АЭРОСТАТНОЕ УСТРОЙСТВО
BALLOON ASSEMBLY

Изобретение относится к области использования возобновляемых источников энергии, которые могут быть использованы при получении льда, и может быть использовано в пищевой, рыбоперерабатывающей, фармацевтической, микробиологической промышленности, а также на предприятиях агропромышленного комплекса.
Типичный генератор льда периодического действия имеет в своем составе термостат, измеряющий температуру лотка со льдом. Генератор льда находится в морозильном отделении, и его производительность определяется температурой в этом отделении: чем ниже температура, тем быстрее идет выработка льда. При достижении лотком температуры заранее заданной температуры термостат замыкает цепи электромотора и нагревателя лотка. Мотор приводит в движение гребенку, удаляющую готовый лед, лоток подогревают снизу, чтобы отделить от него готовые кубики льда. Процесс удаления готового льда из лотка занимает 3…5 мин. Гребенка сдвигает готовые куски льда в бункер, а рычаг, совершая оборот при исполнении каждого цикла генерации льда, проходит над ним. При заполнении бункера льдом рычаг занимает поднятое положение, и генератор льда отключается.
Недостатком данного устройства является низкая производительность и значительный расход электроэнергии вследствие большого термического сопротивления намороженного слоя льда.
Известен (US, патент 4697761) высотная разведывательная платформа, не требующая топлива, содержащая электродвигатель, приводящий во вращение воздушный винт. Поверхность платформы покрыта солнечными элементами, вырабатывающими электроэнергию, питающую электродвигатель. Дополнительно платформа содержит приемники инфракрасного излучения. Тепловая энергия от земли поступает на указанные приемники и далее к электродвигателю. Избыток электроэнергии, вырабатываемой солнечной батареей и приемниками инфракрасного излучения, накапливается в устройстве, которое при недостатке электроэнергии, поступающей от батареи и приемников, подается дополнительно на электродвигатель, позволяя летательному аппарату существовать в течение нескольких лет на больших высотах.
Энергетическая установка позволяет не ограничивать расстояние и время полета аппарата, но данная платформа не способна перевозить большие грузы, так как для создания подъемной тяги необходима гораздо больше энергии, чем может дать солнечная батарея.
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2407914) устройство возобновляемого получения электроэнергии и дистиллированной воды, содержащее конусообразный сборник, снабженный привязанными аэростатами и прикрепленным к его наружному краю кольцевым баллоном, надутым газом под избыточным давлением, гибкую трубу, прикрепленную к вершине конусной части сборника, длина которой больше максимального расстояния от уровня подвески сборника до земли, гидротурбину, связанную с указанной трубой и турбогенератором, и устройство распыления мелкодисперсного реагента, подвешенное к привязанному аэростату выше облака.
Известное устройство работает следующим образом. Для получения энергии и дистиллированной воды с использованием трех или более гелиевых привязных аэростатов поднимают конусообразный сборник из промышленной аэроткани несколько ниже уровня облака. К верхнему краю сборника прикреплен кольцевой баллон, надутым легким газом под давлением, превышающим атмосферное, что обеспечивает жесткость и форму конструкции. К вершине конуса прикреплена труба из аэроткани, длиной, превышающей расстояние до земли в поднятом состоянии сборника. Еще один аэростат с экологически чистыми мелкодисперсными реагентами (например, экологичным сухим льдом, кристаллами парения жидкого азота) поднимают выше сборника. С него по команде с земли эти вещества разбрасывают в облако, вызывая искусственный ливень. Вода стекает по поверхности сборника и собирается в гибкой трубе, исходящей из вершины конуса. Труба соединена с находящимся на земле входным коллектором гидротубины. На выходе сопел этого коллектора установлено рабочее колесо гидротурбины. Вал, на котором расположено рабочее колесо гидротурбины, соединен с электрическим турбогенератором. Выход гидротурбины связан трубопроводами с накопительными водяными емкостями, которые могут быть баками танкера. Надо отметить, что вследствие высоких концентрации энергии и скорости (до 200 м/с) поступающей воды, турбина и генератор могут быть выполнены высокооборотными и малогабаритными, в десятки раз меньшими сегодняшних энергетических гидротурбин с равной мощностью. Это дает возможность располагать наземную часть установки вместе креплениями тросов привязных аэростатов на транспортном средстве (например, танкере).
Работа установки происходит следующим образом. При наличии облаков надувают кольцевой баллон. После этого аэростаты, привязанные тросами к емкости и транспортному средству, на котором располагается наземная часть, поднимают конусообразный сборник на уровень облаков. Тросовая аэростатная обвязка поддерживает сборник и центральную трубу, воспринимая вертикальные и боковые усилия. Тросы содержат токопроводящую часть для защиты (а может быть и использования) от атмосферного электричества. Одновременно поднимают выше сборника привязной аэростат с устройством для распыления мелкодисперсного реагента и запасом его. По сигналу с земли мелкодисперсный реагент распыляют в облаке, вызывая конденсацию и выпадение влаги. Вода попадает в сборник и стекает к центральной трубе, в трубе под действием силы тяжести вода разгоняется до высоких скоростей и через коллектор попадает на лопатки рабочего колеса гидротурбины. Чистая дистиллированная, не загрязненная пылью нижних слоев атмосферы вода с выхода турбины направляется в емкости для питьевых и технических целей. Гидротурбина приводит во вращение ротор турбогенератора, вырабатывающим электрический ток для внешнего потребления.
Недостатком известного устройства следует признать его сложность, а также зависимость работы от движения воздушных потоков (ветра), который будет воздействовать на трубу. Кроме того, устройство может эффективно работать только при наличии мощного облачного слоя, способного выделить значительное количество воды.
Технический результат, получаемый в результате реализации разработанного технического решения, состоит в обеспечении искусственного получения льда при минимальных затратах энергии.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное устройство. Разработанное аэростатическое устройство содержит, по меньшей мере, два аэростата, соединенных гибкой связью, переброшенной через вал обратимой электрической машины, которая, работая в режиме электромотора поднимает или опускает аэростат, а в режиме электрогенератора вырабатывает электрический ток, причем аэростаты выполнены с возможностью поочередного заполнения насыщенным водяным паром с температурой свыше 100°С, а их оболочки содержат герметично закрытые клапаны.
Изобретение основано на физическом эффекте самопроизвольного подъема аэростата, заполненного газообразным веществом, плотность которого меньше плотности воздуха. Плотность воздуха составляет 29 единиц, в то время как плотность водяного пара составляет 18 единиц. Водяной насыщенный пар с температурой, превышающей 100°С, заполняющий объем баллона аэростата, будет поднимать аэростат вверх, при этом гибкая связь между аэростатами, перемещаясь вслед за аэростатом, будет проворачивать вал обратимой электрической машины, работающий в данном случае как генератор электрической энергии. При попадании баллона аэростата в верхние слои атмосферы насыщенный водяной пар начинает конденсироваться в капельки воды, которые затем превращаются в кристаллы водяного льда. При этом происходит уменьшение подъемной силы газа, заполняющего баллон аэростата, и аэростат начинает опускаться. Одновременно в баллон второго аэростата подают насыщенный водяной пар с температурой, превышающей 100°С. После заполнения баллона аэростат поднимается вверх, таща за собой гибкую связь, одновременно вращая вал электрической машины с выработкой электроэнергии и опуская первый аэростат вниз. После того, как первый аэростат опустится на уровень земли через герметичный клапан, установленный в его оболочке, из баллона выгружают образовавшийся лед. Одновременно в баллоне второго аэростата насыщенный водяной пар конденсируется в капельки воды, которые, замерзая, превращаются в кристаллы льда с одновременным уменьшением подъемной силы аэростата. В это время заполняют насыщенным водяным паром с температурой, превышающей 100°С баллон первого аэростата, и процесс генерирования льда продолжается.
Изобретение позволяет генерировать лед с одновременным генерированием электрической энергии. Таким образом, решена двуединая задача по обеспечению потребителей льдом и электрической энергией.
Для дополнительного генерирования электрической энергии предпочтительно использовать аэростат, у которого внешняя поверхность покрыта, по меньшей мере, частично солнечными элементами, подключенными посредством гибких проводников к потребителю электрического тока на земле и/или к аккумулятору. В качестве потребителя электрической энергии может быть использован парогенератор.
В некоторых вариантах реализации разработанного устройства к гибкой связи между аэростатом и валом электрической машины могут быть дополнительно прикреплены баллоны, выполненные из непроницаемого эластичного материала и заполненные газом с плотностью меньше плотности воздуха (водород, гелий, метан). Это позволит поднять баллон аэростата выше в более холодные слои атмосферы, где конденсация водяных паров и появление кристаллов льда будет происходить быстрее.
В некоторых вариантах реализации к аэростату может быть дополнительно прикреплена емкость, по меньшей мере, частично заполненная водой. Этот вариант применим, предпочтительно, когда аэростат обладает значительной подъемной силой и способен поднять дополнительно какой либо груз. Объем емкости определяют из расчета, что вода, налитая в емкость, замерзнет, не разрывая материал емкости. Наиболее предпочтительно использовать полимерную или эластичную емкость.
Для ускоренного спуска аэростата на землю гибкая связь, кроме вала электрической машины, может быть прикреплена еще и к лебедке. Использование лебедки практически обязательно, если к гибкой связи дополнительно прикреплены емкости (баллоны), заполненные газом с плотностью легче плотности воздуха.
Устройство может содержать, по меньшей мере, один дополнительный аэростат, соединенный дополнительной гибкой связью с валом генератора.
Использование разработанной системы позволяет практически без дополнительных расходов энергии получать значительное количество льда.