ГИБРИДНАЯ АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

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.
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.
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].
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.
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.
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].
Недостатком этого изобретения является сложность конструкции, а при отсутствии источников подогрева и низкой скорости ветра до 3 м/с эффективность получения электроэнергии очень низкая.
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].
Наиболее близким по существу заявляемого изобретения является конструкция вихревого ветродвигателя, содержащая статор завихритель с конфузорами и устройство подогрева воздуха в виде горелки [4].
Существенным недостатком всех рассмотренных изобретений является тот факт, что выработка электроэнергии от ветра и солнца при длительном их отсутствии не эффективна.
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).
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.
Таким образом, одновременно в единой конструкции используются энергия ветра, Земли, Солнца, магнитных сил, то есть, получаем энергоэффективную и надежную конструкцию ГАЭУ.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Источники информации
1.Патент SU №1539382 от 30.01.1990 г.
2. Заявка на изобретение RU №94032497 от 20.06.1996 г.
3. Патент SU №2093702 от 20.10.1997 г.
4. Патент RU №2182985 от 27.05.2000 г.
5. Патент RU №2251022 от 27.04.2005 г.