Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2169859

ПЕРСОНАЛЬНАЯ ВИХРЕВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Имя изобретателя: Соловьев Александр Алексеевич; Павловский Константин Петрович 
Имя патентообладателя: Соловьев Александр Алексеевич; Павловский Константин Петрович
Адрес для переписки: 107589, Москва, ул. Хабаровская, 22, корп.2, кв.180, А.А.Соловьеву
Дата начала действия патента: 1999.04.02 

Установка предназначена для получения энергии из воздушных потоков. Установка содержит многоярусные солнечные коллекторы парникового типа с боковыми (тангенциальными) завихрителями-направляющими и вертикальную выходную трубу с электрическим генератором. Изобретение обеспечивает повышение производительности при преобразовании солнечной энергии в энергию вихревых воздушных масс.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к установкам для получения механической или электрической энергии из потоков воздуха, в частности к установкам с искусственным источником вихревого течения, формирующегося под воздействием тепловой составляющей солнечной радиации. С помощью данных установок можно производить электрическую энергию в районах с солнечным излучением, в которых отсутствует возможность персонального энергообеспечения в бытовых целях традиционными способами (дизельные электростанции, малые гидроэлектростанции, ветроэнергетика, фотоэлектричество и т.п.).

Известна установка для получения электроэнергии из конвективных потоков воздуха, выполненная в виде наземного солнечного коллектора с вертикальной трубой и турбиной для преобразования кинетической энергии восходящего потока в электрическую энергию [1]. Коллектор с трубой предназначен для концентрирования парниковых потоков воздуха, собираемых с большой площади. Поток, формируемый при нагреве солнцем воздуха внутри коллектора, создается за счет горизонтальной разности температур внутри и вне коллектора. Воздушные массы благодаря вертикальному градиенту давления перемещаются в направлении трубы, стоящей в центре коллектора. На пути движущейся массы воздуха в трубе устанавливается турбина, ротор которой при взаимодействии с потоком приходит во вращение в магнитном поле статора, благодаря чему в обмотках якоря создается электрическое напряжение. Таким образом, с помощью данной установки осуществляется преобразование солнечной энергии в энергию потока и затем в электрическую энергию.

Недостатком данной установки является относительно крупные размеры и, следовательно, большие занимаемые площади. Для получения интенсивных свободно-конвективных течений, которые способны создать скорости, устойчиво вращающие турбину с производительностью 20 Вт с 1 м, необходимо аккумулировать солнечную энергию в среднем с площади не менее 200 м². В такой установке, по сравнению с ветровыми электростанциями, не удается достичь существенного повышения КПД преобразования солнечной энергии в энергию гидромеханического движения и в электричество. Рост значений КПД может быть получен за счет нарастания перепада температур между солнечным коллектором и окружающей атмосферой, при увеличении высоты трубы или расширении площади, занятой коллектором, что технически трудно достижимо для наиболее мощных энергоустановок.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка для получения электрической энергии из вращающихся конвективных течений, содержащая наземный солнечный коллектор с тангенциальными направляющими по его периферии, выходную трубу, установленную в его центре, и турбину для преобразования кинетической энергии потока в электрическую энергию [2]. За счет разности температур, которая создается при нагреве воздуха в коллекторе солнечным излучением, формируется градиент давления, направляющий в коллектор массы воздуха, находящиеся в окружающей коллектор среде. Воздух, который входит в коллектор, а затем в выходную трубу с помощью тангенциальных направляющих, приобретает угловой момент. Энергия вращающегося потока, сформированного под действием солнечной радиации, далее преобразуется в электрическую.

Недостатком данной установки, несмотря на создание вращения, дополнительного к прямоточному потоку, является низкая эффективность преобразования солнечной энергии в механическую энергию, что обусловлено следующими причинами. Выходная труба содержит ряд препятствий, создающих гидродинамическое сопротивление восходящему потоку воздуха, таких как осушители воздуха, форсунки для сжигания топлива, нижние вентиляторы. Поток в выходной трубе является вращающимся, но не вихревым. Для такого течения не выполняется условие rot ( - скорость), и его скорость близка к скорости прямоточных свободно-конвективных течений. Эффективность преобразования солнечной энергии в механическую для вращающегося безвихревого потока, в котором только перераспределяется удельный вес составляющих скорости, остается такой же, что и в случае прямоточного потока.

Задачей изобретения является повышение энергоотдачи процесса преобразования солнечной энергии в кинетическую энергию воздушного потока. Технический результат достигается тем, что установка для преобразования солнечной энергии в механическую или электрическую энергию, содержащая пропускающий солнечное излучение наземный коллектор с тангенциальными направляющими, соединенный с вертикальной выходной трубой, и ветровое колесо, связанное с ротором турбины электрического генератора, снабжена дополнительным солнечным коллектором верхнего яруса меньшей площади с установленными на его периферии тангенциальными направляющими.

	Положительный эффект возникает, во-первых, за счет создания добавочного углового момента воздушных масс, поступающих в выходную трубу, и, во-вторых, вследствие формирования в наземном солнечном коллекторе зоны горизонтального сдвига температуры и скорости. На границе области резких изменений скорости происходит развитие гидродинамических неустойчивостей, которые являются источником вихревого движения вращающегося в выходной трубе потока. Концентрируемое в выходной трубе вихревое течение обладает всеми признаками природного смерча. Радиальный профиль скорости характеризуется вторым дополнительным максимумом (фиг. 1) на периферии вблизи стенки выходной трубы. В кольцевой зоне микросмерча образуется система вторичных вихревых нитей высокой интенсивности (фиг. 2). Скорость воздушного потока через турбину усиливается пропорционально числу, угловой скорости и размерам вторичных вихрей. На фиг. 3 приведена схема персональной вихревой энергетической установки. Она содержит соосные солнечные коллекторы нижнего (наземный) 1 и верхнего (дополнительный) 2 яруса, выходную трубу 3, установленную в центре верхнего коллектора, тангенциальные направляющие коллекторов 4, ветровое колесо 5, электрический генератор 6. Верхние поверхности коллекторов 9 пропускают солнечную радиацию 7, а нижние 8 непрозрачны для прохождения солнечного излучения.

Установка работает следующим образом. Под действием солнечного излучения температура воздуха в коллекторах из-за парникового эффекта превышает температуру окружающей среды. Горизонтальная разность температур создает уменьшающийся внутрь перепад давления, благодаря которому наружный воздух через наземный и дополнительный коллекторы перемещается к выходной трубе. Воздушные массы, прошедшие тангенциальные направляющие дополнительного коллектора, поступая в выходную трубу, увеличивают созданный потоком через наземный коллектор угловой момент и усиливают общий расход и скорость воздуха в выходной трубе. В наземном коллекторе его центральная часть перекрыта для прохождения инфракрасной составляющей солнечного излучения. Поэтому в нем образуется область горизонтальной температурной неоднородности, которая является еще одним источником роста скорости течения в выходной трубе. При переходе от центральной затемненной и потому более холодной зоны к освещаемой теплой кольцевой области формируется слой скачка температуры. Спирально двигающиеся в коллекторе воздушные массы, попадая в зону скачка, приобретают сдвиг скорости, на котором из-за гидродинамической неустойчивости формируются вторичные вихри. Они совершают переносное вращение вокруг оси коллектора и благодаря вертикальному градиенту давления и эффекту плавучести затягиваются внутрь трубы. В трубе формируется микросмерч, представляющий собой квазитвердое центральное вращение и периферийное вихревое течение в кольце вблизи стенок выходной трубы. Кольцевое вихревое течение, состоящее из системы интенсивных вторичных вихрей при их взаимодействии с ветровым колесом, усиливает его вращение, которое передается на ротор турбины генератора электрического тока.

Допускается исполнение установки в малом масштабе для персонального использования с применением системы сборно-разборных конструкций. Конструкция солнечного коллектора может, например, иметь вид круговых сегментов, стыкующихся друг с другом. Установка персонального пользования в собранном виде помещается в обычный переносной чемоданчик.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Шекриладзе И.Г. Солнечный ветер. - М.: Энергия, 1988, N 6, c. 12, 13.

2. GB 2081390 A, кл. F 03 G 7/04, 17. 02. 1982.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Персональная вихревая энергетическая установка, содержащая наземный солнечный коллектор с тангенциальными направляющими, размещенными по периферии коллектора, выходную трубу, установленную вертикально в центре коллектора, и турбину для преобразования кинетической энергии потока в механическую или электрическую энергию, отличающаяся тем, что она снабжена дополнительным, имеющим меньшие поперечные размеры, солнечным коллектором верхнего яруса с тангенциальными направляющими по периферии коллектора, соединенным соосно с выходной трубой и наземным коллектором.

Версия для печати
Дата публикации 13.02.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов