Область техники
Привязной летательный аппарат с всепогодной ветровой и солнечной электростанцией, использующий подъемную силу пара как средство получения электроэнергии, относится к технике летательных аппаратов, в частности к ветровым и солнечным электростанциям, размещенным на закрепленных летательных аппаратах, для получения электроэнергии при любой погоде с использованием экологически чистого источника энергии солнца и ветра. Она может быть использована в автономном режиме в любых регионах мира.
В настоящее время известны ветровые электростанции, где ветроколесо с генератором крепится на привязном аэростате, а электроэнергия передается на землю по кабелю (патент США №4073516, 1978 г., автор А. Клинг); ветроустановка, где аэростат, ветряк и генератор представляют единое целое (патент США №4350896, 1982 г., автор У. Бенуа); солнечная электростанция и способ ее эксплуатации (патент России №2034742, 1990 г., авторы: Братута Э.Г., Бродский В.Л., Симоненко B.C.); комплексная электростанция на дирижабле с подъемной силой пара в качестве источника электроэнергии (заявка на изобретение №2013155648, опубликована 20.06.2015 г., автор Карпухин М.Г.), в котором комплексная электростанция состоит из двух частей - ветровой и солнечной. Ветровую часть располагают внутри корпуса дирижабля, а гибкие фотоэлементы солнечной части крепят на внешней защитной обшивке мягкого корпуса дирижабля. В качестве подъемной силы дирижабля используют водяной пар, который получают от кипячения воды, налитой в отсеки мягкого корпуса дирижабля, электронагревателями. Температуру пара регулируют терморегуляторами. Мягкий корпус дирижабля состоит из сборных сегментов, собираемых из отдельных отсеков. Отсеки с внешней атмосферной стороны и сквозной ветровой канал с помещениями-секциями теплоизолируются. На площадке под корпусом дирижабля расположен инвертор для снабжения электронагревателей, терморегуляторов и другого собственного электрооборудования, находящегося на дирижабле, и обеспечения электроэнергией внешних потребителей. Крепят к земле дирижабль крепежным канатом при помощи электролебедки и вращающегося крепежного узла, расположенного на той же площадке. Указанное изобретение принято прототипом для предлагаемого автором изобретения. Основным его недостатком является небольшая выработка электроэнергии или совсем ее отсутствие при безветренной и пасмурной погоде.
Целью предложенного изобретения является получение электроэнергии при любой погоде от всепогодной комплексной ветровой и солнечной электростанции, расположенной на привязном летательном аппарате, использующем подъемную силу пара.
Раскрытие изобретения
Эту цель обеспечивает предложенное изобретение, в котором всепогодная комплексная ветровая и солнечная электростанция на привязном летательном аппарате, имеющем форму цилиндра со сквозным ветровым каналом с помещениями-секциями, проходящим по его центру вдоль его длины и имеющим входное и выходное сопла с одинаковыми диаметрами, равными диаметру корпуса-цилиндра, а внутренние диаметры сопел зависят от необходимой скорости ветра в ветровом канале, использующем подъемную силу водяного пара. Всепогодная комплексная ветровая и солнечная электростанция работает при любой погоде за счет движения воздуха в сквозном ветровом канале, которое возникает от его нагрева, так как сквозной ветровой канал с помещениями-секциями и ветровая часть всепогодной комплексной электростанции на привязном летательном аппарате находятся внутри корпуса-цилиндра, заполненного паром с температурой от 105 до 180 градусов Цельсия, а корпус-цилиндр закреплен перпендикулярно к земле наподобие дымовой трубы, и она постоянно вырабатывает электрическую энергию, мощность всепогодной комплексной электростанции зависит, в основном, от количества помещений-секций; превышение внешнего диаметра входного сопла над размером диаметра, с которого начинается сквозной ветровой канал, увеличивает скорость ветра в нем. Вторая часть всепогодной комплексной электростанции, солнечная, состоит из гибких фотоэлементов, закрепленных на внешней защитной обшивке летательного аппарата, и вырабатываемая ими электроэнергия зависит от количества фотоэлементов, которые размещаются на ней, и активности их солнечного освещения. Соответственно, указанная всепогодная комплексная электростанция будет вырабатывать электроэнергию при любой погоде и в любое время суток. В качестве подъемной силы закрепленного летательного аппарата используют водяной пар, который получают от кипячения воды, налитой в отсеки мягкого корпуса летательного аппарата, электронагревателями. Температуру пара регулируют терморегуляторами. Мягкий корпус летательного аппарата состоит из сборных сегментов, собираемых из отдельных отсеков. Отсеки в сегменты и сборные сегменты в единый корпус летательного аппарата собирают с помощью внешней защитной обшивки мягкого корпуса летательного аппарата. Летательный аппарат представляет собой цилиндр с мягким корпусом, в центре которого располагают сквозной ветровой канал с помещениями-секциями. Начинается и заканчивается ветровой канал одинаковыми соплами, диаметр входного и выходного сопел равен диаметру цилиндра-корпуса летательного аппарата, а диаметр ветрового канала принимается от необходимой скорости ветра в нем. Со стороны выходного сопла к корпусу летательного аппарата крепится защитный козырек, который позволяет защитить ветровой канал от атмосферных осадков и обеспечивает свободный выход нагретому воздуху. Отсеки с внешней атмосферной стороны теплоизолируют. Для снабжения электронагревателей, терморегуляторов и другого электрооборудования, находящегося на летательном аппарате, и обеспечения электроэнергией внешних потребителей и аккумуляторов в одном из помещений-секций располагают инвертор. Крепят летательный аппарат за оба конца цилиндрического корпуса летательного аппарата, входным соплом к земле, с помощью электролебедок. Размеры летательного аппарата зависят от необходимой мощности всепогодной комплексной ветровой и солнечной электростанции. Технический результат предложенного изобретения обеспечивает и поддерживает необходимую постоянную скорость ветрового потока для стабильной работы ветровой части, мощность которой зависит от количества помещений-секций, размещенных в корпусе летательного аппарата, она, совместно с солнечной частью, обеспечивает полноценную работу всепогодной комплексной ветровой и солнечной электростанции, расположенной на летательном аппарате, цилиндре, использующем подъемную силу пара как средство получения электроэнергии, давая необходимую мощность потребителям электростанции при полном отсутствии ветра в атмосфере и облачной погоде.
Осуществление изобретения
Всепогодная комплексная ветровая и солнечная электростанция на привязном летательном аппарате с подъемной силой пара по форме является цилиндром со сквозным ветровым каналом и состоит из двух частей - ветровой и солнечной. Ветровую часть располагают внутри, по центру корпуса летательного аппарата. Она состоит из входного и выходного сопел, сквозного ветрового канала и помещений-секций с оборудованием, которые представляют собой готовые электростанции и являются составной частью ветровой составляющей всепогодной комплексной электростанции на привязном летательном аппарате. Сквозной ветровой канал состоит из частей двух видов. Один вид, соединяющий входное сопло и первое помещение-секцию, а также все последующие помещения-секции до выходного сопла включительно изготавливают общеизвестным способом в виде кусков мягкого герметичного рукава с герметичными общеизвестными замковыми соединениями на их концах для быстрого и легкого монтажа мягкого герметичного сквозного ветрового канала. Их изготавливают из общеизвестной прочной водонепроницаемой синтетической жаростойкой, до 200 градусов Цельсия, ткани. Второй вид - это помещения-секции, герметично собранные из плоских сборных элементов и общеизвестной фасонной соединительной арматуры, изготовленной из углеполимерного материала с использованием общеизвестных крепежных и изоляционных материалов. В состав помещения-секции входят: два общеизвестных герметических замковых устройства, обеспечивающих соединение тканевого участка ветрового канала с помещениями-секциями; ветровое колесо; шкивы с диаметром ветрового колеса; оси со шкивами, передающие вращение генераторам; а при необходимости, ускоряющие шкивы с осями; генераторы, в количестве от одного и более. А инвертор, преобразователь постоянного тока в переменный, который обеспечивает током внешних потребителей и внутренние потребности электрооборудования самого привязного летательного аппарата, электронагреватели, терморегуляторы, сигнальные огни и т.д. размещают вместе с аккумуляторами в отдельном помещении на земле. Замковое устройство ветрового канала помещений-секций герметически присоединяют к замковому устройству мягкой части сквозного ветрового канала так, чтобы поток воздуха из него был направлен на половину ветрового колеса, установленного в передней части помещения-секции, а вторая половина ветрового колеса находилась в специальном углублении, максимально соответствующем конфигурации этой половины, но не мешающем вращению ветрового колеса и не создающего помех для движения ветрового потока. Ветровой канал в помещении-секции имеет прямоугольную форму с размерами: ширина равняется длине оси ветрового колеса; высота составляет половину диаметра ветрового колеса; длина принимается в зависимости от размеров оборудования от 2 до 5 метров. Зазоры между вращающимися и неподвижными деталями ветрового канала в помещении-секции принимаются в пределах от 0,5 до 5 сантиметров. Оси ветрового колеса, промежуточных ускоряющих шкивов, шкивов, передающих вращение ветрового колеса генераторам, устанавливают на подшипниках и располагают перпендикулярно движению ветрового потока. Все оборудование в помещении-секции, в том числе и генераторы, крепятся общеизвестными средствами и способами. Ветровое колесо, установленное в помещении-секции, состоит из оси и трех ветровых лопастей. Лопасти - это плоские пластины, оканчивающиеся с одной длинной стороны круглым стержнем. Их вставляют в отверстия со щелью на оси, диаметр которых равен диаметру круглых стержней на лопастях, а размер щели соответствует толщине плоской части воздушных лопастей, расположены они под углом в 120 градусов и на одном расстоянии от центра оси. Размеры плоских частей воздушных лопастей обеспечивают свободное вращение их в пространстве ветрового канала и в то же время обеспечивают минимальные потери воздушного потока при вращении ветрового колеса. С торцов оси, лопасти крепят общеизвестным способом двумя шкивами с диаметром, равным диаметру ветрового колеса. Каждое последующее помещение-секция имеет поперечное сечение ветрового канала меньше на несколько процентов от его первоначального размера за счет уменьшения ширины поперечного сечения ветрового канала, которое получают за счет уменьшения длины ветрового колеса, а ширина его остается постоянной, так как диаметр ветрового колеса остается постоянным. Это увеличивает скорость ветрового потока в ветровом канале помещений-секций, компенсируя сопротивление его движению. Количество помещений-секций определяется необходимой мощностью ветровой части всепогодной комплексной ветровой и солнечной электростанции на привязном летательном аппарате. Мощность солнечной части всепогодной комплексной электростанции зависит от количества гибких фотоэлементов солнечной части, которые располагаются на внешней защитной обшивке мягкого корпуса летательного аппарата, и она является конечной величиной. Мягкий корпус летательного аппарата собирают из сегментов, материал для их изготовления используют тот же, что и для участков мягкого ветрового канала, их изготавливают общеизвестным способом. Для сборки корпуса используют два вида сегментов - концевые и внутренние. Концевые сегменты содержат входное и выходное сопла, а внутренние имеют одинаковую конструкцию и размеры, их внешний диаметр равен наружному диаметру сопел, а толщина их выбирается по объему пара, получаемому из 500 литров воды. Каждый отсек оборудован шлангами с обратными клапанами для заливки в них воды. Общеизвестно, что при давлении, равном 1 атмосфере, один литр воды при его кипячении дает около 1600 объемов пара. Поэтому рассчитать необходимое количество воды для отсека не составляет труда. Количество внутренних сегментов, собираемых в единый корпус летательного аппарата, зависит от необходимой мощности всепогодной комплексной ветровой и солнечной электростанции на привязном летательном аппарате. Все отсеки летательного аппарата с наружной атмосферной стороны теплоизолируют общеизвестной многослойной теплоизоляцией, а сквозной ветровой канал крепят так, чтобы он находился в тесном контакте с внутренними стенками отсеков. Все части сквозного ветрового канала и диаметры внутренних сопел концевых сегментов герметично соединяются общеизвестными замковыми соединительными устройствами. Длина концевых сегментов соответствует длине внутренних сегментов. Водяной пар для привязного летательного аппарата получают кипячением воды в сегментах общеизвестными электронагревателями, расположенными внизу сегментов, для обеспечения ее полного испарения. Подогрев пара и поддержание его температуры осуществляют так же. Температурой пара управляют общеизвестные терморегуляторы, которые включают и отключают электронагреватели при уменьшении температуры менее 105 градусов Цельсия в сегментах и превышении безопасной температуры для мягкого материала сегментов. Электронагреватели представляют собой общеизвестный нагревательный элемент, заключенный в герметичный плоский круглый электроизоляционный корпус с хорошей теплопроводностью. Он закреплен в нижней плоской части полусферы из теплоизоляционного материала с отверстиями по ее сферической поверхности, обеспечивающими свободный допуск воды и пара к нагревательному элементу, но препятствующего прямому контакту его с мягкой оболочкой сегмента. Наибольшее количество электронагревателей располагают в нижней части нижнего сегмента. Пар, образовавшийся в нем, помогает кипятить воду во всех вышерасположенных отсеках. Управление терморегуляторами осуществляют автоматически. На выходном концевом сегменте от атмосферных осадков обустраивают предохранительный козырек, который оборудуют сигнальными огнями. Все электрооборудование привязного летательного аппарата соединено проводами. Аккумуляторы и инвертор размещают на земле в специальном помещении. Для получения первоначального пара используют общеизвестные автономные источники электроэнергии. Изготовление сегментов летательного аппарата, сквозного ветрового канала с помещениями-секциями, внешней защитной обшивки сегментов, с помощью которой их собирают в единый корпус летательного аппарата, крепежных элементов осуществляют общеизвестным способом централизованно. Сборку летательного аппарата осуществляют общеизвестным способом в районе его установки. Крепят его общеизвестным способом при помощи углеполимерных колец, скрепленных между собою углеполимерными тросиками, имеющих диаметр, равный внешнему диаметру входного и выходного сопел, которые располагаются на концах корпуса цилиндра, с помощью крепежного каната и шести лебедок на бетонном основании, по три на каждый конец цилиндра. Электролебедки, закрепляющие конец цилиндра с входным соплом, размещают по кругу с диаметром на два-три метра больше диаметра цилиндра, корпуса привязного летательного аппарата, а для конца корпуса с выходным соплом диаметр увеличивают в 3-6 раз. Электролебедки устанавливают через 60 градусов и каждый конец корпуса-цилиндра соединяют канатом через одну. Входное сопло размещают над землей на высоте 3-5 метров и закрывают его защитной сеткой с мелкой ячейкой. Совместная работа всепогодной комплексной ветровой и солнечной электростанции на привязном летательном аппарате позволяет получить любую желаемую мощность дешевой электрической энергии. Низкая стоимость и простота изготовления, возможность использования ее в любой местности и при любой погоде обеспечат экологическую безопасность природы от загрязнения атмосферы, позволят решить вопрос энергетического обеспечения сельскохозяйственных предприятий, фермеров, сельских жителей, дадут громадную экономию природных ресурсов, помогут ускоренному развитию экономики нашей страны.