RU2169859C2 - Персональная вихревая энергетическая установка - Google Patents
Персональная вихревая энергетическая установка Download PDFInfo
- Publication number
- RU2169859C2 RU2169859C2 RU99107265A RU99107265A RU2169859C2 RU 2169859 C2 RU2169859 C2 RU 2169859C2 RU 99107265 A RU99107265 A RU 99107265A RU 99107265 A RU99107265 A RU 99107265A RU 2169859 C2 RU2169859 C2 RU 2169859C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- collector
- energy
- flow
- solar
- air
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
Abstract
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. 3 ил.
Description
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.
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.
Claims (1)
- 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99107265A RU2169859C2 (ru) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | Персональная вихревая энергетическая установка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99107265A RU2169859C2 (ru) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | Персональная вихревая энергетическая установка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2169859C2 true RU2169859C2 (ru) | 2001-06-27 |
Family
ID=20218291
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99107265A RU2169859C2 (ru) | 1999-04-02 | 1999-04-02 | Персональная вихревая энергетическая установка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2169859C2 (ru) |
-
1999
- 1999-04-02 RU RU99107265A patent/RU2169859C2/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ШЕКРИЛАДЗЕ И.Г. Солнечный ветер. - М.: Энергия, 1988, N 6, с. 12 - 13. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5300817A (en) | Solar venturi turbine | |
US4118636A (en) | Thermal air powered electric generator system | |
US6943461B2 (en) | All-weather energy and water production via steam-enhanced vortex tower | |
US7918650B2 (en) | System for pressurizing fluid | |
KR101515642B1 (ko) | 상승기류 풍력 터빈 | |
JP5767216B2 (ja) | 表層面の高温空気を熱源として、上層大気をヒートシンクとして利用し、かつ空気の上昇気流を生じさせ制御するマイクロ波ビームを利用する発電方法 | |
US7154190B2 (en) | All-weather energy and water production via steam-enhanced vortex tower | |
US5103646A (en) | Solar and wind powered generator | |
AU672701B2 (en) | Solar venturi turbine | |
RU106309U1 (ru) | Гибридная альтернативная энергетическая установка | |
US4491740A (en) | Windmill power system | |
RU2169859C2 (ru) | Персональная вихревая энергетическая установка | |
CN102322410B (zh) | 利用太阳能形成热气流发电的方法 | |
RU2013655C1 (ru) | Аэродинамическая гелиостанция | |
CN103147927B (zh) | 可控旋式菲涅尔透镜阵列真空磁悬浮风电系统 | |
KR20110112659A (ko) | 태양열 발전장치 | |
WO2009060245A1 (en) | Solar power plant with short diffuser | |
KR100938538B1 (ko) | 태양열 굴뚝을 부스타로 한 태양열 볼텍스 굴뚝 발전소 | |
AU780068B2 (en) | Improvements to solar heat engines and industrial chimneys | |
RU2373430C2 (ru) | Солнечная теплоэлектростанция с применением вихревых камер | |
RO131574B1 (ro) | Instalaţie plutitoare de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile | |
US20230132257A1 (en) | A convection-driven power generator | |
Shishkin et al. | Vortex wind power plant | |
RO131456B1 (ro) | Instalaţie de producere a energiei electrice din multiple surse regenerabile | |
Hammond | Artificial tornadoes: a novel wind energy concept |