початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2265161

СПОСІБ ПЕРЕТВОРЕННЯ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

Ім'я винахідника: Чабанов О.І. (RU); Соболєв В.М. (RU); Соловйов А.А. (RU); Чабанов В.А. (RU); Севастьянов В.П. (RU); Чепасов А.А. (RU); Чабанов Д.А. (RU); Жигайло В.Н. (RU); Воронков А.А. (RU); Воронов Ю.П. (RU); Отмахов Л.Ф. (RU); Гуня М.А. (RU); Косів Ю.М.
Ім'я патентовласника: Чабанов Алім Іванович (RU); Севастьянов Володимир Петрович
Адреса для листування: 630099, Новосибірськ, вул. Каменська, 56/1, кв.2, В.П. Севастьянову
Дата початку дії патенту: 2002.09.12

Винахід відноситься до області створення енергоустановок на основі використання сонячної енергії. Спосіб заснований на перетворенні і акумулюванні сонячної енергії з отриманням теплової енергії, за допомогою якої створюється обертальний рух повітря в сонячному колекторі, де для цього утворюються повітряні канали, розташовані паралельно одна відносно одної і з'єднані послідовно щодо руху енергонасищающегося повітряного потоку. У кожному з таких каналів встановлюється група локальних похилих поверхонь, на які надходить сонячна радіація через світлопроникний теплоізоляційний матеріал і до яких одночасно підводяться керовані теплові потоки технологічного робочого тіла, що надходить від перетворювачів і акумуляторів сонячної енергії різного виду і потенційного рівня. В результаті цього в сонячному колекторі і освічених в ньому повітряних каналах створюються температурні неоднорідності, які призводять до стійких обертовим повітряним потокам як уздовж повітряних каналів, так і в їх поперечних перетинах і в приповерхневих зонах, з утворенням турбулентних, вихрових рухів. Винахід має забезпечити виробництво електроенергії великої потужності.

ОПИС ВИНАХОДИ

Справжнє пропоноване винахід відноситься до області створення енергоустановок на основі використання сонячної енергії.

Відомий спосіб перетворення енергії сонячних променів і природного вітру, як одного з конкретних проявів сонячної енергії в навколишньому середовищі, в електричну енергію, заснований на використанні принципу поглинання сонячних променів зачерненной поверхнею, нагріву контактує з нею повітря і направлення його до воздухоотводящие трубу через вітротурбіну, зчленовану з електрогененератором [см. А.С. СРСР 1416745 "Енергетична установка", F 03 D 9/00, опубліковане 15.08.88].

Недоліком даного способу є низька ефективність використання принципів і конструктивних рішень, за допомогою яких він реалізується. В даному технічному рішенні створюється практично ламинарное прямолінійний рух робочого тіла - повітря в вітротурбіну з навколишнього середовища через геліопреобразующее простір, що містить зачерненого нижню поверхню і світлопроникний теплоизолирующее верхнє покриття. Такий режим руху повітряного потоку не дозволяє отримати значне енергетичне його насичення до входу в вітротурбіну і надати йому характеристики, добре сполучаються з процесом перетворення енергії повітряного потоку в механічну енергію обертового руху вітротурбіни.

Відомий спосіб перетворення сонячної енергії, викладений у французькій заявці "Колектор сонячної енергії підвищеної ефективності" [см. Patent France №2698682, F 24 J 2/16, 2/20, 2/48, опублікований 03.06.94], який використовує поглинання сонячних променів зачерненной поверхнею, нагрівання повітря, яка має контакт з гарячою поверхнею з повітропроникного геліопоглощающего матеріалу, і його подальше переміщення через вітротурбіну. Дане технічне рішення в своєму конструктивному виконанні більш ефективно, ніж попереднє, в зв'язку з важливим застосуванням повітропроникного геліопоглощающего матеріалу. Однак і в даному випадку обмежена використовуються як принципи інтенсифікації рухомого повітряного потоку, так і потенційні можливості повітропроникного матеріалу для посилення динамічних характеристик рухомого Потік повітря.

Найбільш відомим пристроєм перетворення сонячної енергії в електричну енергію, широко дискутованих в літературі, є електростанція "Solar Chimney", введена в експлуатацію до 1990 року поблизу до міста Манзанарес в Іспанії, яку називають в російській термінології "Сонячним каміном" [див., Наприклад, Лисов В.Ф. "Аеротурбінні електростанції", "Енергія", 1991 р, №6]. Незважаючи на значні розміри сонячного колектора (діаметр 245 м, висота 1,85 м) і воздухоотводящие труби (діаметр 10 м і висота 195 м) досягнута потужність установки склала всього лише 36 кВт. На підставі отриманих результатів в переважній більшості наукових і інженерних оцінок робиться висновок про неефективність способу перетворення сонячної радіації за допомогою використання конвекції нагрівається ветропотока, що зазнає постійного термодинамічно рівноважних станів.

Обгрунтування такого негативного висновку з посиланням на закони рівноважної термодинаміки неспроможні. По-перше, в даному технічному рішенні є конструктивні недоліки, пов'язані зі слабкістю конструкції сонячного колектора, в якому не використаний ряд процесів, які забезпечують зростання енерговіддачі, в тому числі повітрепроникна геліопоглощающая поверхню, кошти пароутворення, наприклад із застосуванням культивованих рослин і водних резервуарів, здатних дати додатковий економічний ефект в рамках тепличного комплексу поряд з підвищенням інтенсивності енергетичного насичення повітряного потоку. Крім того, підхід до конструктивного виконання воздухоотводящие труби виявився консервативним, що призводить до вельми високою її вартості поряд з цілим рядом інших конструктивних недоліків. По-друге, в даному технічному рішенні і не здійснені принципи вихреобразования, які дозволяють домогтися нарощування швидкості обертального руху повітря перед входом його в воздухоотводящие трубу, що цілком доступно для здійснення, маючи на увазі масштабні кругові форми сонячного колектора. Крім того, не використано можливості цілеспрямованого створення термічної неоднорідності приземної геліопоглощающей поверхні, за рахунок чого повітряний потік набуває енергосодержащіе вихрові структури, здатні посилювати перебіг.

Принцип можливого застосування турбулентної генерації енергії обертовими вихровими рухами повітря, що виникають при парниковому сонячному нагріванні приземного шару, відомий з теоретичних розробок і окремих спроб їх практичної реалізації [див., Наприклад: Соловйов А.А., Солодухин А.Д. "Конвективний вихор-перетворювач сонячної енергії." Изв. АН БРСР, сер. фіз. енерг. наук, 1989, №1]. Теоретичні дослідження показують, що мають місце значні можливості для нарощування ефективності перетворення сонячної енергії в механічну, якщо успішно створюються певні умови для управління турбулентністю Потік повітря як робочого тіла в процесі перетворення інфрачервоної складової сонячної енергії.

Проект великомасштабної гравітаційно-теплової електростанції запропонований В.В. Кушина [див., Наприклад: Кушин В.В. "Смерчі" М .: Вища школа, 1993 р]. Однак ця пропозиція носить, перш за все, теоретичний характер, оскільки не викладає способу реалізації, придатного для реальних інженерних і економічних умов.

З урахуванням викладеного та розроблених теоретично принципів в області вихреобразования в енергетичних повітряних потоках найбільш близьким технічним рішенням до запропонованого відповідно до винаходу є геліоаеродінаміческая електростанція зі штучною генерацією обертового течії [см. Pommer LA "Power Generator Utilizing Elevation-Temprature Differential". Патент США 4187686, МКИ F 03 G 7/04, опубл. в 1977 р]. В основі її знаходиться вертикально розташований циліндр, замкнутий зверху і знизу. У циліндрі-трубі згідно із зазначеним прототипу виникають обертові потоки висхідного теплого повітря і спадного холодного. Хоча вихрові потоки набувають енергетичний потенціал значної величини, висновок нагрітого вихрового Потік повітря з замкнутої труби через відповідні канали пов'язаний з великими втратами його кінетичної енергії. І це є, поряд з іншими недоліками, найголовнішим недоліком названого прототипу.

Тому завданням даної технічної рішення згідно пропонованого винаходу є створення способу перетворення сонячної енергії на основі просторово-часової локалізації термодинамічно нерівноважних станів текучого середовища, що приводить до посилення вихрового руху повітряного середовища з досягненням після серії послідовної багатоступінчастої когерентної термічної накачування потоку його високу кінетичну енергії на вході в вітротурбіну з напрямком руху у внутрішню порожнину вітротурбіни під кутом, близьким до прямого, щодо ветропрінімающіх поверхонь лопатей, що забезпечує перехід кінетичної енергії повітряного потоку в механічну енергію обертового руху вітротурбіни з мінімальними втратами. При цьому в створюваному способі повинно бути знайдено технічне рішення, при якому повітряний потік в процесі накопичення в ньому кінетичної енергії міг би перебувати під тепловим інтенсивним впливом протягом досить тривалого часу до входу в вітротурбіну, що практично не реалізовується при вертикальному розташуванні труби, в якій відбувається процес накопичення його кінетичної енергії згідно з названим прототипу.

В запропонованому способі відповідно до винаходу перераховані завдання знайшли свій варіант вирішення.

Технічним результатом пропонованого винаходу є підвищення коефіцієнта корисної дії перетворення енергії сонячних променів в механічну енергію, підвищення економічної ефективності та досягнення значних потужностей промислових геліоенергетичних установок.

Важливим технічним результатом пропонованого винаходу, що створює техніко-економічні умови для забезпечення широкого будівництва подібних геліоенергокомплексов в державних масштабах, є зниження величини капітальних витрат на одиницю потужності в порівнянні зі стандартними ТЕЦ, ГЕС і АЕС, забезпечення можливості використання протяжних по площі сонячних колекторів для вирощування культивованих рослин в тепличних середовищах з утилізацією теплових втрат, що виникають в суміжних технологічних процесах, а й вирішення проблеми зниження шумового впливу геліоенергетичних комплексів на навколишнє середовище.

Зазначений технічний результат при здійсненні винаходу досягається тим, що відносно відомих способів перетворення сонячної енергії в механічну енергію, заснованих на поглинанні сонячного проміння зачорненими поверхнями твердих і рідких тіл, відокремлених від навколишнього простору світлопроникним теплоізоляційним матеріалом і шаром повітря, що знаходиться між останнім і названими геліопоглощающімі поверхнями , який з'єднаний з навколишнім простором через повітрозабірні засоби, в зв'язку з чим ділянки вказаного повітряного шару нагріваються і завдяки конвективному процесу, прояв якого посилюється на локальних технологічних ділянках засобами вихреобразования в ньому, виникає спрямований повітряний потік від повітрозабірних коштів через вітротурбіну і воздухоотводящие трубу, що дозволяє виробляти вироблення механічної енергії обертального руху в вітротурбін, є відмінності в тому, що за допомогою теплової енергії, що утворилася при локальному многоступенчатом термічному перетворенні сонячних променів, призводять в безперервне прискорене обертання названий шар повітря, охоплений світлопроникним теплоізоляційним матеріалом, навколо вертикальної осі завдяки освіті в ньому технологічно послідовних горизонтальних повітряних кільцевих каналів тороидальной форми, відповідних енергетично активним воздуховодам нескінченної довжини, причому протягом кожного обороту повітряного шару в його послідовних складових ділянках кільцевої форми за допомогою періодичного імпульсного теплового впливу, з розрахунковою формою і скважностью останнього, виробляють її розвиток і енергії обертального руху з цільовим освітою стійких супутніх процесів вихреобразования, наприклад, за допомогою розміщення в просторі його обертання похилих ветронаправляющіх поверхонь, що знаходяться під керованим тепловим впливом і розташованих на фіксованих відстанях один від одного, які визначені умовами вихреобразования, з використанням додаткових ветронаправляющіх поверхонь, виконують, зокрема , функції локальних ветропотолков, при цьому від утвореного обертового вихрового Потік повітря забирають протягом кожного обороту навколо вертикальної осі частина його заповнюваної обсягу і накопиченої енергії і направляють у вхідні порожнину вітротурбіни під кутом, близьким до прямого, на ветропріемние поверхні її лопатей за допомогою сполучають аеродинамічних пристроїв , а далі зі збереженням принципу вихрового руху повітряного потоку - в воздухоотводящие тягову трубу, при цьому керується температурний вплив на похилі ветронаправляющіе поверхні, що забезпечують генерацію штучного обертового віхресодержащего ветропотока, здійснюють частково за рахунок прямої сонячної радіації, що надходить через світлопроникний теплоізоляційний матеріал, а частково - за рахунок підведення до них потоків нагрітого робочого тіла від теплових акумуляторів сонячної енергії, де використовуються різні принципи перетворення сонячних променів, накопичення і виділення їх енергії, причому перетворення раніше накопиченої сонячної енергії в температурні потоки робочого тіла здійснюють за межами названого світлопроникний теплоизолирующего матеріалу.

Таке технічне рішення згідно пропонованого винаходу дозволяє повітря або приземний природний вітер через повітрозабірні засоби, забезпечені, наприклад, повітропроникним матеріалом з орієнтованими під відповідним кутом до радіальних напрямках сонячного колектора воздухопроводящих порами або прохідними каналами, направляти і закручувати в першому з названих послідовних складових ділянок кільцевої форми , що утворюють спільно шар повітря, укладений між геліопоглощающімі поверхнями і светопронікающім теплоізоляційним матеріалом. Далі повітряний потік, який отримав, зокрема, початкову швидкість обертання навколо осі воздухоотводящие тягової труби і вітротурбіни, надходить на похилі ветронаправляющіе поверхні, що знаходяться під керованим тепловим впливом, і набуває збільшення швидкості переважно в напрямку свого руху під кутом, щонайменше, до горизонтальної площині. За рахунок локальних ветропотолков, утворених над кожною такою похилій поверхнею, що нагрівається, або загального ветропотолка для всіх таких поверхонь, розташованих на першому із складових ділянок шару повітря кільцевої форми, відображають прискорений повітряний потік під технологічно необхідним кутом, аж до рівня підлоги. У такому випадку раніше прискорений повітряний потік надходить на наступну похилу нагрівається поверхню і так далі, роблячи ряд кругових обертів з послідовним прискоренням в повітряному кільцевому каналі, відповідному воздухопроводу нескінченної, а фактично - необхідної значної довжини, яка визначається керованим процесом обертання повітря в ньому.

Поступово наростаючий повітряний потік піднімається на верхній рівень даного повітряного кільцевого каналу, де енергосодержаніе вже істотно підвищено. З цього рівня частина обертового повітряного потоку надходить через відповідні отвори в наступний такий же канал, розташований паралельно першому на певній відстані по висоті від підлоги, де і розташовані аналогічні нагріті похилі воздухонаправляющего поверхні, а діаметр обертового Потік повітря в ньому має меншу величину, ніж в попередньому випадку. Кількість повітряного потоку з певним обсягом і енергосодержаніе, яке надходить з попереднього кільцевого каналу в наступний, регулюється відповідними автоматичними пристроями, варіанти виконання яких є предметом окремих технічних рішень.

У зв'язку з нестационарностью теплового впливу імпульсного характеру на обертовий повітряний потік в ньому виникають стійкі супутні процеси вихреобразования. Форми і розташування осей цих вихорів визначаються створеними термодинамическими характеристиками повітряного кільцевого каналу, в тому числі формами у похилих нагрітих ветронаправляющіх поверхонь і відстанню між ними. Наприклад, останні можуть виконуватися по їх довжині або в кінці їх у формі циліндрів, що містять допоміжні завихряется аеродинамічні пристосування. Орієнтація і потужність створюваних вихорів залежать від їх технологічного призначення. Одним з найбільш важливих технологічних призначень створюваних вихорів в повітряних кільцевих ділянках від повітрозабірних коштів до сполучають аеродинамічних пристроїв, розташованих перед вітротурбіни з вертикальною віссю, є створення обертання Потік повітря в площинах, перпендикулярних поверхонь повітряного кільцевого каналу. В цьому випадку прискорюється повітряний потік обертається уздовж повітряного кільцевого каналу і поперек нього, тобто одночасно в горизонтальних і вертикальних його перетинах.

У зв'язку зі створенням в повітряному шарі під світлопроникним теплоізоляційним матеріалом високошвидкісних вихрових рухів повітря і разом з тим доцільністю використання геліопоглощающіх поверхонь великих площ для тепличного вирощування культивованих рослин виникає необхідність ізоляції останніх від створюваних ветропотока, з вентиляційним провітрюванням теплою і вологою повітряного середовища теплиць за допомогою цих ветропотока . Цьому процесу сприяє технологічний підйом повітряних кільцевих каналів у міру підвищення їх температури від днища у периферії сонячного колектора до значної висоти в його центральній частині перед надходженням обертового віхресодержащего Потік повітря через сполучають аеродинамічні пристрої в вітротурбіну.

З цього випливає, що технічне рішення згідно пропонованого винаходу має й інші відмінності, крім названих вище. Зокрема, відмінність полягає і в тому, що створюють за допомогою світлопроникний теплоизолирующего матеріалу концентрично розташовані поверхні, наприклад, циліндричної форми заданої висоти, що охоплюють вісь воздухоотводящие тягової труби і вітротурбіни і щільно з'єднують їх зверху і знизу поверхні, наприклад у вигляді плоских кілець, які утворюють спільно ветронаправляющіе світлопроникні стелі, стіни і підлоги повітряних кільцевих каналів, розташованих паралельно один до одного і з наростаючою їх висотою від периферії до центру, в кожному з яких розміщені похилі ветронаправляющіе теплогенеруючі поверхні, значення температури яких задаються і регулюються створеними енергетичними потоками різної теплової інтенсивності, при цьому для отримання останніх застосовані, наприклад, автономні сонячні тепличні комплекси, покриті світлопроникним теплоізоляційним матеріалом, відкриті водойми, що містять воду з природною температурою, яка дорівнює або перевищує 4 ° с, установки для утилізації рослинних і харчових відходів, що утворюються в навколишньому середовищі, і побутових відходів як продуктів життєдіяльності в ній, при цьому виробляють послідовне, від одного кільцевого повітряного каналу до іншого, підвищення теплової інтенсивності похилих ветронаправляющіх поверхонь, в результаті чого швидкість обертового Потік повітря послідовно наростає від периферії до сполучаються аеродинамічним пристроїв, розташованим перед вітротурбін, при цьому на теплогенеруючі похилі ветронаправляющіе поверхні подають тонким шаром нагріту воду і допоміжний повітряний потік, що проходить через останню струменями малого поперечного перерізу, за допомогою чого здійснюють режим ефективного допоміжного пароутворення, що сприяє прискоренню енергетичного насичення обертового віхресодержащего повітряного потоку в створених повітряних кільцевих каналах.

Крім того, є відмінності і в тому, що сполучають аеродинамічні пристрої створюють за допомогою застосування теплогенеруючих похилих ветронаправляющіх поверхонь, плавно сполучених між собою таким чином, що їх суперпозиція утворює воздухоускоряющіе і ветронаправляющіе поверхні, наприклад у вигляді конически звужуються гвинтових аеродинамічних поверхонь, в тому числі з зменшення кута їх підйому уздовж вертикальної осі в міру наближення від останнього повітряного кільцевого каналу до вхідних порожнини вітротурбіни, причому гвинтові аеродинамічні поверхні відокремлюють від навколишнього простору за допомогою повітронепроникних теплоізолюючих конструкцій із застосуванням матеріалів і профілів, які формують внутрішні аеродинамічні поверхні за умовами мінімізації сили тертя рухомого до вітротурбін високошвидкісного обертається навколо її осі Потік повітря, при цьому зовнішнім енергетичним потокам, що підводиться до аеродинамічних гвинтовим поверхням, повідомляють максимальний потенційний рівень і доставляють до останніх дрібнодисперсні струмені гарячої води, за рахунок чого за допомогою активного пароутворення прискорюють фінішне вращательно-поступальний рух повітряного потоку і забезпечують потрапляння мікрочастинок води на ветропрінімающіе поверхні лопатей вітротурбіни, збуджуючи на них поле мікровіхрей і квазікавітаціонние процеси в них.

Для пояснення технічних рішень, які розкривають суть запропонованого винаходу, наведені такі ілюстрації.

На фіг.1 наведена принципова схема перетворення сонячної енергії в відомому класичному розумінні, яка підлягає модернізації згідно пропонованого винаходу, як вихідна база для подальших поліпшень.

На фіг.2 наведена принципова схема термодинамічної завихрення повітряного потоку, за допомогою якої досягається прискорення руху повітря, створення прискореного обертання повітряного потоку навколо осі воздухоотводящие тягової труби і вітротурбіни і вихрових потоків, що сприяють енергетичному насиченню повітряного потоку.

На фіг.3 приведена схема процесу енергетичного насичення повітряного потоку.

На фіг.4 показаний принцип передачі послідовного обертального руху Потік повітря від одного повітряного кільцевого каналу до іншого і подачі його на вхід вітротурбіни.

Спосіб здійснюється наступним чином.

Геліопоглощающая поверхню 1 (фіг.1) обтекается в сходяться радіальних напрямках через повітрозабірні засоби 2 повітряним потоком 3, що надходять з навколишнього простору у внутрішню порожнину сонячного колектора, утвореного світлопроникним теплоізоляційним матеріалом 4 і геліопоглощающей поверхнею. Внутрішня порожнина сонячного колектора містить шар повітря 3, який виконує функції робочого тіла в процесі перетворення енергії сонячних променів 5 в механічну енергію обертового руху лопатей вітротурбіни 6. Геліопоглощающая поверхню 1 може включати в себе грунтові оброблювані ділянки, резервуари з водою, темні поверхні твердих тіл, які можуть розташовуватися на різних рівнях по висоті і на різних радіальних відстанях від осі 7 воздухоотводящие тягової труби 8.

Сонячні промені 5, вступаючи на геліопоглощающіе поверхні 1 через світлопроникний теплоізоляційний матеріал 4, перетворюються в теплову енергію і нагрівають шар повітря 3. За рахунок конвективного процесу нагрітий шар повітря поступово піднімається вгору і йде через вітротурбіну 6 в верхні шари атмосфери над воздухоотводящие тягової трубою, заповнюючи свій обсяг від приземного навколишнього простору через повітрозабірні засоби 2.

Якщо геліопоглощающіе поверхні 1 виконані так, що нагрівання повітря в сонячному колекторі здійснюється досить рівномірно, то в реальних умовах сонячної радіації повітряний потік просувається через повітрозабірні засоби, внутрішню порожнину сонячного колектора і воздухоотводящие тягову трубу по законам ламінарної течії. В цьому випадку виникає тяга в воздухоотводящие трубі і атмосфері над трубою є мінімальною так само, як і швидкість повітряного радіального потоку у внутрішній порожнині сонячного колектора, тому що даний конвективний процес відрізняється інерційністю. При такій організації повітряних потоків, типовою для відомих геліоенергетичних установок, площа геліопоглощающей поверхні, розміри сонячного колектора і висота воздухоотводящие тягової труби при заданій проектній потужності геліоенергетичні установки повинні бути значно збільшені.

Якщо ж геліопоглощающая поверхню 1 виконана таким чином, що нагрівання повітря під світлопроникним теплоізоляційним матеріалом характеризується значною неоднорідністю, зі значними градієнтами температур, то в шарі рухомого повітря від повітрозабірних коштів до вітротурбін виникають вихрові потоки. Останні можуть практично повністю ліквідувати інерційність теплопередачі в рухому повітряне середовище, що є дуже важливим позитивним фактором. Однак інтенсивне температурне насичення рухомого в вітротурбіну повітря все ж не є достатньою умовою для істотного збільшення ефективності перетворення сонячної енергії в механічну, так як температура проходить через вітротурбіну повітря надає лише опосередкований вплив на величину зусиль, що діють на її лопаті. В основу технічного рішення згідно пропонованого винаходу покладена необхідність перетворення з мінімальними втратами температури геліопоглощающіх поверхонь (в більш загальному вигляді - нагрітих поверхонь) в високошвидкісний обертається воздухопоток, що направляється на лопаті вітротурбіни під кутом, близьким до прямого (під оптимальним кутом, з урахуванням процесів відображення ветропотока від втікає лопаті на набігає).

На фіг.2, 3 відповідно до такої концепції представлені системні технологічні схеми і засоби, які забезпечують створення стійких прискорюються обертальних рухів повітряного потоку і вихреобразование в них. За допомогою запропонованих технологічних схем і засобів досягається можливість здійснювати в заданих координатах шару повітря, що знаходиться в сонячному колекторі, обертальні і вихрові руху його із заданою орієнтацією осей обертання. Так як вітротурбіна в даному випадку має вертикальну вісь обертання, то основне енергетичне рух повітря має являти собою його горизонтальне обертовий рух навколо вертикальної осі 7 з послідовним накопиченням в ньому кінетичної енергії від обороту до обороту. Серед локальних вихрових рухів з істотно більшими кутовими швидкостями наведені технологічні схеми і засоби дозволяють створити, щонайменше, три їх типи:

- Вихори, що виникають в площинах, перпендикулярних основного обертається Потік повітря (навколо осі воздухоотводящие труби і вітротурбіни), які сприяють прискоренню руху останнього, як це здійснюється при польоті кулі в площині, перпендикулярній траєкторії польоту;

- Вихори, що виникають поблизу геліопоглощающіх поверхонь, навколо осей, перпендикулярних і паралельних їм, які сприяють перетворенням температури поверхонь в приріст швидкості основного повітряного обертового потоку і зниження сил тертя між ними;

- Вихори, що виникають у поверхонь світлопроникний теплоизолирующего матеріалу, які забезпечують зниження коефіцієнта тертя між рухомими потоками повітря і світлопроникним теплоізоляційним матеріалом.

Можуть формуватися і інші типи вихрових рухів, що мають свої спеціальні технологічні призначення. Вихори повинні створюватися в якості супутніх технологічних процесів, а ті вихори, які виникають спонтанно і призводять до енергетичних втрат, повинні придушуватися.

Процес організації вращательно-вихрових рухів повітряного потоку починається з проходження повітря 3 через повітрозабірні засоби 2 (фіг.2), які забезпечені пристроями 9 для додання кругового (початкового обертального) руху повітря. Дані пристрої можуть бути виконані за допомогою плоского жорсткого матеріалу, поверхня якого розташована орієнтовно під кутом 45 ° до радіальних напрямках. Так як повітрозабірні засоби 2 розміщені по периферії геліопоглощающей поверхні з проміжками або безперервно, повітряний потік надходить в сонячний колектор з різних сторін і створює початкове обертальний рух шару повітря щодо геліопоглощающей поверхні. Якщо має місце природний приземний вітер, що надходить в повітрозабірні засоби 2 з певного просторового напрямку, то швидкість початкового обертального руху повітря може бути істотно більшою або навіть вельми значною, що вимагає обмеження.

Далі повітряний потік 3 з початковою швидкістю обертання надходить на похилі ветронаправляющіе поверхні 10, які розміщені на схемі (фіг.2) по колу в кількості 5 шт. в віртуально сформованому першому повітряному каналі. Всі похилі ветронаправляющіе поверхні генерують теплову енергію в потік, що набігає завдяки впливу на них сонячних променів 5, що надходять через світлопроникний теплоізоляційний матеріал 4, і підключенню до них енергетичних каналів 11, які підводять нагріте робоче тіло (наприклад, воду) від акумуляторів теплової енергії, що отримується за допомогою сонячної радіації і відповідних проміжних перетворень її за межами світлопроникний теплоизолирующего матеріалу (на фіг.2 цей технологічний комплекс не показаний).

Обертається повітряний потік 3, сприймаючи тепловий вплив від похилих ветронаправляющіх поверхонь, від нього бере зріст швидкості, вектор якого складається з конвективного вертикального напрямку і компоненти руху вздовж похилих ветронаправляющіх поверхонь 10, а і з урахуванням кута відбиття від неї Потік повітря. Рухомий далі, що отримав прискорення, повітряний потік 3 відбивається від загального ветропотолка, функції якого виконує світлопроникний теплоізоляційний матеріал, або від локальних, забезпечених криволінійними поверхнями, ветропотолков, розташованих над кожною похилій ветронаправляющей теплогенеруючої поверхнею 10. В результаті цього повітряний потік 3 після проходження над кожною такою поверхнею 10 може бути орієнтований строго горизонтально або з певним нахилом вгору або вниз. Крім того, кожна з таких поверхонь 10 з її локальним ветропотолком можуть бути виконані у вигляді циліндричних або конічних поверхонь, або містити в композиції елементи інших поверхонь, що сприяють виникненню вихрового вращательно руху в площинах, перпендикулярних обертається повітряному потоку під світлопроникним теплоізоляційним матеріалом навколо осі 7 воздухоотводящие труби 8 і вітротурбіни 6. Виникненню такого вихрового руху сприяють сформовані градієнти температур на зазначених поверхнях 10, а і підведення до них води в вигляді мікрочастинок або тонкого стікає шару і барботують воду спеціально організованого допоміжного Потік повітря і технологічно заданого градієнта температури вздовж усього повітряного кільцевого каналу.

Внаслідок застосування технологічних схем і засобів повітря 3, надходячи через повітрозабірні засоби 2 і набуваючи початкове обертальний рух, робить цілий ряд оборотів над похилими воздухонаправляющего і теплогенеруючими поверхнями 10 в першому повітряному кільцевому каналі, отримуючи в процесі кожного обороту імпульси кінетичної і теплової енергії. У перехідному процесі кінетична енергія обертового віхресодержащего повітряного потоку за кожен його оборот наростає. Коли настає усталений вращательно-вихровий процес, кількість що надходить в нього за кожен оборот навколо осі 7 енергії дорівнює кількості відводиться енергії (у вигляді його обсягу, швидкості і температури) у другій повітряний кільцевої канал, технологічно наступний за першим. У другому повітряному кільцевому каналі і розміщені функціонально аналогічні похилі ветронаправляющіе поверхні 12. Останні можуть відрізнятися від розглянутих вище поверхонь 10 геометричними параметрами і формами, величиною підводиться до них теплової енергії, але технологічне призначення їх зберігається. Вони в другому повітряному кільцевому каналі забезпечують подальше підвищення в обертовому повітряному потоці (навколо осі 7) кінетичної енергії.

На Фіг.3 показаний процес енергетичного насичення Потік повітря 3 в першому або другому повітряному каналі шляхом послідовного переходу повітряного потоку від однієї похилій ветронаправляющей теплогенеруючої поверхні 10 (12) до іншої. При цьому показано, що енергетичні канали подачі робочого тіла приєднані до регуляторів 13 швидкості останнього, а через них - до теплоаккумулятором 14, які розташовані, в основному, за межами світлопроникний теплоизолирующего покриття 4. Таким чином, задається і регулюється температурний режим поверхонь 10 (12 ), ніж головним чином визначаються режими обертальних і вихрових рухів Потік повітря 3. На наведених фігурах рух повітря в вихрових процесах не показано. У наведеній схемі енергетичного насичення повітряного потоку ілюструється багаторазове проходження повітря над поверхнями 10 (12) і відображення його від ветронаправляющіх стель 15.

На фіг.4 показана схема послідовного термодинамічної прискорення обертального руху Потік повітря з послідовним переходом його з одного горизонтального повітряного кільцевого каналу до іншого (їх показано три: 21, 22, 23), а потім - через вертикальний канал 24 на вхід вітротурбіни 6 і далі в воздухоотводящие тягову трубу 8. у кожному з каналів 21, 22, 23 встановлені похилі ветронаправляющіе теплогенеруючі поверхні 10, 12, 16. Останні можуть встановлюватися в кожному каналі в один ряд, в необхідній кількості, з розташуванням цих рядів на різних рівнях по висоті. Якщо потрібна висока потужність перетворення сонячної енергії, то в кожному повітряному кільцевому каналі може встановлюватися по кілька рядів подібних поверхонь 10, 12, 16. Сонячні промені 5 і блок геліотеплоаккумуляторов 14, кожен з яких в складі блоку може мати різні температурні рівні, нагрівають похилі ветронаправляющіе поверхні 10, 12, 16, і останні стають теплогенеруючими на різних потенційних рівнях теплової енергії.

При розгляді технологічних аспектів на фіг.2, 3 вказувалося, що повітряні кільцеві канали мають віртуальний характер. Це означає, що за рахунок розміщення поверхонь 10, 12, 16, вибору їх форми і температурних режимів створюються обертальні рухи повітряного середовища навколо осі 7 з технологічно доцільними процесами вихреобразования в повітряних кільцевих каналах, які не розділені матеріальними перегородками. Однак при певній потужності перетворення сонячної енергії починає негативно позначатися взаємний вплив поруч рухомих повітряних потоків з різними енергетичними характеристиками, створюються умови для розвитку паразитних вихрових процесів. Крім того, в разі значних площ сонячних колекторів необхідно використання якомога більшої частини їх наземної поверхні в агропромислових цілях. Потужні повітряні потоки в різних площинах в цьому випадку є перешкодою. Тому на фіг.4 показаний принцип утворення повітряних кільцевих каналів за допомогою циліндричних поверхонь 17 і ветропотолков 15 з світлопроникний теплоизолирующего матеріалу. Перехід частини обсягу повітряного потоку з одного каналу (21, 22, 23, 24) в інший протягом кожного його обороту здійснюється за допомогою прорізів 18 і допоміжних пристроїв, які на фіг.4 не показані. Горизонтальні поверхні - "підлоги", ізолюючі канали 21, 22, 23 знизу, і не ілюструються.

Канал 24 містить піднімається кручені поверхню 19, яка виконана за рахунок установки з аеродинамічним сполученням похилих ветронаправляющіх теплогенеруючих поверхонь. Суперпозиція останніх дозволяє утворити рухається вертикально, уздовж осі 7, повітряний обертається вихровий потік, що надходить в вітротурбіну 6 і далі - в воздухоотводящие тягову трубу 8.

Гвинтові аеродинамічна і термодинамічна поверхню 19 відділяється від навколишнього простору за допомогою теплоізолюючого пустотілого конуса 20, внутрішня поверхня якого так само, як і сама поверхня 19, виконується з високоміцних матеріалів з доданням їм спеціального рельєфу, які забезпечують значне зниження енергетичних втрат на тертя.

Устройство, реализующее предложенный способ преобразования солнечной энергии, представленное в упрощенном виде на фиг.1, 2, 3, 4, работает следующим образом.

Геліопоглощающая поверхню 1 за допомогою грунтової поверхні з культивованими рослинами доповнена темними поверхнями 10, 12, 16, освіченими плоскими пластинами, виконаними із сталевих листів. Ці поверхні своїм першим ярусом розташовуються на грунтовому підставі під кутом 45 ° до горизонтальної площини і нагріваються під дією сонячної радіації (променями) 5, що проходить через світлопроникний теплоізоляційний матеріал 4, а і шляхом підведення до них енергетичних каналів, через які подається нагріте робоче тіло, в якості якого застосована, наприклад, вода.

Робоче тіло, протікаючи через теплопровідні канали, наприклад металеві труби, прикріплені до сталевих листів, що створює поверхні 10, 12, 16, створює технологічно задані температурні градієнти вздовж і поперек проходить повітряного потоку.

Повітря 3 через повітрозабірні засоби 2 надходить під світлопроникний теплоізоляційний матеріал 4, що представляє собою, наприклад, полімерну плівку, під кутом до радіальних напрямках таким чином, щоб він отримував початкове обертальний рух навколо осі 7 воздухоотводящие тягової труби 8 і вітротурбіни 6. Це досягається за рахунок розміщення в ветрозаборних засобах 2 плоских металевих пластин під кутом 45 ° щодо радіальних напрямків від периферії до осі 7. Так як в даному конкретному пристрої застосовано 5 похилих ветронаправляющіх поверхонь 10, то кількість повітрозабірних коштів 2, розміщених по колу щодо осі 7, встановлено, по щонайменше, 5.

Повітря в процесі первісного обертального руху надходить на похилі ветронаправляющіе теплогенеруючі поверхні 10, піднімається по ним і отримує збільшення швидкості. Прискорений таким чином повітряний потік, що рухається під кутом до горизонтальної площини, досягає ветронаправляющего стелі 15 (Фіг.3) і відбивається на вихідний рівень до входу на наступну поверхню 10. Цей процес для кожного повітряного шару повторюється багаторазово, і утворився повітряний потік робить кілька обертів навколо осі 7 над поверхнями 10. в результаті цього в нинішньому повітряному кільцевому каналі 21 (фіг.4) він набуває технологічно задану величину кінетичної енергії, частина якої протягом кожного обороту передається у вигляді обсягу і швидкості повітряного потоку в наступний повітряний канал 22, в якому розміщені аналогічні поверхні 12 на більш високому рівні уздовж вертикальної осі.

Температурний градієнт, створений в поперечному напрямку на поверхнях 10 за рахунок розподілу питомої щільності нагрітого потоку робочого тіла, створює умови для виникнення обертального вихрового руху в площинах, перпендикулярних напрямку руху повітряного потоку навколо осі 7. Це вихровий рух прискорює процес Енергонасичений обертового Потік повітря навколо осі 7 і оформляє геометрично його поперечний переріз в загальній повітряному середовищі під світлопроникним теплоізоляційним матеріалом 4.

Аналогічні технологічні процеси відбуваються в каналах 22, 23 (фіг.2, 3, 4), в яких послідовно від каналу до каналу наростає енергетичне насичення повітряного потоку, в т.ч. його кінетичної енергії.

На фіг.4 показано, що частина обертового повітряного потоку переходить (протягом кожного обороту) від попереднього повітряного кільцевого каналу в наступний через отвори 18 в циліндричних ветронаправляющіх світлопроникного стінках 17. Останні позначають конструктивні кордону каналів 21, 22, 23, і до них прикріплені світлопроникні ветропотолкі 15 і світлопроникні днища каналів (ці днища на фігурах не показані).

Світлопроникні стінки, ветропотолкі і днища 21, 22, 23 виконані, наприклад, за допомогою полімерної плівки або тонкого зміцненого скла. Світлопроникні стінки, ветропотолкі і днища можуть виконуватися в сферичній формі, і в такому випадку створені поверхні повітряних кільцевих каналів утворюють пустотілі тороіди з керованими прорізами між ними, усередині яких відбувається накопичення кінетичної енергії обертових Потік повітря.

Похилі ветронаправляющіе теплогенеруючі поверхні 12, 16, підняті над ґрунтовою поверхнею на опорних стійках, можуть виконуватися циліндричної форми і вбудовуватися як складові елементи поверхонь тороїдальних повітряних каналів 21, 22, 23. На їх внутрішніх поверхнях може створюватися рельєф, що сприяє вихреобразование в поперечному напрямку і над ними, тобто в якості мікровіхрей, що знижують втрати на тертя.

На фіг.4 представлений процес переходу Потік повітря з горизонтального каналу 23 в вертикальний канал 24, що примикає до верхньої частини до входу в вітротурбіну 6. Всередині енергетичного повітряного каналу 24 розміщена гвинтова поверхня 19, що піднімається уздовж осі 7 з зменшуваним до верху кутом підйому. Гвинтові поверхню 19 термічно відокремлена від навколишнього простору конічної поверхнею 20 з мінімізованих опором руху повітряного потоку.

Регульоване кількість обертового Потік повітря і, отже, енергії надходить з каналу 23 в канал 24 за допомогою керованих передавальних пристроїв (з функціональним призначенням типу акселератора). На положення цих пристроїв при заданому відборі потужності в турбіну істотне значення мають конкретні умови тяги в воздухоотводящие трубі 8. Обсяг обертового повітря, віднімають з каналу 23 в вітротурбіну 6, саморегульованим процесом передається через канали 22, 21 до повітрозабірних коштів 2, які і забезпечені засобами регулювання подачі повітря (на випадок природного вітру підвищеної швидкості).

Вищевикладене підтверджує можливість реалізації запропонованого технічного рішення згідно пропонованого винаходу. Варіантів по реалізації існує багато.

Техніко-економічна ефективність запропонованого способу досягається при реалізації п.1 формули винаходу, проте здійснення всіх пунктів формули дозволяє істотно підвищити ефективність перетворення сонячної енергії в механічну і електричну.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб перетворення сонячної енергії, заснований на поглинанні сонячного проміння зачорненими поверхнями твердих тіл і рідкими середовищами, відокремленими від навколишнього простору світлопроникним теплоізоляційним матеріалом і шаром повітря, що знаходиться між останнім і названими геліопоглощающімі поверхнями і середовищами, який з'єднаний з навколишнім простором через повітрозабірні засоби, в зв'язку з чим ділянки вказаного повітряного шару нагріваються сонячними променями і завдяки конвективному процесу, прояв якого підсилюють на локальних технологічних ділянках засобами вихреобразования в ньому, створюють направлений повітряний потік від повітрозабірних коштів через воздухоотводящие тягову трубу, що відрізняється тим, що за допомогою теплової енергії, що утворилася при термічному перетворенні сонячних променів, призводять в безперервне прискорене обертання названий шар повітря, охоплений світлопроникним теплоізоляційним матеріалом, навколо вертикальної осі, завдяки освіті в ньому технологічно послідовних горизонтальних повітряних кільцевих каналів, що моделюють енергетично активні повітроводи керованої довжини, причому протягом кожного обороту повітряного шару в його послідовних складових ділянках кільцевої форми виробляють за допомогою поєднання періодичного імпульсного теплового впливу і плавних температурних градієнтів її розвиток і енергії його обертального руху з цільовим освітою процесів вихреобразования шляхом розміщення в просторі його обертання похилих ветронаправляющіх поверхонь, що знаходяться під керованим тепловим впливом, які розташовані на фіксованій відстані один від одного і містять ділянки поверхонь тіл обертання, із застосуванням додаткових ветронаправляющіх поверхонь, виконують, зокрема, функції локальних ветропотолков, при цьому від створеного обертового Потік повітря забирають протягом кожного обороту навколо вертикальної осі частина його заповнюваної обсягу і накопиченої енергії і здійснюють процес переходу Потік повітря з горизонтального каналу в вертикальний канал, що примикає до верхньої частини до входу в вітротурбіну під кутом, близьким до прямого, щодо ветропріемних поверхонь її лопатей з допомогою сполучають аеродинамічних пристроїв, а далі зі збереженням принципу вращательно-вихрового руху повітряного потоку - в воздухоотводящие тягову трубу, при цьому керується тепловий вплив на похилі ветронаправляющіе поверхні, що забезпечують генерацію обертового віхресодержащего Потік повітря, здійснюють переважно за рахунок прямої сонячної радіації, що надходить через світлопроникний теплоизолирующий матеріал, а іншою частиною - за рахунок керованого підведення до них потоків технологічного робочого тіла від теплових перетворювачів і акумуляторів сонячної енергії, причому перетворення раніше накопиченої сонячної енергії в теплові потоки робочого тіла здійснюють переважно за межами названого світлопроникний теплоизолирующего матеріалу, що дозволяє підвищити ефективність перетворення сонячної енергії в механічну і електричну.

2. Спосіб перетворення сонячної енергії по п.1, що відрізняється тим, що створюють за допомогою світлопроникний теплоизолирующего матеріалу концентрично розташовані поверхні, наприклад, циліндричної форми заданої висоти, що охоплюють вісь воздухоотводящие тягової труби і вітротурбіни, і щільно з'єднують їх зверху і знизу поверхні, які утворюють спільно ветронаправляющіе світлопроникні стелі, стіни і підлоги повітряних кільцевих каналів, розташованих паралельно один одному з наростаючою їх висотою від периферії до центру, в кожному з яких розміщені похилі ветронаправляющіе теплогенеруючі поверхні, значення температури яких задаються і регулюються енергетичними потоками технологічного робочого тіла, при цьому для отримання останніх використовуються, наприклад, автономні сонячні тепличні комплекси, покриті світлопроникним теплоізоляційним матеріалом, відкриті водойми, що містять воду з природною температурою, яка дорівнює або перевищує 4 ° с, установки для утилізації рослинних і харчових відходів, що утворюються в навколишньому середовищі, і побутових відходів як продуктів життєдіяльності в ній, які спільно дозволяють створити необхідний спектр потоків технологічного робочого тіла.

3. Спосіб перетворення сонячної енергії по п.1 або 2, який відрізняється тим, що сполучають аеродинамічні пристрої створюють за допомогою використання теплогенеруючих похилих ветронаправляющіх поверхонь, плавно сполучених між собою таким чином, що їх суперпозиція утворює воздухоускоряющіе і ветронаправляющіе поверхні, наприклад, у вигляді конически звужуються гвинтових аеродинамічних поверхонь, в тому числі зі зменшенням кута їх підйому уздовж вертикальної осі в міру наближення до вхідних порожнини вітротурбіни, причому гвинтові аеродинамічні поверхні відокремлюють від навколишнього простору за допомогою повітронепроникних теплоізолюючих конструкцій із застосуванням матеріалів і профілів, які формують внутрішні аеродинамічні поверхні за умовами мінімізації сили тертя рухомого у вхідні порожнину вітротурбіни високошвидкісного обертається навколо її осі Потік повітря, при цьому зовнішнім енергетичним потокам, що підводиться до аеродинамічних гвинтовим поверхням, підводять дрібнодисперсні струмені гарячої води, за рахунок чого за допомогою допоміжного пароутворення прискорюють фінішне вращательно-поступальний рух повітряного потоку і забезпечують потрапляння мікрочастинок води на ветропрінімающіе поверхні лопатей вітротурбіни, за рахунок чого збуджують на них поле мікровіхрей і квазікавітаціонние процеси в них.

Версія для друку
Дата публікації 24.03.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів