и сужением в средней части трубы, труба выполнена из двух разных материалов, состыкованных по продольному сечению трубы, один из них прозрачный, а другой с внутренней поверхностью с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии, причем блок преобразования механической энергии в электрическую выполнен в виде рамы с лопастями ветродвигателя и размещен в наиболее суженной части трубы с ориентацией лопастей перпендикулярно оси трубы, при этом установка в целом установлена в месте с наиболее благоприятными условиями для освещения трубы солнцем и сориентирована прозрачной частью в направлении к лучам солнца. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть трубы перекрыта дном с поверхностью из материала с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии, а со стороны нижнего края прозрачной части трубы выполнено отверстие, образованное между дном и сечением трубы с наклоном в направлении от верха отверстия со стороны прозрачной части трубы книзу со стороны противоположной части трубы под углом 30-40°, причем со стороны вершины угла поглощающая поверхность выполнена в виде одной или нескольких площадок, размещенных приблизительно перпендикулярно направлению лучей солнца. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в нижней части трубы установлена горелка для усиления тяги в часы недостаточного подогрева солнечными лучами.