Устройство получения электроэнергии Российский патент 2018 года по МПК H02S10/30 

Изобретение относится к области энергетики.

В последнее время предпринимаются попытки повышения эффективности использования энергии ветра, солнечной энергии и более рационального использования попутной тепловой энергии. Относительно энергии ветра исследования ведутся в направлении создания более компактных устройств с высоким коэффициентом полезного действия. Также исследуются возможности создания комбинированных систем, где комбинируются силы разного рода. В частности, известно такое техническое решение как [Получение радиантной энергии. allpowr.su/ru/30. Пол Клинт; БрюсА. Перрот. 23.11.2015 г.], содержащее блок статической электризации, блок пассивного съема статического заряда, блок стабилизации и аккумуляции. Устройство работает следующим образом. В блоке статической электризации на основе эффекта «электрета» осуществляется аккумуляция статического заряда путем трансформации энергии ветра в статическое электричество. В блоке пассивного съема статического заряда осуществляется пробой электрической свечи по мере накопления определенной разности потенциалов и возникновения в электрической цепи импульса тока. В блоке стабилизации и аккумуляции осуществляется преобразование импульсного тока в постоянный ток и заряд аккумулятора. Недостатком данного устройства является сильная зависимость от погодных условий и сложности в обеспечении требуемых параметров напряжения и тока в цепи заряда аккумулятора.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому устройству является техническое решение, изложенное в изобретении [Патент на изобретение RU №2446362 от 23.02.2010 г., Малютин Н.В., Межлумов Г.М. «Способ и устройство получения электроэнергии»], содержащее накопитель-радиатор нагрева воздушных масс, воздуховод и турбогенератор электрического тока, накопитель-радиатор нагрева воздушных масс содержит нагревательные элементы, а устройство также содержит первый тепловой солнечный коллектор, радиатор охлаждения воздушных масс, блок солнечных фотоэлектрических батарей, аккумулятор электроэнергии, электроконвертор, блок управления, второй тепловой солнечный коллектор, конвертор-охладитель воздушных масс, при этом выход первого теплового солнечного коллектора соединен с первым входом накопителя-радиатора нагрева воздушных масс, выход которого соединен с первым входом воздуховода, воздуховод образован блоком солнечных фотоэлектрических батарей, выход которого соединен с первым входом аккумулятора электроэнергии, выход которого соединен с первым входом электроконвертора, а выход воздуховода соединен с первым входом радиатора охлаждения воздушных масс, выход которого соединен с первым входом турбогенератора, первый выход которого является первым выходом устройства, а второй вход турбогенератора соединен с выходом блока управления, выход которого также соединен с входом первого теплового солнечного коллектора, вторым входом накопителя-радиатора нагрева воздушных масс, вторым входом воздуховода, входом блока солнечных фотоэлектрических батарей, вторым входом аккумулятора электроэнергии, вторым входом второго теплового солнечного коллектора, вторым входом конвертора-охладителя воздушных масс, вторым входом радиатора охлаждения воздушных масс, вторым входом электроконвертора, первый выход которого соединен с третьим входом накопителя-радиатора нагрева воздушных масс, первым входом второго теплового солнечного коллектора, третьим входом радиатора охлаждения воздушных масс, четвертый вход которого соединен с выходом конвертора-охладителя воздушных масс, первый вход которого соединен с выходом второго теплового солнечного коллектора, а второй выход электроконвертора является вторым выходом устройства, третьим выходом устройства является второй выход турбогенератора, а входом устройства является четвертый вход накопителя-радиатора нагрева воздушных масс.

Устройство работает следующим образом. Воздуховод предполагается располагать на склоне гор, где с изменением высоты также происходит изменение температуры и давления воздуха. В воздуховоде воздушные массы будут перемещаться из области более теплой и более высокого давления в область более низкой температуры и низкого давления и таким образом будет возникать тяга, пропорциональная разности температур и давлений на концах воздуховода. Воздушные массы самотеком поступают в накопитель-радиатор нагрева воздушных масс. В накопителе-радиаторе нагрева воздушных масс воздушные массы нагреваются теплом нагревательных элементов и теплоносителем первого теплового солнечного коллектора. В первом тепловом солнечном коллекторе осуществляется нагрев теплоносителя, который поступает в накопитель-радиатор нагрева воздушных масс. Нагретые воздушные массы также самотеком из накопителя-радиатора нагрева воздушных масс поступают в воздуховод. В воздуховоде потенциальная тепловая энергия воздушных масс трансформируется в кинетическую энергию воздушных масс за счет возникающей тяги. В процессе движения теплого воздуха по воздуховоду осуществляется его естественное остывание, и на определенной высоте температура воздуха в воздуховоде и вне его становится примерно равной и ускорение воздушных масс в воздуховоде завершается. В этом случае дополнительно используется искусственно создаваемый дисбаланс сил за счет силы гравитации Земли. Для этого воздушные массы охлаждаются в радиаторе охлаждения воздушных масс, в котором циркулирует охладитель, поступающий из конвертора-охладителя воздушных масс, который получает энергопитание от второго теплового солнечного коллектора. При этом воздуховод и соответственно поток воздушных масс направляется вниз с уменьшением высоты. В воздуховоде воздушные массы охлаждаются радиатором охлаждения воздушных масс. При охлаждении воздух уплотняется, становится более тяжелым относительно разреженного воздуха окружающей среды. Холодные воздушные массы путем изменения направления воздуховода направляют вниз, куда они устремляются под действием накопленной кинетической энергии и дисбаланса сил за счет силы гравитации Земли. За собой за счет сжатия охлажденная воздушная масса создает разрежение давления, куда устремляется следом идущий по воздуховоду восходящий поток воздуха. Кроме увеличения кинетической энергии воздушных масс этот механизм также позволяет организовать самоподдерживающийся процесс в условиях даже малых разностей температурных потенциалов (например, за счет естественного перепада давления и температуры по высоте). В радиаторе охлаждения воздушных масс циркулирует охладитель, поступающий из конвертора-охладителя воздушных масс. Энергопитание конвертор-охладитель воздушных масс получает от второго теплового солнечного коллектора. Внешняя сторона воздуховода представляет собой блок солнечных фотоэлектрических батарей. Это позволяет, с одной стороны, осуществить температурную изоляцию воздуховода, а с другой стороны, позволяет получать дополнительно электроэнергию и механически укрепляет воздуховод. Энергия блока солнечных фотоэлектрических батарей используется также для управления и регулирования параметров процесса и устройства с помощью блока управления, который также предназначен для измерения и контроля основных параметров устройства и процесса. Электроэнергия с блока солнечных фотоэлектрических батарей поступает на аккумулятор электроэнергии, а с него на электроконвертор. С выхода электроконвертора электроэнергия поступает потребителям электроэнергии. На выходе воздуховода и соответственно радиатора охлаждения воздушных масс поток воздушных масс поступает в турбогенератор электрического тока. Кинетическая энергия воздушных масс преобразуется в электроэнергию и поступает с выхода турбогенератора электрического тока к потребителям. С первого выхода турбогенератора электрического тока выходит отработанный воздух. Недостатком данного устройства является необходимость промежуточных звеньев трансформации энергии перемещения воздушных масс в электрическую энергию, что снижает эффективность устройства. А именно, необходимо энергию движения воздушных масс преобразовать во вращательное движение турбины и ротора электрогенератора, при этом необходимо согласовывать скорость вращения турбины с сопротивлением, вызванным нагрузкой в электрической цепи электрогенератора, что ведет к необходимости наличия переменного коэффициента механической передачи и соответственно усложнению системы оптимизации трансформации энергии перемещения воздушных масс в электроэнергию.

Целью изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и решение задачи на осуществление возможности экологически чистого получения электроэнергии в условиях комплексного и системного сочетания солнечной световой и тепловой энергии и сил, связанных с перепадом температуры и давления воздуха в зависимости от высоты, более полное и эффективное использование солнечной потенциальной энергии и кинетической энергии перемещения воздушных масс для получения электроэнергии, повышение ее мощности и создание условий для обеспечения оптимизации и устойчивости процесса энерготрансформаций.

Для реализации поставленной цели предлагается устройство, содержащее первый тепловой солнечный коллектор, радиатор охлаждения воздушных масс, блок солнечных фотоэлектрических батарей, аккумулятор электроэнергии, электроконвертор, блок управления, второй тепловой солнечный коллектор, конвертор-охладитель воздушных масс, накопитель-радиатор нагрева воздушных масс, содержащий нагревательные элементы, при этом выход первого теплового солнечного коллектора соединен с первым входом накопителя-радиатора нагрева воздушных масс, выход которого соединен с первым входом воздуховода, воздуховод образован блоком солнечных фотоэлектрических батарей, выход которого соединен с первым входом аккумулятора электроэнергии, выход которого соединен с первым входом электроконвертора, выход блока управления соединен с входом первого теплового солнечного коллектора, вторым входом накопителя-радиатора нагрева воздушных масс, вторым входом воздуховода, входом блока солнечных фотоэлектрических батарей, вторым входом аккумулятора электроэнергии, вторым входом второго теплового солнечного коллектора, вторым входом конвертора-охладителя воздушных масс, вторым входом радиатора охлаждения воздушных масс, вторым входом электроконвертора, первый выход которого соединен с третьим входом накопителя-радиатора нагрева воздушных масс, первым входом второго теплового солнечного коллектора, третьим входом радиатора охлаждения воздушных масс, четвертый вход которого соединен с выходом конвертора-охладителя воздушных масс, первый вход которого соединен с выходом второго теплового солнечного коллектора, а второй выход электроконвертора является вторым выходом устройства, а входом устройства является четвертый вход накопителя-радиатора воздушных масс, отличающееся тем, что дополнительно введены блок статической электризации, блок принудительного съема статического электричества, блок стабилизации напряжения, при этом выход воздуховода соединен с первым входом блока статической электризации, второй вход которого соединен с выходом блока управления, первый выход соединен с первым входом блока принудительного съема статического электричества, а второй выход блока статической электризации соединен с первым входом радиатора охлаждения воздушных масс, второй вход блока принудительного съема статического электричества соединен с выходом блока управления, а выход соединен с входом блока стабилизации напряжения, выход которого является первым выходом устройства, а выход радиатора охлаждения воздушных масс является вторым выходом устройства.

На чертеже представлены составляющие элементы предлагаемого устройства.

Устройство получения электроэнергии содержит накопитель-радиатор нагрева воздушных масс 1, воздуховод 2, блок статической электризации 3, нагревательные элементы 4, первый 5 тепловой солнечный коллектор, радиатор охлаждения воздушных масс 6, блок солнечных фотоэлектрических батарей 7, аккумулятор электроэнергии 8, электроконвертор 9, блок управления 10, второй 11 тепловой солнечный коллектор, конвертор-охладитель воздушных масс 12, блок принудительного съема статического электричества 13, блок стабилизации напряжения 14.

Устройство работает следующим образом. Воздуховод 2 предполагается располагать на склоне гор, где с изменением высоты также происходит изменение температуры и давления воздуха. В воздуховоде 2 воздушные массы будут перемещаться из области более теплой и более высокого давления, в область более низкой температуры и низкого давления и таким образом будет возникать тяга, пропорциональная разности температур и давлений на концах воздуховода 2. Воздушные массы самотеком поступают в накопитель-радиатор нагрева воздушных масс 1. В накопителе-радиаторе нагрева воздушных масс 1 воздушные массы нагреваются теплом нагревательных элементов 4 и теплоносителем первого 5 теплового солнечного коллектора. В первом 5 тепловом солнечном коллекторе осуществляется нагрев теплоносителя, который поступает в накопитель-радиатор нагрева воздушных масс 1. Нагретые воздушные массы также самотеком из накопителя-радиатора нагрева воздушных масс 1 поступают в воздуховод 2. В воздуховоде 2 потенциальная тепловая энергия воздушных масс трансформируется в кинетическую энергию воздушных масс за счет возникающей тяги. В процессе движения теплого воздуха по воздуховоду осуществляется его естественное остывание, и на определенной высоте температура воздуха в воздуховоде и вне него становится примерно равной и ускорение воздушных масс в воздуховоде 2 завершается. В этом случае дополнительно используется искусственно создаваемый дисбаланс сил за счет силы гравитации Земли. Для этого воздушные массы охлаждаются в радиаторе охлаждения воздушных масс 6, в котором циркулирует охладитель, поступающий из конвертора-охладителя воздушных масс 12, который получает энергопитание от второго 11 теплового солнечного коллектора. При этом воздуховод 2 и соответственно поток воздушных масс направляется вниз с уменьшением высоты. В воздуховоде 2 воздушные массы охлаждаются радиатором охлаждения воздушных масс 6. При охлаждении воздух уплотняется, становится более тяжелым относительно разреженного воздуха окружающей среды. Холодные воздушные массы путем изменения направления воздуховода направляют вниз, куда они устремляются под действием накопленной кинетической энергии и дисбаланса сил за счет силы гравитации Земли. За собой за счет сжатия охлажденная воздушная масса создает разрежение давления, куда устремляется следом идущий по воздуховоду восходящий поток воздуха. Кроме увеличения кинетической энергии воздушных масс этот механизм также позволяет организовать самоподдерживающийся процесс в условиях даже малых разностей температурных потенциалов (например, за счет естественного перепада давления и температуры по высоте). В радиаторе охлаждения воздушных масс 6 циркулирует охладитель, поступающий из конвертора-охладителя воздушных масс 12. Энергопитание конвертор-охладитель воздушных масс 12 получает от второго 11 теплового солнечного коллектора. Внешняя сторона воздуховода 2 представляет собой блок солнечных фотоэлектрических батарей 7. Это позволяет, с одной стороны, осуществить температурную изоляцию воздуховода 2, а с другой стороны, позволяет получать дополнительно электроэнергию и механически укрепляет воздуховод. Энергия блока солнечных фотоэлектрических батарей 7 используется также для управления и регулирования параметров процесса и устройства с помощью блока управления 10, который также предназначен для измерения и контроля основных параметров устройства и процесса. Электроэнергия с блока солнечных фотоэлектрических батарей 7 поступает на аккумулятор электроэнергии 8, а с него на электроконвертор 9. С выхода электроконвертора 9 электроэнергия поступает потребителям электроэнергии. Между воздуховодом 2 и радиатором охлаждения воздушных масс 6 воздушные массы поступают в блок статической электризации 3, где на основе механизмов и эффектов образования статического электричества энергия воздушного потока непосредственно преобразуется электростатический заряд. Данный заряд принудительно снимается через определенные промежутки времени в блоке принудительного съема статического электричества 13, далее импульсы тока поступают в блок стабилизации напряжения 14, где осуществляется преобразование в постоянный ток. С выхода блока стабилизации напряжения 14 электроэнергия поступает к потребителям электроэнергии. Таким образом, сведено к минимуму количество механических промежуточных звеньев трансформации кинетической энергии воздушного потока в электроэнергию, что приводит к повышению эффективности и упрощению энерготрансформаций.

Изобретение направлено на получение электроэнергии экологически чистым способом в условиях комплексного и системного сочетания солнечной световой и тепловой энергии и сил, связанных с перепадом температуры и давления воздуха в зависимости от высоты, более полное и эффективное использование солнечной потенциальной энергии и кинетической энергии перемещения воздушных масс для получения электроэнергии, повышения ее мощности и создания условий для обеспечения оптимизации и устойчивости процесса энерготрансформаций на основе механизмов и эффектов образования статического электричества. Энергия воздушного потока непосредственно преобразуется в электростатический заряд. Данный заряд принудительно снимается через определенные промежутки времени. Сведено к минимуму количество механических промежуточных звеньев трансформации кинетической энергии воздушного потока в электроэнергию, что приводит к повышению эффективности и упрощению энерготрансформаций. 1 ил.

Устройство получения электроэнергии, содержащее первый тепловой солнечный коллектор, радиатор охлаждения воздушных масс, блок солнечных фотоэлектрических батарей, аккумулятор электроэнергии, электроконвертор, блок управления, второй тепловой солнечный коллектор, конвертор-охладитель воздушных масс, накопитель-радиатор нагрева воздушных масс, содержащий нагревательные элементы, при этом выход первого теплового солнечного коллектора соединен с первым входом накопителя-радиатора нагрева воздушных масс, выход которого соединен с первым входом воздуховода, воздуховод образован блоком солнечных фотоэлектрических батарей, выход которого соединен с первым входом аккумулятора электроэнергии, выход которого соединен с первым входом электроконвертора, выход блока управления соединен с входом первого теплового солнечного коллектора, вторым входом накопителя-радиатора нагрева воздушных масс, вторым входом воздуховода, входом блока солнечных фотоэлектрических батарей, вторым входом аккумулятора электроэнергии, вторым входом второго теплового солнечного коллектора, вторым входом конвертора-охладителя воздушных масс, вторым входом радиатора охлаждения воздушных масс, вторым входом электроконвертора, первый выход которого соединен с третьим входом накопителя-радиатора нагрева воздушных масс, первым входом второго теплового солнечного коллектора, третьим входом радиатора охлаждения воздушных масс, четвертый вход которого соединен с выходом конвертора-охладителя воздушных масс, первый вход которого соединен с выходом второго теплового солнечного коллектора, а второй выход электроконвертора является вторым выходом устройства, а входом устройства является четвертый вход накопителя-радиатора воздушных масс, отличающееся тем, что дополнительно введены блок статической электризации, блок принудительного съема статического электричества, блок стабилизации напряжения, при этом выход воздуховода соединен с первым входом блока статической электризации, второй вход которого соединен с выходом блока управления, первый выход соединен с первым входом блока принудительного съема статического электричества, а второй выход блока статической электризации соединен с первым входом радиатора охлаждения воздушных масс, второй вход блока принудительного съема статического электричества соединен с выходом блока управления, а выход соединен с входом блока стабилизации напряжения, выход которого является первым выходом устройства, а выход радиатора охлаждения воздушных масс является вторым выходом устройства.