RU2450158C2 - Воздушно-потоковая электростанция - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к ветроэнергетике. Воздушно-потоковая электростанция содержит воздушный канал и оболочки. В воздушном канале установлен генератор с крыльчаткой. Оболочки наполнены газом легче воздуха, например гелием. Воздушный канал выполнен в виде тросовой конструкции и покрыт воздухонепроницаемой тканью. Тросовая конструкция содержит кольцевые пояса на определенном расстоянии друг от друга и поддерживается оболочками, крепящимися к верхней части конструкции и на определенном расстоянии друг от друга по высоте к соответствующим поясам. Оболочки посредством клапанов и трубопроводов подключены к насосной станции, содержащей емкости для газа легче воздуха, например гелия. На заданном расстоянии от поверхности земли или воды к соответствующим поясам прикреплена тросовая система. Тросовая система крепится также к оболочкам либо к рычагам, закрепленным также за поверхность земли посредством блоков, или прикреплена к поплавкам, которые прикреплены к якорям, которые могут прикрепляться к дну или находиться в толще воды. К тросовой системе крепится пленка, прозрачная для солнечного излучения. Водная поверхность или суша могут быть покрыты также пленкой. Изобретение направлено на упрощение изготовления, повышение надежности и эффективности электростанции. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к энергетическим устройствам.

Известна ветроустановка вихревого типа по заявке №2002132678, F03D 9/02, состоящая из ориентированной по направлению ветра башни с воздухозаборником тангенциального типа, воздухоотвода и рабочего вращательного рабочего органа в канале движения воздуха, связанного с электрогенератором. Недостатком известного устройства является низкая эффективность. При отсутствии ветра нет и электроэнергии для потребителей.

Известна установка преобразования энергии потока среды по патенту РФ №2381379 C1, F03D 1/02. Установка содержит две турбины с электрогенераторами, соответствующим образом соединенные. Недостатком известного устройства является зависимость получаемой энергии от наличия ветра.

Известна ветроэнергетическая установка по патенту РФ №2103545 C1. Сущность устройства в том, что поток воздуха принудительно формируется аэродинамической трубой. Недостатком известного устройства является относительно слабая мощность получаемого потока и соответственно получаемой электроэнергии и большое количество сложных устройств для суммирования потока, громоздкость и неэффективность предлагаемого устройства.

Известна ветровая электростанция по патенту РФ №2067690 C1, F03D 1/02. Сущность устройства в том, что ветровая станция содержит корпус, воздухоподводные каналы, расположенные на них ветровые колеса с горизонтальными осями, кинематически связанные с генераторами, вертикальной вытяжной трубой. Недостатком известного устройства является тот факт, что оно не использует вертикальные потоки воздушных масс и является маломощной. Вырабатываемая электроэнергия зависит от наличия или отсутствия ветра.

Известна система энергообеспечения автономного здания по патенту РФ №2352866 C1, F24D 15/02 (2006.01), которая содержит купол, канал с ветрогенератором и прочее оборудование, обеспечивающее автономное энергоснабжение здания. Недостатками известного устройства являются его следующие свойства. Купол здания замкнут и вертикальный поток в связи с этим небольшой, что не позволяет получать большие мощности электроэнергии. Купол связан с зданием и не мобилен. Устройство невозможно установить в местах, где требуется электроэнергия. Устройство дорого, неэффективно и маломощно. Высота используемого купола ограниченна зданием, что не позволяет получать мощные вертикальные потоки воздуха и соответственно большие мощности электроэнергии.

Известна воздушно-потоковая электростанция, содержащая воздушный канал, в котором установлен генератор с крыльчаткой и оболочки, наполненные газом легче воздуха, например гелием (заявка DE 29622549 U1, F03D 9/00, 1997 г. (прототип)). Предлагаемое устройство имеет следующие недостатки. Не имеется возможности для получения электрической энергии, через воздушный поток, используя тепло, находящееся в глубине земной коры (повышение на 1°С осуществляется от 6 до 30 м в глубину, например, в прибрежной области Каспийского моря на глубине 3 км 110°С). Отсутствие накопителей энергии, например, в виде емкостей с водородом и с кислородом, которые могут быть использованы для других целей, например транспортных.

Вышеперечисленные и другие недостатки устраняются предлагаемым устройством. Воздушно-потоковая электростанция, содержащая воздушный канал, в котором установлен генератор с крыльчаткой, и оболочки, наполненные газом легче воздуха, например гелием, отличающаяся тем, что воздушный канал выполнен в виде тросовой конструкции и покрыт воздухонепроницаемой тканью, причем тросовая конструкция содержит кольцевые пояса на определенном расстоянии друг от друга и поддерживается оболочками, крепящимися к верхней части конструкции и на определенном расстоянии друг от друга по высоте к соответствующим поясам, причем оболочки посредством клапанов и трубопроводов подключены к насосной станции, содержащей емкости для газа легче воздуха, например гелия, причем на заданном расстоянии от поверхности земли или воды к соответствующим поясам прикреплена тросовая система, крепящаяся также к оболочкам либо к рычагам, закрепленным также за поверхность земли посредством блоков, или прикрепленная к поплавкам, которые прикреплены к якорям, которые могут прикрепляться ко дну или находиться в толще воды, причем к тросовой системе крепится пленка, прозрачная для солнечного излучения, водная поверхность или суша могут быть покрыты также пленкой. Дополнительно под куполом пленки, крепящейся к тросовой системе, установлен теплообменник, который подключен к насосу, который подключен к другому теплообменнику, находящемуся возле источника тепла, например в глубине Земли, причем генератор электроэнергии подключен к преобразователю воды в водород и кислород, подключенному к накопителю и распределителю водорода и кислорода. Изобретение поясняется чертежами (см. фиг.1 - фиг.4).

Устройство состоит из оболочки 1, наполненной газом легче воздуха, например гелием, помещенной в крепления, например сетку, 2, присоединенной посредством замков 3 к силовым тросам 4, идущим к основанию 5, которое может представлять собой тяжелый предмет (балку), углубленную в землю, если устройство находится на суше, или поплавок посредством троса 6, прикрепленный к якорю 7. На определенном расстоянии друг от друга находятся жесткие круговые кольца (пояса) 8. На эту конструкцию из поясов и тросов прикреплена оболочка, например, из воздухонепроницаемой ткани, образующей внутри оболочки канал для потока 9 воздуха (П). Тросы 4 прикреплены к поясам 8. На определенном расстоянии друг от друга (по высоте) находятся также оболочки 10, возможно другой формы, например горообразные, которые посредством крепления 11 прикреплены к соответствующему поясу 8. Оболочки наполнены газом легче воздуха, например гелием. Удержание воздушного канала (трубы, оболочки) 12 возможно также с помощью конструкции из рычагов 13, тросов 14, замков 15, оболочек, наполненных, например, гелием 16. В нижней части канала 12 крепится генератор 17, на поясах 18 и растяжках 19. На вал генератора 17 крепится крыльчатка 20, вращающаяся под давлением потока воздуха с угловой скоростью ω. Таких генераторов 17 может быть несколько ступеней, с различным шагом, диаметром и количеством винтов 20. К генератору 17 подключен кабель 21, подключенный к устройству распределения (преобразователь, коммутатор) 22, подключенный к линии 23, крепящейся на опорах 24, подающей электроэнергию (W) потребителю. К определенному поясу 8 крепится конструкция 25, к которой крепится прозрачная для солнца пленка 26, которая также может крепиться посредством тросов 27, к оболочке 28 посредством замка 29 и сетки 30. Если устройство установлено на поверхности, то конструкция 25 удерживается посредством тросов 31 и блоков 32 (например, углубленных в землю). Если же устройство устанавливается над водной поверхностью, то пленка 26 удерживается поплавками 33 тросов 34, прикрепленных к якорям 35. Водная поверхность также может быть покрыта пленкой (тканью) 36, также прикрепленной к тросам 31. Солнечный поток 38 проходит пленку 26. Устройство содержит насосную станцию 39 с системой управления 40, управляемыми клапанами 41, соединенных трубопроводами 42. Насосная станция 39 может содержать емкости для гелия. Вышеописанная установка представляет собой воздушно-потоковую электростанцию (ВПЭС) 43.

На фиг.2 изображен вариант воздушно-потоковой электростанции, снабженной насосом 44, подключенным к теплообменнику 45, один конец 46 которого опущен в скважину 47 достаточной глубины (h), а другой конец (слив) 48 опущен на небольшую глубину. Энергия недр 47.1, 47.2 имеет определенную температуру. Линия 23 (W) подключена к преобразователю электроэнергии 49, который подключен к реактору 50 (преобразующий воду в водород и кислород), подключенного к емкостям хранения кислорода 51 и емкостям хранения водорода 52, подключенных к паровому движителю 53 (турбине, преобразователю), подключенного к электрогенератору 54, подключенного к преобразователю напряжения 55, подключенного к линии 56. Система управления 57 подключена к генератору 54 и движителю 53, для обеспечения необходимых параметров вырабатываемой электроэнергии. Система газораспределения водорода 58 подключена к емкости хранения водорода 52. Система газораспределения кислорода 59 подключена к емкости хранения кислорода 51. Емкость для воды 60 подключена трубопроводом 61 к реактору 50 и трубопроводом 62 к конденсору 63, подключенному к движителю 53. На фиг.3 изображен ВПЭС 43, объединенный в сеть. На фиг.4 изображен вариант расположения ВПЭС 43 в жилых домах 64, связанных коммуникациями 65.1, 65.2, 65.3 с преобразователем и хранилищами кислорода 51, водорода 52 и со скважиной 47.

Устройство работает следующим образом. Солнечный поток 38 проходит через прозрачную поверхность пленки 26 и нагревает воздух в пространстве между пленкой 26 и поверхностью земли или водной поверхности или поверхностью зачерненной пленки 36. Нагретый воздух вытесняется более холодным и создает поток (П) 9 идущий в верхнюю часть канала 12, где выходит на определенной высоте. Поток (П) 9 вращает крыльчатку 20, которая приводит во вращение вал генератора 17, который вырабатывает электрическую энергию (W), которая посредством линии 23 поступает к потребителю. При необходимости посредством системы управления 40 насосная станция 39 по трубопроводам 42 и через управляемые клапаны 41 уменьшает давление в оболочках 1, 10, 16, 28 и пр., что приводит к опусканию всей конструкции (при повышении давления к подъему конструкции).

После опускания эта конструкция может быть установлена в другом месте, куда оттранспортирована с помощью транспортных средств или отбуксирована по водной поверхности. ВПЭС 43 может работать с подводом теплоты недр. В этом случае тепло недр (фиг.2) нагревает воду в скважине 47, которая насосом 44 подается в теплообменник 45, нагревая вышерасположенный воздух, который устремляется в канал 12, как было описано выше, и вырабатывает электроэнергию. Далее вода из теплообменника 45 сбрасывается в скважину 47, и цикл повторяется вновь. При этом ВПЭС 43 может работать и во время отсутствия солнечной энергии. В другом варианте энергия (W) по линии 23 поступает в преобразователь электрической энергии 49 и далее в реактор 50, где вода из емкости 60 разлагается на водород и кислород, и далее закачивается в емкости для кислорода 51 и емкость для водорода 52. О₂ и Н₂ далее используют для получения стабильной электрической энергии путем сжигания водорода и кислорода (или воздуха) и превращения воды в пар, давая энергию движителю 53 под управлением системы управления 57. Движитель 53, например турбина, приводит в движение электрогенератор 54, вырабатывающий стабильную электрическую энергию определенного количества фаз, напряжения и частоты. Отработанный пар в конденсоре 63 превращается в воду и вновь закачивается в емкость для воды 60. Электроэнергия (W) поступает в преобразователь 55 и по линии 56 поступает потребителю. ВПЭС 43 могут быть объединены в сеть для обеспечения более надежных поставок электроэнергии (фиг.3). ВПЭС 43 также может использоваться в многоэтажных домах 64, например, путем установки их в вентиляционных шахтах или рядом с этими домами, как показано на фиг.4, а тепло недр можно использовать для отопления помещений, что дает большой экономический эффект, запас энергии и автономность, что в целом повышает устойчивость цивилизации.

Предлагаемое устройство может быть реализовано как в микроразмерах, так и в макроразмерах. Устройство просто в изготовлении, надежно, экологично и эффективно по сравнению с прототипом. Воздушные потоки, организованные с помощью нагретого воздуха, существуют постоянно в летние и зимние месяцы на водной поверхности и на суше. Установка таких устройств над водной поверхностью еще более эффективна, в силу того, что не занимает места на суше. Устройство легко транспортируется, легко собирается на поверхности и имеет малые капитальные затраты по его изготовлению. Устройство может способствовать получению электроэнергии в малонаселенных местностях, куда трудно доставить иным способом электрическую энергию, например при освоении севера, где можно получать с помощью электроэнергии водород и дальше использовать его в качестве энергии для транспортных средств, а не доставлять нефть с материка.

Предлагаемое устройство позволяет преобразовать трудно используемую тепловую энергию недр в активно используемую электроэнергию.

Также устройство может быть установлено на других планетах, там, где есть атмосфера.

Claims (2)

1. Воздушно-потоковая электростанция, содержащая воздушный канал, в котором установлен генератор с крыльчаткой, и оболочки, наполненные газом легче воздуха, например гелием, отличающаяся тем, что воздушный канал выполнен в виде тросовой конструкции и покрыт воздухонепроницаемой тканью, причем тросовая конструкция содержит кольцевые пояса на определенном расстоянии друг от друга и поддерживается оболочками, крепящимися к верхней части конструкции и на определенном расстоянии друг от друга по высоте к соответствующим поясам, причем оболочки посредством клапанов и трубопроводов подключены к насосной станции, содержащей емкости для газа легче воздуха, например гелия, причем на заданном расстоянии от поверхности земли или воды к соответствующим поясам прикреплена тросовая система, крепящаяся также к оболочкам либо к рычагам, закрепленным также за поверхность земли посредством блоков, или прикрепленная к поплавкам, которые прикреплены к якорям, которые могут прикрепляться ко дну или находиться в толще воды, причем к тросовой системе крепится пленка, прозрачная для солнечного излучения, водная поверхность или суша могут быть покрыты также пленкой.

2. Электростанция по п.1, отличающаяся тем, что под куполом пленки, крепящейся к тросовой системе, установлен теплообменник, который подключен к насосу, который подключен к другому теплообменнику, находящемуся возле источника тепла, например в глубине Земли, причем генератор электроэнергии подключен к преобразователю воды в водород и кислород, подключенному к накопителю и распределителю водорода и кислорода.

Images