ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Группа изобретений относится к экологически чистой, «малой либо локальной энергетике», в основном к ветровой и гидродинамической, использующей кинетическую энергию потока среды, к строительству энергонезависимых зданий и сооружений любого назначения и базирования - на суше, на воде и под водой. В частности, это касается вопросов создания наземных и плавучих культурно-развлекательных, спортивных, торговых либо производственных комплексов с автономным энергообеспечением, например плавучих санаториев-лайнеров класса река-море либо кругосветного плавания. Также группа изобретений относится к расширению, развитию и усовершенствованию технических средств и способов эффективного использования экологически чистых возобновляющихся источников кинетической энергии - ветра, морских и океанских течений.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известны способы использования указанных источников энергии с помощью ветровых мельниц и электростанций, а также морских подводных гидроустановок, в основном пропеллерного типа. Одними из первых ветровых установок с вертикальным ротором можно считать, по-видимому, мельницы в древнем Афганистане, которые датируются 644 г. н. э. (Фильм телекомпании ВВС, 2005 г., об изобретателях мусульманского мира.) Лопасти ротора были выполнены из связанных пучков травы или соломы, привязанных к шести деревянным палкам, связанных в конструкцию ротора. Половина ветрового потока была перекрыта деревянным щитом, чтобы создать вращающий момент за счет ветрового напора только на одну из сторон ротора - правую либо левую.
Впоследствии повсеместно стали использовать ветровые мельницы, а затем и ветровые насосы и электростанции с горизонтальной осью вращения. К недостаткам таких повсеместно используемых сегодня в мире трехлопастных пропеллерных крупных ветровых энергоустановок мощностью до 1-3 МВт следует отнести необходимость снабжения их системой ориентации по направлению ветра (потока), а также их высокую шумность. Последнее объясняется тем, что при диаметре лопастей 50-100 м концы лопастей уже при частоте вращения около 0,5-2 оборота/с движутся со сверхзвуковыми скоростями, вызывая шум, сравнимый с низколетящим сверхзвуковым самолетом. Кроме того, ветровые установки гигантских размеров, высотой до 100 и более метров, портят пейзаж и вызывают раздражение части населения постоянно движущимися лопастями.
Аналогом изобретения является Патент США №4495424, 1985 г., кл. 290-53, (F03B 13/12) -"Plant for Utilization of Wind and Waves". В его описании кратко перечислены весьма перспективные идеи использования плавучих платформ с ветровыми и волновыми энергоустановками для утилизации ветра и волн для ряда производственных целей, например для обессоливания морской воды, а также для получения и хранения водорода, в частности, для питания двигателей, работающих на водороде. Акцент сделан на ветровую энергоустановку с вертикальным валом и направляющими экранами (дефлекторами), направляющими ветровой поток на лопасти ротора.
Аналогом устройства можно считать также Патент РФ №2166665, 2001 г., кл. F03D 3/02 (Ветродвигатель). Наиболее близким аналогом (прототипом) можно считать Патент США №4047834, 1977 г. - "Horizontal multidirectional turbine windmill". Общими с заявленными являются такие признаки, как наличие лопастного (лопаточного) ротора с вертикальной осью вращения и дефлекторов, т.е. вертикально ориентированных пластин, установленных вокруг ротора в горизонтальной плоскости.
Данные решения имеют ограниченную применимость, так как подобные ветровые установки должны помещаться на открытых пространствах, в удалении от стен зданий, сооружений и т.п., т.е. любых объектов, являющихся препятствием для ветра и «затеняющих» ветроустановку.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное изобретение устраняет вышеуказанное ограничение в тех случаях, когда существует возможность построить здание либо сооружение (как на суше, так и под водой) определенной «аэро- либо гидродинамической» формы и использовать его в комплексе вместе с роторной лопастной (лопаточной) энергоустановкой - ветровой либо гидродинамической соответственно. При этом здание, сооружение и т.п. становится органичной частью энергоустановки. В более общем случае задачей данной группы изобретений является получение полезной энергии от потока сплошной среды - ветра и подводных морских/океанских течений, повышение КПД и наращивание мощности и надежности энергоустановок данного направления, а также создание на их базе гибридных многофункциональных энергетических комплексов, в частности создания наземных и плавучих культурно-развлекательных, спортивных, торговых либо производственных комплексов с автономным энергообеспечением, например, плавучих санаториев-лайнеров класса река-море либо кругосветного плавания, с использованием кинетической энергии потока среды.
Первое из изобретений относится к способу использования энергии потока среды с помощью соответствующей энергоустановки - ветровой либо гидродинамической. От аналогов и прототипа используются следующие признаки: в потоке движущейся сплошной среды размещали многолопастный ротор, в частном случае - с вертикальной осью вращения, связанный с потребителем его вращающего момента, а вокруг ротора устанавливали дефлекторы, которые выполняли в виде листовых конструкций, причем дефлекторы устанавливали таким образом, чтобы отклонять набегающий внешний поток среды и направлять его на лопатки ротора с образованием касательной (тангенциальной) составляющей вектора скорости потока среды к окружности, описываемой лопатками ротора при его вращении. Под листовыми конструкциями лопастей и дефлекторов в данном случае подразумевается, что лопасть или дефлектор выполнены из однослойных пластин, например металлических, либо из листовых материалов в два или более слоев, либо выполнены в виде объемной конструкции по аналогии с крылом самолета, но при этом толщина лопасти или дефлектора много меньше их ширины, например в 5-10 и более раз.
Отличие от аналогов и прототипа предлагаемого способа состоит в том, что с целью принципиального расширения возможностей использования энергоустановок данного типа часть дефлекторов либо все дефлекторы выполняют в виде не «тонких» листовых либо пластинчатых конструкций, как в аналогах и прототипе, а в виде объемных тел, либо объемных конструкций, или «объемных дефлекторов». Последние могут представлять собой здание, либо строение, либо сооружение, либо рубку судна, либо объемный элемент дизайна (например, рекламную конструкцию, либо элемент устройств в парке аттракционов), которые выполняют с определенным аэродинамическим профилем таким образом, чтобы они стали частью энергоустановки, исполняли роль дефлектора и отклоняли набегающий внешний поток среды, направляя его на лопатки ротора, с образованием касательной (тангенциальной) составляющей вектора скорости потока среды к окружности, описываемой лопатками ротора при его вращении.
При этом наружные стены указанных объемных сооружений (здание, либо строение, либо сооружение, либо рубка судна, либо элемент дизайна) выполняют таким образом, чтобы они имели, либо хотя бы содержали частично сечение, в частности, в горизонтальной плоскости в форме утолщенного в 1,1 и более раз типичного профиля дозвукового крыла самолета (обычно на чертежах в литературе соотношение толщины к длине профиля дозвукового крыла самолета составляет 0,1-0,25 - см., напр, учебник «Курс физики», Б.М.Яворский, А.А.Детлаф и др., Т.1., М.: Высшая школа, стр.353, рис.16.15), либо хотя бы содержали сечение хвостовой части указанного профиля, либо хвостовой части профиля вытянутой капли жидкости с сужающимся хвостом, в частном случае, плавно загибающимся наподобие хвостика «запятой» или «скобки» в данном шрифте "Times New Roman"; остальные дефлекторы, как плоские, в виде листовых конструкций, так и объемные, а также ротор устанавливают рядом со зданием, либо сооружением и пр., со стороны указанного «сужающегося хвоста» таким образом, чтобы отклонять поток среды с образованием касательной составляющей вектора скорости потока к окружности, описываемой лопатками ротора при вращении (Фиг.2 - Фиг.13).
Более кратко можно сказать, что отличие состоит в том, что в качестве дефлектора, одного или нескольких, используют объемную конструкцию, т.е. объемный дефлектор, а именно: здание, либо строение, либо сооружение, либо рубку судна, либо элемент дизайна, одну или несколько, причем указанную объемную конструкцию размещают рядом с ротором и выполняют таким образом, чтобы ее наружные стены либо ее наружные поверхности содержали со стороны ротора в плоскости, перпендикулярной ротору, сечение, содержащее две линии, сходящиеся при их продолжении в острый угол, которые ориентируют по отношению к ротору таким образом, чтобы точка пересечения указанных линий находилась вблизи внешней окружности, описываемой лопатками ротора при вращении, и чтобы отклонять поток набегающей движущейся среды с образованием отличной от нуля касательной составляющей вектора скорости потока к указанной окружности, описываемой лопатками ротора при его вращении.
При этом указанная точка пересечения линий может как принадлежать, так и не принадлежать указанным наружным поверхностям объемных конструкций. Разъяснение: если быть точным, точка пересечения на практике никогда не может принадлежать указанным поверхностям объемных конструкций, т.к. всегда, пусть на микроскопическом уровне, имеется некоторое закругление острого угла любого предмета из обычных материалов (если это не монокристалл).
Под словами «острый угол» выше имеется в виду, что указанный угол составляет от нуля до 90 градусов, причем оптимальное значение находится в пределах от 1-5 до 40 градусов. Под словами «вблизи внешней окружности, описываемой лопатками ротора при вращении» имеется в виду, что расстояние между ближайшей к ротору точки указанной объемной конструкции (объемного дефлектора) и указанной окружности составляет не более 0,6 длины радиуса данной окружности и в оптимальном случае должно составлять минимально возможное значение, лишь бы лопатки ротора на задевали данный объемный дефлектор.
Под словами «отклонять поток движущейся среды с образованием касательной составляющей вектора скорости потока к указанной окружности, описываемой лопатками ротора при его вращении» имеется в виду, что «угол атаки» между усредненным по направлению вектором скорости потока внешней набегающей среды, сформированного совокупностью соседних дефлекторов, и указанной окружностью составляет менее 90 градусов, т.е. сформированный поток имеет отличную от нуля составляющую вдоль касательной к указанной окружности. При этом оптимальный «угол атаки» составляет от нуля до 45 градусов и должен подбираться экспериментальным путем для получения либо наибольшего числа оборотов ротора либо максимального крутящего момента.
В частных случаях «угол атаки» регулируют с помощью поворотных «элеронов» 7 (Фиг.7) по аналогии с элероном крыла самолета. При этом «элероны» устанавливают на указанных объемных конструкциях-дефлекторах со стороны ротора с возможностью поворота вокруг оси R и связывают шарнирной системой рычагов 8, тяг 9 и жесткой «обоймы» 10, которую выполняют в виде либо кольца, либо многоугольника. В других случаях используют для регулировки систему, включающую гибкие связи. Поворачивая «обойму» 10 вокруг оси ротора, регулируют «угол атаки» одновременно для всех дефлекторов.
Поворотные элероны устанавливают, в других частных случаях, вместе с рычажно-тяговой системой их поворота также и на «плоских», «тонких» дефлекторах, если они включены в конструкцию энергетического комплекса (энергоустановки). В других частных случаях дефлекторы (как объемные, так и «тонкие») выполняют с возможностью поворота их целиком, как если бы они целиком представляли собой поворотные элероны, и «угол атаки» регулируют описанным выше способом.
С помощью данного решения устраняют негативное взаимоисключающее «соседство» зданий (либо сооружений, строений, рубок судна и т.п.) и энергоустановки, использующей, например, ветер, поскольку здание, либо строение, либо сооружение, либо рубка судна являются препятствием для ветра либо потока жидкости (воды), поскольку они «затеняют» ветровую либо гидродинамическую энергоустановку соответственно.
Второе из изобретений относится к устройству для осуществления вышеописанного способа использования энергии потока среды с помощью соответствующей энергоустановки - ветровой либо гидродинамической, т.е. устройством является модифицированная автором ветровая либо гидродинамическая энергоустановка, в частном случае - с вертикально-осевым ротором. Все признаки, приведенные выше и ниже, относятся как к способу, так и к устройству.
От аналогов и прототипа используются следующие признаки: известная установка включает ротор с вертикальной осью вращения, содержащий лопасти (лопатки, прямые либо изогнутые, цилиндрические или чашеобразные), расположенные вокруг оси ротора, дефлекторы в виде пластин либо листовых конструкций цилиндрической формы с вертикальной образующей, причем установку размещают в потоке среды таким образом, чтобы отклонять часть набегающего внешнего потока среды и направлять его на лопатки ротора с образованием касательной (тангенциальной) составляющей вектора скорости потока среды к окружности, описываемой лопатками ротора при его вращении.
Отличие от аналогов и прототипа предлагаемого устройства состоит в том, что энергоустановка, т.е. заявляемый энергетический комплекс, включает объемные конструкции (объемные дефлекторы) определенной плавно обтекаемой формы, которыми может являться здание, либо строение, либо сооружение, либо рубка судна, либо объемный элемент дизайна, которые используют вместо пластинчатых дефлекторов либо вместо дефлекторов в виде листовых конструкций, причем перечисленные объемные конструкции выполняют с определенным аэродинамическим профилем таким образом, чтобы они стали органичной частью энергоустановки, исполняли роль дефлектора и отклоняли набегающий внешний поток среды, направляя его на лопатки ротора, с образованием касательной (тангенциальной) составляющей вектора скорости потока среды к окружности, описываемой лопатками ротора при его вращении.
При этом наружные стены указанных объемных сооружений (здание, либо строение, либо сооружение, либо рубку судна, либо элемент дизайна) выполняют таким образом, чтобы они имели, либо хотя бы содержали частично сечение, в частности, в горизонтальной плоскости в форме утолщенного в 1,1 и более раз типичного профиля дозвукового крыла самолета, либо хотя бы содержали сечение хвостовой части указанного профиля, либо хвостовой части профиля вытянутой капли жидкости с сужающимся хвостом, желательно плавно загибающимся наподобие хвостика «запятой» или «скобки» в данном шрифте "Times New Roman"; остальные дефлекторы как плоские, в виде листовых конструкций, так и объемные, а также ротор устанавливают рядом со зданием либо сооружением со стороны указанного сужающегося хвоста таким образом, чтобы отклонять поток среды с образованием касательной составляющей вектора скорости потока к окружности, описываемой лопатками ротора при вращении (Фиг.2 - Фиг.13).
В частных случаях и способа и устройства дефлекторы выполняют цилиндрической формы и используют в качестве полезных (в том числе жилых, либо производственных, либо офисных) помещений, причем в качестве направляющих аэродинамических плоскостей дефлектора используют криволинейные вертикальные стены здания, либо строения, либо рубки судна, либо сооружения, либо элемента дизайна, одного или нескольких. При этом ось вращения ротора также вертикальна. В частном случае все дефлекторы могут являться зданиями, сооружениями и т.п., которые могут быть установлены как порознь, например на грунте, так и на единой для них опоре, например на платформе, либо на надводном или подводном судне (Фиг.13).
В частных случаях, при размещении подобной ветровой установки на судне, к валу ротора подсоединяют коленчатый вал, через узел сцепления, шатун-тягу и шарнир соединяют с движителем типа «рыбьего хвоста» либо ласты и используют для движения судна. Движитель «типа рыбьего хвоста либо ласты» может представлять собой гибкую пластину с переменной по длине толщиной и жесткостью на изгиб (как известная резиновая ласта для плавания), пластина соединена с рычагом (либо переходит в рычаг, как если бы резиновая ласта содержала бы жесткий, например, стальной каркас), имеющим возможность вращения относительно некой оси, а конец рычага шарнирно соединен с тягой-шатуном. В результате получаем «турбопарус» с приводом на указанный водяной движитель.
Можно сказать, что изобретение состоит в том, чтобы использовать поверхности наружных стен зданий, сооружений, строений, рубок и корпусов надводных либо подводных судов и даже дирижаблей - по новому назначению - в качестве неотъемлемой органичной части ветровой либо гидродинамической энергоустановки - дефлекторов, отклоняющих и направляющих ветровой либо водный поток соответственно на лопатки ротора с образованием касательной составляющей вектора скорости потока к окружности, описываемой лопатками ротора при его вращении.
При этом вовсе не обязательно, чтобы все здание и др. целиком было выполнено обтекаемой в «аэродинамическом смысле» формы. Удаленная от оси ротора часть здания либо сооружения (вообще - объемной конструкции) может быть, в некоторых пределах, достаточно произвольной формы, содержать пространственные элементы в виде куба, шара, цилиндра и др., а также содержать окна, выступы и пр. «негладкие» участки (Фиг.2). Все это в какой-то степени снизит эффективность энергоустановки, но она все равно будет работать. Желательно лишь, чтобы ближайшая к ротору часть указанной объемной конструкции была по возможности более «гладкой» и обтекаемой формы, чтобы поток среды обтекал ее без отрыва течений, завихрений и турбулентности (либо эти явления должны быть сведены к минимуму).
Общим техническим результатом при осуществлении обоих вариантов изобретений данной группы является повышение эффективности получения полезной энергии от окружающей среды - кинетической энергии ветра и морских/океанских течений. Эффективность получения полезной энергии возрастает при использовании изобретений из-за того, что, во-первых, происходит экономия площадей, занимаемых зданиями, либо сооружениями, либо рубками судна и энергоустановкой, и, во-вторых, происходит экономия средств для их создания, т.к. мы сразу получаем «два в одном» - и полезные помещения, и энергию, необходимую для использования в них для различных нужд - как внутренних потребностей, так и для использования сторонними потребителями.
В итоге достигается как более высокий коэффициент использования энергии потока среды, так и коэффициент использования полезных площадей, которые бывают особенно дефицитны и дорогостоящи на судне либо в перенаселенных городах и других местах. При этом полезная мощность, которую можно получать от потока внешней среды для утилизации на потребитель, может составлять сотни кВт, и это имеет промышленное значение. Таким образом, изобретение решает поставленную задачу.
Оба указанные преимущества особенно отчетливо проявляются в случае создания плавающей платформы, рубки и сооружения которой выполнены в соответствии с указанными выше признаками, т.е. выполнены в виде цилиндрических тел с направляющими в виде утолщенного профиля дозвукового крыла самолета либо в форме капли жидкости со слегка загнутым хвостом. Такая платформа-судно содержит, например, две палубы, между которыми размещают ротор, дефлекторы и рубку, либо сооружение, представляющие собой в совокупности ветровую энергоустановку, причем верхнюю палубу используют в качестве, например, спортплощадки - теннисной, волейбольной, баскетбольной, городошной, велотрека и др.; а судно, при соответствующем дополнительном оснащении, используют в качестве лайнера кругосветного плавания либо санатория на воде, базы отдыха, культурно-развлекательного центра и т.п. Все потребители обеспечиваются при этом, в автономном режиме, необходимой экологически чистой энергией.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение поясняется чертежами, где на:
Фиг.1 изображено сечение известных ротора 1 и дефлекторов 2 ветровой либо гидродинамической установки, причем дефлекторы выполнены в виде листовых конструкций («тонкие» либо «листообразные» дефлекторы);
Фиг.2 изображено то же сечение установки, что и на Фиг.1, в которой один из дефлекторов выполнен в виде совокупности нескольких объемных цилиндрических тел с направляющими в виде профиля вытянутой капли жидкости 3 плавно обтекаемой формы с загибающимся заостренным хвостом, окружности 4 и прямоугольника 5 соответственно;
Фиг.3 изображено то же сечение установки, что и на Фиг.1, в которой два дефлектора 6 выполнены в виде объемного цилиндрического тела с направляющей в виде профиля вытянутой капли жидкости плавно обтекаемой формы с загибающимся заостренным хвостом;
Фиг.4 изображено то же, что и на Фиг.3, но два объемных дефлектора размещены рядом друг с другом;
Фиг.5 изображено то же, что и на Фиг.4, но два объемных дефлектора 6 размещены не рядом друг с другом, а через листообразный дефлектор 2;
Фиг.6 изображено то же, что и на Фиг.3, но установка содержит четыре объемных дефлектора 6;
Фиг.7 изображено сечение установки, содержащей пять объемных дефлекторов 6, содержащих поворачивающиеся вокруг оси R лонжероны 7, шарнирно связанные рычагами 8, тягами 9 и регулирующей поворотной «обоймой» 10;
Фиг.8 изображено сечение установки, содержащей шесть объемных дефлекторов 6;
Фиг.9 изображено сечение установки, содержащей три объемных дефлектора 6 и три листообразных 2;
Фиг.10 изображено сечение не симметричной относительно оси вращения ротора установки, содержащей три объемных дефлектора 6 и 11 и три листообразных дефлектора 2, причем дефлектор 11 имеет явно больший размер по сравнению с 6;
Фиг.11 изображено то же сечение установки, что и на Фиг.1, с тем отличием, что по периметру установки, содержащей ротор и двенадцать листообразных дефлекторов 2, размещены дополнительно три объемных дефлектора 6;
Фиг.12 изображено то же сечение установки, что и на Фиг.11, но цилиндрические направляющие объемных дефлекторов 12 выполнены симметричными, т.е. с прямым, а не с загнутым хвостом;
Фиг.13 в изометрической проекции изображен плавучий, на базе катамарана, комплекс нескольких рубок судна, размещенных вокруг ротора; рубки представляют собой объемные дефлекторы, каждый в виде объемного цилиндрического тела с направляющей в виде профиля вытянутой капли жидкости плавно обтекаемой формы с загибающимся заостренным хвостом, в соответствии с Фиг.8, с тем отличием, что одна из рубок, на переднем плане, составлена из двух цилиндрических тел разного размера.
Отметим, что в частных случаях дефлекторы выполняют с возможностью регулировки углов их наклона к окружности, описываемой ротором при вращении. В частных случаях объемный расход и направление потока на лопатки ротора регулируют с помощью поворотных элементов по аналогии с элероном крыла самолета. Поворотные «элероны» устанавливают при этом в ближайших к ротору участках как объемных, так и «тонких» дефлекторов.
Сущность изобретения и совокупность отличительных признаков, объединяющих предлагаемый способ использования энергии потока среды, а также заявленного устройства заключаются в использовании «одного в другом», т.е. в преобразовании энергии потока сплошной среды - ветра и морских/океанских течений, с помощью энергоустановки, включающей многолопастный ротор, окруженный по своему периметру направляющими плоскостями дефлекторов как «плоских», «тонких», в виде листовых конструкций, так и в виде объемных конструкций, отклоняющих поток среды с образованием касательной составляющей к окружности, описываемой ротором при вращении.
В качестве потребителей используют электрогенераторы, разнообразные насосы, опреснительные установки на базе их, например вакуумные дистилляционные установки и установки обратного осмоса с насосами высокого давления 50-150 атм, мельницы, дробилки и др.
Ввиду непостоянства интенсивностей ветра либо подводных течений возникает задача стабилизации выходных параметров энергостанции. Для этого получают запас промежуточного продукта, обладающего потенциальной энергией, а затем с помощью соответствующего двигателя приводят во вращение электрогенератор, частоту вращения и выходное напряжение которого стабилизируют с помощью блока обратной связи, управляющего подачей указанного продукта для энергоснабжения двигателя.
Таким продуктом может являться, например, водород, который получают с помощью электролизеров после первичного преобразования энергии вращающегося вала в электроэнергию с нестабильными параметрами, непригодными для обычных потребителей, но пригодными для работы электролизеров.
В других частных случаях таким энергоносителем служит сжатый воздух, который закачивают насосами в резервуары высокого давления, либо вода в резервуаре, построенном на высоте, например, более 10 м над уровнем моря, которую закачивают в резервуар из моря гидронасосами. Эти энергоносители используют затем для привода паровых, газовых и гидротурбин соответственно со стабилизацией выходных параметров путем регулирования подачи энергоносителей на лопатки турбин с помощью блока обратной связи. Можно получать и другие высокопотенциальные энергоносители, например карбид кальция, для получения затем ацетилена.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Варианты способа осуществляют, например, следующим образом. В зависимости от требуемой мощности энергоустановки определяют необходимые размеры ее исходя из того, что при скорости ветра, например, 10 м/с мощность ветрового потока составляет 650 Вт на кв. м площади поперечного сечения потока, перпендикулярного вектору скорости потока, а в полезную энергию (мощность) переходит, возможно, 30-50% указанной мощности (точное истинное значение коэффициента использования мощности потока возможно определить только экспериментальным путем после изготовления крупного промышленного образца мощностью не менее 5-10 кВт). Тогда для получения мощности 10 кВт при ветре 10 м/с установка должна иметь площадь сечения «перехватываемого потока», т.е. площадь проекции дефлекторов установки на плоскость, перпендикулярную вектору скорости потока, порядка 10[кВт]: (0,650[кВт/кв.м]×0,3)=51,3 кв.м.
Исходя из данных расчетов определяют габаритные размеры одного или нескольких зданий, строений, сооружений либо рубок судна и выполняют их таким образом, чтобы их совместное расположение соответствовало Фиг.2 - Фиг.13 в зависимости от необходимого количества зданий, строений, сооружений либо рубок судна. Профиль сечения последних в плоскости потока выполняют в соответствии с Фиг.2 - Фиг.13. Наземные здания, строения, сооружения либо рубки судна могут иметь, например, обычное вертикальное исполнение. Откуда бы ни дул ветер, при таком расположении зданий, строений, сооружений либо рубок судна в центральной части их будет создаваться вихревой поток, вращающий ротор. Частоту оборотов ротора и его вращающий момент регулируют, например, с помощью поворотных элеронов, как описано выше.
При наличии ветра либо течения воды поток направляется дефлекторами на лопасти ротора, вызывая его вращение. Использование или утилизацию кинетической энергии потока среды осуществляют путем подсоединения к ротору либо к его валу различных потребителей. В частности, на роторе ветроустановки может быть установлено кольцо с нескользкой поверхностью, а в качестве потребителя вращающего момента может использоваться электрогенератор с колесиком-роликом на валу, входящим во фрикционное зацепление с указанным кольцом ротора ветроустановки (по аналогии с приводом генератора от колеса велосипеда). В качестве потребителей могут быть как устройства, преобразующие механическую энергию вращающегося вала в электроэнергию, так и устройства, работающие непосредственно от вращающегося вала. К последним относятся различные пневмо- и гидронасосы, дробильные машины, мельницы и др.
В частном случае в качестве первичного потребителя энергии возобновляющихся источников используют электрогенератор, с его помощью получают постоянное напряжение, используют его для работы электролизера и получают газообразный водород (Н2). Водород является высокопотенциальным источником энергии, его можно накапливать в резервуарах, сжижать и использовать затем как высокоэффективное топливо широкого спектра применений, например для работы экологически чистых автомобильных двигателей внутреннего сгорания, для работы ТЭЦ и мн. др. (при сгорании Н2 образуется только водяной пар!). Для получения 1 куб.м газообразного Н2 требуется 4-6 кВт часа электроэнергии, а для его сжижения - еще 2-3 кВт часа. Таким образом, с помощью энергостанции со среднесуточной мощностью 100 кВт можно получать в сутки 400-600 кубометров газообразного Н2, а при мегаваттной мощности, например, комплекса из нескольких установок - в 10 раз больше, и это имеет уже промышленное значение. В частном случае Н2 используют для питания двигателя внутреннего сгорания, приводящего второй электрогенератор, выходные параметры которого стабилизируют по частоте и напряжению с помощью блока обратной связи - как на аналогичных дизельных и бензиновых электростанциях. Таким образом получают электроэнергию с приемлемыми для обычного потребителя параметрами - 220/380 В, 50 Гц. В другом частном случае в результате электролиза получают и водород и кислород, которые собирают в резервуары и используют для сварки и резки металлов, например для газорезки и утилизации на металлолом вышедших из строя морских судов.
В другом частном случае способа энергию потока среды используют с помощью передаточных механизмов для привода вакуумного насоса опреснительной установки (см. Патент РФ №2150021).
Устройство, т.е. энергетический комплекс зданий и сооружений, может быть выполнен как наземного, так и водного базирования, в надводном плавающем либо в подводном исполнении. В частности, это может быть гибрид судна-яхты, электростанции и, например, спортплощадки либо спортзала, фитнес-центра и т.п.
Устройство работает следующим образом: при наличии потока среды (при ветре, т.е. движении воздушных масс, либо при течении реки, либо океанском/морском подводном течении) ротор вращается и приводит в действие связанные с ним механизмы полезной нагрузки - электрогенераторы, насосы, дробилки, мельницы, терки, для привода ленточного транспортера, земснаряда, роторного экскаватора и др.
Накопление энергии осуществляют в аккумуляторных батареях, либо путем закачки воздуха в резервуары для последующего привода пневмотехнических устройств, либо путем получения каких-либо продуктов, обладающих потенциальной энергией, например карбида кальция, и др.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Группа изобретений может быть использована в промышленности, поскольку все узлы и детали соответствующих установок можно серийно производить из легкодоступных материалов на заводах и других предприятиях. Группа изобретений может быть использована в промышленных масштабах во многих областях, где существует потребность в использовании энергии - например, для получения электроэнергии, для производства водорода как экологически чистого топлива, для энергообеспечения минизаводов различного профиля (рыбоперерабатывающие, консервные, производство напитков, мороженого и др.), которые могут размещаться на палубах энергостанций либо на берегу, для привода мельниц и дробильных машин, для создания насосных станций для гидроаккумулирующих электростанций, аквапарков и бассейнов, в том числе и с подогревом, для работы холодильных установок, для очистки вод от примесей путем фильтрации под давлением либо для опреснения морской воды. Экологическая чистота производимой энергии позволяет использовать ее в зонах отдыха и на курортах.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ УТИЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ВОЗОБНОВЛЯЮЩИХСЯ ИСТОЧНИКОВ (ВАРИАНТЫ) И МОДУЛЬ ЭНЕРГОСТАНЦИИ МОЩНОСТЬЮ ДО МЕГАВАТТ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1999 |
|
RU2150021C1 |
| ВЕТРОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ РОТОРОМ | 2004 |
|
RU2358148C2 |
| ВЕТРОЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОР | 2006 |
|
RU2335656C1 |
| РОТОРНО-ВЕТРОВАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА | 2005 |
|
RU2295058C2 |
| ПАРУСНАЯ ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ВЕТРОСИЛОВАЯ ТУРБИНА | 2015 |
|
RU2631587C2 |
| СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АРХИТЕКТУРНЫХ СООРУЖЕНИЙ | 2009 |
|
RU2459975C2 |
| ВЕРТИКАЛЬНО-ОСЕВАЯ ВЕТРОВАЯ И ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ТУРБИНА С РЕГУЛИРОВАНИЕМ ПОТОКА | 2013 |
|
RU2645187C2 |
| ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ | 2004 |
|
RU2269674C2 |
| НИЗКОНАПОРНАЯ ОРТОГОНАЛЬНАЯ ТУРБИНА | 2009 |
|
RU2391554C1 |
| ВЕТРОДВИГАТЕЛЬ | 2011 |
|
RU2497021C2 |
Группа изобретений относится к ветровой и гидродинамической энергетике. Способ использования энергии потока среды включает размещение в потоке многолопастного либо многолопаточного ротора, связанного с потребителем его вращающего момента, а также размещение вокруг ротора дефлекторов, отклоняющих поток среды с образованием касательной составляющей вектора его скорости к внешней окружности, описываемой лопатками ротора при его вращении. Дефлектор выполняют в виде объемной конструкции, которым может являться здание, либо строение, либо сооружение, либо рубка судна. Объемный дефлектор размещают рядом с ротором и выполняют таким образом, чтобы его наружные стены либо его наружные поверхности содержали со стороны ротора в плоскости, перпендикулярной ротору, сечение, содержащее две сходящиеся в острый угол линии, при этом указанный объемный дефлектор ориентируют по отношению к ротору таким образом, чтобы точка пересечения указанных линий либо точка пересечения продолжений указанных линий находилась не далее 0,6 радиуса ротора от внешней окружности, описываемой лопатками ротора при его вращении, и, кроме того, указанный объемный дефлектор ориентируют по отношению к ротору таким образом, чтобы отклонять и формировать поток набегающей движущейся среды с образованием отличной от нуля касательной составляющей вектора скорости потока к указанной окружности, описываемой лопатками ротора при его вращении. Использование изобретения позволит повысить эффективность получения энергии. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 13 ил.
| US 4047834 А, 13.09.1977 | |||
| RU 94010773 А1, 20.06.1996 | |||
| ВЕТРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ | 2005 |
|
RU2285147C1 |
| JP 2002276532 А, 25.09.2002 | |||
| WO 2006059062 А1, 08.06.2006. | |||
