RU106309U1

RU106309U1 - HYBRID ALTERNATIVE POWER INSTALLATION

Info

Publication number: RU106309U1
Application number: RU2011105729/03U
Authority: RU
Inventors: Владлен Михайлович Голощапов; Евгений Александрович Терехин; Андрей Александрович Баклин; Евгений Михайлович Устинов; Евгений Владимирович Вострокнутов; Елена Александровна Александрова; Вадим Романович Силаков; Ольга Андреевна Яшина
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2011-07-10

Abstract

1. Гибридная альтернативная энергетическая установка, содержащая башню, выполненную в виде конфузора, верхняя часть башни имеет форму диффузора, кругового солнечно-вихревого концентратора, имеющего, по крайней мере, не менее двух входных окон, внешнюю роторную ветроэнергетическую установку с вертикальными и горизонтальными лопастями, внутренний лопастной ветродвигатель, тихоходный магнитоэлектрический генератор тепловой насосной станции, кольцевой магнит радиальной намагниченности, установленный на верхней кромке башни, силовые элементы крепления внешней роторной ветроэнергетической установки и внутреннего лопастного ветродвигателя. ! 2. Гибридная альтернативная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что на вертикальные лопасти внешней роторной ветроэнергетической установки закреплены магниты, ориентированные полюсами так, чтобы обеспечить вращение в необходимую сторону путем их взаимодействия полюсом кольцевого магнита. ! 3. Гибридная альтернативная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что наружная сторона башни закрыта на расстоянии от ее поверхности не менее 8-10 см прозрачным поликарбонатом. ! 4. Гибридная альтернативная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что вертикальные стенки кругового солнечно-вихревого концентратора выполнены в виде гиперболических поверхностей. ! 5. Гибридная альтернативная энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что в техническом помещении под круговым солнечно-вихревым концентратором расположена тепловая насосная станция с нагревающими медными трубками, которые по спирали прилегают к нижним пластинам солнечно-� 1. A hybrid alternative power plant containing a tower made in the form of a confuser, the upper part of the tower is in the form of a diffuser, a circular solar-vortex concentrator having at least two entrance windows, an external rotor wind power plant with vertical and horizontal blades, internal blade wind turbine, low-speed magnetoelectric generator of the heat pump station, ring magnet of radial magnetization mounted on the top edge of the tower, power cops fixing the outer rotor of the wind power installation and the internal vane of a wind turbine. ! 2. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that the magnets oriented by the poles are fixed to the vertical blades of the external rotor wind power plant so as to provide rotation in the necessary direction by their interaction with the ring magnet pole. ! 3. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that the outer side of the tower is closed at a distance from its surface by at least 8-10 cm with transparent polycarbonate. ! 4. A hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that the vertical walls of a circular solar-vortex concentrator are made in the form of hyperbolic surfaces. ! 5. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that in the technical room under a circular sun-vortex concentrator there is a heat pump station with heating copper tubes that are spirally adjacent to the lower plates of the solar-�

Description

Полезная модель относится к возобновляемой энергетике, а именно к ветродвигателям, солнечным коллекторам, тепловым насосным станциям и магнитным двигателям, преобразующим энергию естественного ветра, искусственного вихревого потока воздуха, организованного внутри башни, взаимодействие магнитных полей, тепло Земли, а также тепло солнечных лучей.The utility model relates to renewable energy, namely wind turbines, solar collectors, heat pumping stations and magnetic motors that convert the energy of natural wind, an artificial vortex air flow organized inside the tower, the interaction of magnetic fields, the heat of the Earth, as well as the heat of the sun.

Известна, ветроэлектрическая установка, состоящая из двух вихревых концентраторов, расположенных непосредственно перед ветролопастями, которые вращаются в противоположные стороны и флюгер-стабилизатор [2]. Недостатком данного изобретения при всех его достоинствах является наличие флюгера для установки на ветер, а также предлагаемые вихревые концентраторы ветра не позволяют направить весь ветровой поток в зону ветролопастей, а при резком изменении ветра конструкция будет испытывать знакопеременные нагрузки, отсутствие тормозного устройства затрудняет эксплуатацию и текущее обслуживание.Known wind power installation, consisting of two vortex concentrators located directly in front of the wind blades, which rotate in opposite directions and a vane stabilizer [2]. The disadvantage of this invention, with all its advantages, is the availability of a weather vane for installation in the wind, and the proposed vortex wind concentrators do not allow directing the entire wind flow into the zone of wind blades, and when the wind changes sharply, the structure will experience alternating loads, the absence of a braking device makes operation and maintenance difficult .

Известен также вихревой ветродвигатель, содержащий статор завихритесь, по меньшей мере, один конфузор с прямолинейными стенками, ротор с профилированными лопатками на валу и дополнительным источником восходящего воздушного потока в виде горелки [4].Also known is a vortex wind turbine containing a stator, swirl at least one confuser with straight walls, a rotor with shaped blades on the shaft and an additional source of upward air flow in the form of a burner [4].

Основным недостатком этого изобретения является использование традиционного источника энергии для формирования вихревого потока при отсутствии ветра, здесь очевидно, что традиционный источник энергии нужно использовать по прямому назначению. Прямолинейные стенки конфузора менее эффективны для закручивания потока воздуха внутри башни, чем стенки, имеющие гиперболическую поверхность.The main disadvantage of this invention is the use of a traditional energy source for the formation of a vortex flow in the absence of wind, it is obvious that the traditional energy source must be used for its intended purpose. The rectilinear walls of the confuser are less effective for swirling the air flow inside the tower than walls having a hyperbolic surface.

Существует конструкция ветродвигателя, содержащего башню, внутри расположено ветроколесо на вертикальном валу, стенки которого представляют вертикальные спиральные каналы, в нижней части установлен завихритель потока воздуха [1]. В отсутствие ветра внизу башни и по ее высоте, расположены нагреватели для создания восходящего потока. Основным недостатком данного изобретения является тот факт, что при отсутствии энергии для подогревателей эффективность установки явно недостаточна для выработки электроэнергии.There is a design of a wind turbine containing a tower, inside there is a wind wheel on a vertical shaft, the walls of which represent vertical spiral channels, an air flow swirl is installed in the lower part [1]. In the absence of wind at the bottom of the tower and along its height, heaters are located to create an upward flow. The main disadvantage of this invention is the fact that in the absence of energy for heaters, the efficiency of the installation is clearly insufficient for generating electricity.

Известна также конструкция вихревой ветроустановки, содержащей вытяжное устройство, направляющий аппарат в виде полых элементов, в форме усеченных гиперболоидов вращения и разделяющими перегородками, ветродвигатель, устройство эжекции., системы управления [3].Also known is the design of a vortex wind turbine containing an exhaust device, a guiding device in the form of hollow elements, in the form of truncated hyperboloids of revolution and separating partitions, a wind turbine, an ejection device, and a control system [3].

Недостатком этого изобретения является сложность конструкции, а при отсутствии источников подогрева и низкой скорости ветра до 3 м/с эффективность получения электроэнергии очень низкая.The disadvantage of this invention is the design complexity, and in the absence of heating sources and low wind speeds of up to 3 m / s, the efficiency of generating electricity is very low.

Другое изобретение, содержащее ветреное колесо с лопастями ветровой турбиной, с вертикальной осью вращения, расположенных внутри воздухонаправляющего аппарата, с верхними и нижними крышками. Электрогенератор на оси ветровой турбины, накопитель энергии и блок управления, который накапливает энергию от солнечных панелей аккумуляторной батареи [5].Another invention comprising a wind wheel with blades of a wind turbine, with a vertical axis of rotation, located inside the air guide, with upper and lower covers. An electric generator on the axis of the wind turbine, an energy storage device and a control unit that stores energy from the solar panels of the battery [5].

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения является конструкция вихревого ветродвигателя, содержащая статор завихритель с конфузорами и устройство подогрева воздуха в виде горелки [4].The closest to the essence of the claimed invention is the design of a vortex wind turbine containing a stator swirl with confusers and an air heating device in the form of a burner [4].

Существенным недостатком всех рассмотренных изобретений является тот факт, что выработка электроэнергии от ветра и солнца при длительном их отсутствии не эффективна.A significant drawback of all the considered inventions is the fact that the generation of electricity from wind and the sun with their long absence is not effective.

На фиг.1 показан общий вид гибридной альтернативной энергетической установки (далее ГАЭУ), на фиг.2 представлена нижняя часть башни в разрезе, на фиг.3 показано магнитное кольцо и магниты (вид сверху).Figure 1 shows a General view of a hybrid alternative power plant (hereinafter GAEU), figure 2 shows the lower part of the tower in section, figure 3 shows the magnetic ring and magnets (top view).

ГАЭУ содержит: внешнюю роторную ветроэнергетическую установку (далее РВЭУ) 1 с вертикальными 2 и горизонтальными 3 лопастями; стержневую опорную конструкцию 13; башню 10 конической формы; магнитно-электрический генератор 7 (далее МЭГ) с лопастями 14; магнитное кольцо 8 радиальной намагниченности, магниты 9 продольной намагниченности; прозрачный кожух 12, расположенный на расстоянии 8-10 см от поверхности башни, и выполненный из поликарбоната; ось внутреннего ротора 5 и внешний ротор 6 магнитно-электрического генератора 7; круговой солнечно-вихревой концентратор 23 с боковыми стенками 18, покрытыми черной высоко-селективной краской, гиперболической формы и нижними листами 24, расположенными под углом 45° к горизонту, крышки 21; входные окона 20, выходных окон 22; сверху круговой солнечно-вихревой концентратор 23 покрыт стеклом с малым содержанием железа; трубопроводы 11, изготовленные из теплоемкого материала (например, из меди), расположенными внутри башни 10 по винтовой линии под углом 45° и имеющие электроклапаны 17 для подачи холодной воды, 15 для подачи горячей воды, 16 для подогрева воздушного вихря внутри башни 10; техническое помещение 30, высотой не менее 2-х метров, которое расположено под солнечно-вихревым концентратором 23; тепловая насосная станция 33 и ее составляющие тепловой насос 28 (компрессор); трубопровод 25, проложенный по винтовой линии и припаянный к внутренней поверхности нижних листов 24, коллектора 27 с дросселем 29, бак для воды 26, трубопровод 36, для низкотемпературного носителя, помещенный в скважину (не обозначена), опоры конструкции 31 (вне помещения 30), аккумуляторные батареи 32, пульт управления электроэнергией и электроклапанами 34.GAEU contains: external rotor wind power installation (hereinafter RVEU) 1 with vertical 2 and horizontal 3 blades; a rod supporting structure 13; tower 10 conical shape; a magnetic-electric generator 7 (hereinafter referred to as MEG) with blades 14; magnetic ring 8 of radial magnetization, magnets 9 of longitudinal magnetization; a transparent casing 12, located at a distance of 8-10 cm from the surface of the tower, and made of polycarbonate; the axis of the inner rotor 5 and the outer rotor 6 of the magnetoelectric generator 7; circular sun-vortex concentrator 23 with side walls 18 coated with highly selective black paint, hyperbolic in shape and bottom sheets 24 located at an angle of 45 ° to the horizon, cover 21; input windows 20, output windows 22; on top of the circular solar-vortex concentrator 23 is covered with glass with a low iron content; pipelines 11 made of heat-resistant material (for example, copper) located inside the tower 10 along a helical line at an angle of 45 ° and having solenoid valves 17 for supplying cold water, 15 for supplying hot water, 16 for heating an air vortex inside the tower 10; technical room 30, at least 2 meters high, which is located under the sun-vortex concentrator 23; heat pump station 33 and its components heat pump 28 (compressor); pipeline 25 laid along a helical line and soldered to the inner surface of the lower sheets 24, collector 27 with a throttle 29, water tank 26, pipeline 36, for a low-temperature carrier, placed in a well (not indicated), structure supports 31 (outdoors 30) , rechargeable batteries 32, a remote control for electricity and solenoid valves 34.

Таким образом, одновременно в единой конструкции используются энергия ветра, Земли, Солнца, магнитных сил, то есть, получаем энергоэффективную и надежную конструкцию ГАЭУ.Thus, at the same time, the energy of wind, Earth, the Sun, magnetic forces is used in a single design, that is, we get an energy-efficient and reliable design of the GAEU.

Кроме электрической энергии, в необходимых случаях, можно получать горячую воду, используя солнечную энергии, которая поступает через прозрачный кожух 12 на трубопровод 11, расположенный внутри башни 10.In addition to electrical energy, if necessary, it is possible to obtain hot water using solar energy, which is supplied through a transparent casing 12 to a pipe 11 located inside the tower 10.

Подогрев воды в трубопроводах 11 осуществляется одновременно нагревом наружной поверхности башни 10 солнечными лучами и ее внутренней поверхности с использованием энергии вырабатываемой тепловой насосной станцией 33.Water heating in pipelines 11 is carried out simultaneously by heating the outer surface of the tower 10 with sun rays and its inner surface using the energy generated by the heat pump station 33.

ГАЭУ работает следующим образом: тепловая насосная станция 33 нагревает трубопровод, расположенные под нижними листами 24 кругового солнечно-вихревого концентратора 23, подогретый воздух проходит через окна 20 и 22, закручивается в башне 10, боковые стенки которой имеют вид конфузора, боковые стенки 18, кругового солнечно-вихревого концентратора 22, имеют гиперболическую поверхность и расположенные под углом 15-20° к оси башни, верхняя поверхность нижних листов 24, покрыта высоко селективной черной краской, а нижняя поверхность этих листов подогревается трубопроводами тепловой насосной станцией 33, нижние листы 24 расположенного под углом 45° к горизонту, такое расположение указанных углов обеспечивает эффективное подачу и закручивание подогретого воздуха создаются осевая и тангенциальная составляющие скорости воздуха, то есть формируется вихревой поток воздуха внутри башни.GAEU works as follows: the heat pump station 33 heats the pipeline located under the lower sheets 24 of the circular sun-vortex concentrator 23, the heated air passes through the windows 20 and 22, swirls in the tower 10, the side walls of which look like a confuser, the side walls 18, circular solar-vortex concentrator 22, have a hyperbolic surface and located at an angle of 15-20 ° to the axis of the tower, the upper surface of the lower sheets 24 is covered with highly selective black paint, and the lower surface of these sheets is heated is piped by the heat pumping station 33, the lower sheets 24 are located at an angle of 45 ° to the horizontal, this arrangement of the indicated angles ensures the effective supply and swirling of heated air, axial and tangential components of the air velocity are created, i.e., a vortex air flow is formed inside the tower.

При отсутствии солнца, ветра вихревой поток формируется только тепловой насосной станцией 31 и круговым солнечно-вихревым концентратом 22, с боковыми стенками, имеющими гиперболическую поверхность, в этом случае нижняя поверхность пластины 16 кругового солнечно-вихревого концентратора 22 подогревается до температуры 80°, что способствует формированию вихря внутри башни и вырабатывается электроэнергия, турбиной 7, расположенной внутри башни в критическом сечении перехода от конфузорной части в диффузорную.In the absence of sun and wind, the vortex flow is formed only by the heat pump station 31 and the circular sun-vortex concentrate 22, with side walls having a hyperbolic surface, in this case, the lower surface of the plate 16 of the circular sun-vortex concentrator 22 is heated to a temperature of 80 °, which contributes to the formation of a vortex inside the tower and electricity is generated by the turbine 7 located inside the tower in a critical section of the transition from the confuser to the diffuser part.

При необходимости получать горячую воду, кран 16 закрыт, краны 15 и 17 открыты. При отсутствии такой необходимости, электроклапаны 15 и 17 закрываются, а электроклапан 16 открывается и вода, нагретая в трубопроводе 11, циркулирует естественным образом, равномерно обогревая стенки башни 10, что способствует увеличению вертикальной составляющей вихревого потока внутри башни. Выработка электроэнергии осуществляется тремя устройствами и одним генератором. Первым устройством является магнитно-электрический генератор 7 с лопастями 14, расположенная внутри башни 10, связанная с внутренним ротором генератора 7, вращение этого ротора обеспечивается лопастями турбины. Внешний ротор генератора связан с РВЭУ (второе устройство), установленной на выходе диффузора башни 10. Восходящий вихревой поток воздуха воздействует на горизонтальные лопасти 3 РВЭУ 1, создавая крутящий момент, а набегающий поток воздуха, воздействуя на вертикальные лопасти, чем обеспечивается надежное вращение внешнего ротора-генератора.If necessary, get hot water, the tap 16 is closed, the taps 15 and 17 are open. In the absence of such a need, the electrovalves 15 and 17 are closed, and the electrovalve 16 opens and the water heated in the pipe 11 circulates naturally, evenly heating the walls of the tower 10, which contributes to an increase in the vertical component of the vortex flow inside the tower. Electricity is generated by three devices and one generator. The first device is a magnetic-electric generator 7 with blades 14, located inside the tower 10, connected with the internal rotor of the generator 7, the rotation of this rotor is provided by the turbine blades. The external rotor of the generator is connected with the RVEU (second device) installed at the outlet of the tower diffuser 10. An upward vortex air flow acts on the horizontal blades 3 of the RVEU 1, creating a torque, and an oncoming air stream, acting on the vertical blades, which ensures reliable rotation of the external rotor -generator.

Третьим устройством, обеспечивающим вращение РВЭУ, является магнитное кольцо 8, имеющее радиальную намагниченность, которое действует на магниты 9, обтекаемой формы, закрепленные на нижних частях вертикальных лопастей РВЭУ. Разноименные полюса магнитов 9 и кольца 8 расположены так, чтобы обеспечить вращение РВЭУ в требуемом направлении. В этом случае одноименные полюса магнитов отталкиваются от кольца 8, а разноименные притягиваются, создается крутящий момент, действующий на вертикальные лопасти. Полюса магнитов расположены таким образом, чтобы обеспечить вращение РВЭУ в требуемую сторону.The third device providing rotation of the RVEU is a magnetic ring 8 having a radial magnetization, which acts on magnets 9, streamlined, fixed on the lower parts of the vertical blades of the RVEU. The opposite poles of the magnets 9 and the ring 8 are located so as to ensure rotation of the RVEU in the desired direction. In this case, the poles of the magnets of the same name are repelled from the ring 8, and the opposite poles are attracted, creating a torque acting on the vertical blades. The poles of the magnets are arranged in such a way as to ensure the rotation of the RVEU in the desired direction.

Достоинство предлагаемого изобретения заключается в том, что даже при отсутствии ветра и солнечных лучей в ночное и пасмурное время ГАЭУ все - равно вырабатывает электроэнергию, за счет разности температур подогрева нижних листов 24 с помощью теплового насоса 31 внизу и верху башни организуется вихревой восходящего поток воздуха, который в свою очередь вращает лопасти турбины, расположенные внутри башни, а также вращение РВЭУ, за счет воздействия магнитного кольца и магнитов, закрепленных на вертикальных лопастях РВЭУ. Для обеспечения надежной работы РВЭУ необходимо соблюдать следующие условия, что бы суммарная площадь входных окон 18 была больше площади входного сечения трубы в пределах 2-4 раза, высота башни должна быть больше в 2,5-3,5 раза диаметра кругового солнечно-вихревого концентратора 23.The advantage of the invention is that even in the absence of wind and sunlight at night and cloudy, the GAEU still generates electricity, due to the temperature difference between the heating of the lower sheets 24, a whirlwind ascending air flow is organized at the bottom and top of the tower, which, in turn, rotates the turbine blades located inside the tower, as well as the rotation of the RVEU, due to the action of the magnetic ring and magnets mounted on the vertical blades of the RVEU. To ensure reliable operation of the HSE, it is necessary to observe the following conditions, so that the total area of the inlet windows 18 is larger than the area of the inlet section of the pipe within 2-4 times, the height of the tower should be 2.5-3.5 times the diameter of the circular sun-vortex concentrator 23.

Источники информацииInformation sources

1.Патент SU №1539382 от 30.01.1990 г.1. Patent SU No. 1539382 dated January 30, 1990.

2. Заявка на изобретение RU №94032497 от 20.06.1996 г.2. Application for invention RU No. 94032497 dated 06/20/1996

3. Патент SU №2093702 от 20.10.1997 г.3. Patent SU No. 2093702 of 10.20.1997.

4. Патент RU №2182985 от 27.05.2000 г.4. Patent RU No. 2182985 dated 05/27/2000.

5. Патент RU №2251022 от 27.04.2005 г.5. Patent RU No. 22251022 of 04/27/2005

Claims

1. A hybrid alternative power plant containing a tower made in the form of a confuser, the upper part of the tower is in the form of a diffuser, a circular solar-vortex concentrator having at least two entrance windows, an external rotor wind power plant with vertical and horizontal blades, internal blade wind turbine, low-speed magnetoelectric generator of the heat pump station, ring magnet of radial magnetization mounted on the top edge of the tower, power cops fixing the outer rotor of the wind power installation and the internal vane of a wind turbine.

2. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that the magnets oriented by the poles are fixed to the vertical blades of the external rotor wind power plant so as to provide rotation in the necessary direction by their interaction with the ring magnet pole.

3. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that the outer side of the tower is closed at a distance from its surface by at least 8-10 cm with transparent polycarbonate.

4. A hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that the vertical walls of a circular solar-vortex concentrator are made in the form of hyperbolic surfaces.

5. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that in the technical room under a circular sun-vortex concentrator there is a heat pump station with heating copper tubes that are spirally adjacent to the lower plates of the sun-vortex concentrator in order to create a vortex stream heated air in the inner cavity of the tower.

6. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that on the inside of the tower there is mounted a spiral pipe made of heat-resistant metal (copper, aluminum), which receives the heat of sunlight through a transparent coating with polycorban, which ensures heating of the air inside the tower, acceleration swirling air flow.

7. The hybrid alternative power plant according to claim 4, characterized in that the vertical walls of the circular sun-vortex concentrator are located at an angle of 20-25 ° to the tangent circumference of the base of the tower at the point of transition of the vertical wall inside the tower, which ensures an intense vortex air flow in the cavity towers.

8. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that the lower plates of the circular solar-vortex concentrator are located at an angle of 45 ° in order to achieve a greater vertical component of the velocity of the vortex air flow in the tower.

9. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that the horizontal blades of the external rotor wind power plant have an aerodynamic profile that absorb the energy of the air flow leaving the diffuser, which provides additional torque and an increase in efficiency.

10. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that, in order to maximize the use of the energy of the vortex air flow, the internal blade wind turbine is located in the zone of transition of the confuser to the diffuser, where the vertical component of the vortex reaches its maximum.

11. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that the heat-transfer fluid in the pipelines spirally spiraling to the inside of the tower is heated by the sun's rays from the outside of the tower and the heat of the air vortex inside the tower provided by the heat pump station, i.e. . hot water supply is provided.

12. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that in order to ensure reliable operation of the RVEU it is necessary that the total area of the inlet windows be 2-4 times larger than the inlet section of the pipe, the height of the tower should be 2.5-3 , 5 times the diameter of the circular solar-vortex concentrator.

13. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that at the inlet and outlet and between the inlet and outlet of the pipeline adjacent to the inner side of the tower, solenoid valves are installed that perform the function of hot water supply or only heat the air inside the tower.

14. The hybrid alternative power plant according to claim 1, characterized in that in the technical room under a circular solar-vortex concentrator are located: a battery of electroaccumulators, a heat pump station and a control panel for electrovalves.