АТМОСФЕРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ КУЩЕНКО В.А.
VA KUSHCHENKO'S EXPOSURE POWERPLANT

Изобретение относится к области получения энергии, в частности атмосферного электричества.
Известна атмосферная электростанция (патент РФ №2124821, МПК H05F 7/00, 1999), обеспечивающая возможность летательным аппаратам и космическим кораблям заряжаться энергией непосредственно при полете в атмосфере. Недостатком этого устройства является малый запас энергии, который можно получить, не позволяющий полноценно запитать поселок или производство.
Известен многофункциональный воздушный шар (патент РФ №2333134, МПК H05F 7/00, B64B 1/50, 2008), содержащий оболочку шара, которая может служить в качестве электрода для получения атмосферного электричества. Недостатком этого устройства является отсутствие накопителя энергии, полученной от атмосферного электричества, что делает это устройство неэффективным.
Известно устройство для использования электрической энергии молнии и атмосферы в целом (патент РФ №2332816, МПК H05F 7/00), содержащее громоотвод в виде стержня и в качестве накопителя энергии, индукционную катушку или открытую, или закрытую емкость, наполненную электролитом. Недостатком этого устройства является то, что не везде и не часто происходят грозы. В связи с этим устройство неэффективно. Также наличие открытой или закрытой емкости в качестве заземлителя недостаточно для выработки количества пара, обеспечивающего стабильное получение электроэнергии и не только во время грозы. Электролит является агрессивным веществом, что быстро изнашивало бы паровую машину.
Известен способ аккумулирования атмосферной электроэнергии и устройство для его осуществления (патент РФ №2293451, МПК H05F 7/00, 2006 - прототип), позволяющие получать электроэнергию при любых погодных условиях: при грозе и при ее отсутствии. Для этого аэростат помещают в электропроводящую оболочку, удерживаемую диэлектрическим тросом на высоте наибольшего атмосферного электричества. В качестве накопителя энергии используется емкостный накопитель электричества.
Недостатком прототипа является трудность поиска вручную наибольшего количества электричества, использование только разности потенциалов между атмосферой и Землей и невозможность использования разности потенциалов между разными слоями атмосферы по вертикали и горизонтали. Высота подъема одним аэростатом на тросе не может быть большой в связи с весом троса. Емкостный накопитель недостаточен для промышленного использования энергии. Создается невозможность в силу больших разрядов в грозу сохранять и накапливать энергию и невозможность искусственно создавать условия наибольшего благоприятствования стеканию заряда или пробоя. Отсутствие возможности интенсификации или инициализации пробоя. Отсутствие возможности регулировать подачу зарядов, а также амплитуду и частоту выходного напряжения электричества в рамках единой сети атмосферных и других электростанций, входящих в систему.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей электростанции, ее универсальности и автономности.
Технический результат достигается тем, что в атмосферную электрическую станцию, содержащую шар легче воздуха, покрытый проводящей оболочкой, подключенной к накопителю электрической энергии, диэлектрический трос, систему подъема и опускания шара, согласно изобретению, в нее дополнительно введена группа шаров легче воздуха, наполненных, например, гелием, прикрепленных к силовому тросу, обеспечивающих перекрытие по высоте всех электрических слоев атмосферы, проводящие оболочки шаров отделены от поверхности шаров термоэлектроизоляторами и подключены через соответствующие дистанционно управляемые рубильники к двум силовым проводникам, подключенным через соответствующие дистанционно управляемые рубильники к реактору, который подключен к системе подготовки воды, подключенной через дистанционно управляемый рубильник к заземлителю и через другой дистанционно управляемый рубильник к реактору другой атмосферной электрической станции, паровой выход реактора через соответствующий клапан подключен к системе преобразования энергии, которая подключена к системе утилизации воды, которая подключена к системе подготовки воды, причем реактор находится на изоляторах над или под уровнем земли, причем система подготовки воды подключена к наземному насосу, подключенному через трубопроводы к насосам, расположенным на силовом тросе, подключенные через соответствующие трубопроводы и соответствующие дистанционно управляемые клапаны к распылителям, находящимся на креплениях шаров к силовому тросу, наземный насос также подключен к пульту управления, причем на силовом тросе крепятся датчики уровня напряжения, которые по соответствующим линиям подключены к соответствующим индикаторам пульта управления, который также подключен к системе подъема - опускания силового троса, линиям включения - выключения блоков передачи радиосигнала и лазерного сигнала побуждения грозовых разрядов, подключенных к соответствующим излучателям, причем приемник ударов грозовых разрядов через дистанционно управляемый рубильник подключен к первой силовой линии, причем силовой трос выполнен с диэлектрическими вставками, причем все коммутации силового троса объединены в группы, обеспечивающие подъем и опускание шаров, причем силовой трос удерживается в горизонтальных направлениях растяжками, причем общий блок питания по соответствующим линиям подключен к соответствующим блокам побуждения грозовых разрядов.
Атмосферные электрические станции закольцованными линиями силового напряжения и информационными линиями соединены между собой и обычными электрическими станциями, входящими в систему.
Причем блок передачи сигналов побуждения грозового разряда содержит аккумуляторный блок, подключенный к блоку ключей, подключенный к блоку питания, подключенный к генератору, подключенный к делителю и к умножителю напряжения, подключенный к усилителю, подключенный к передатчику, подключенный к схеме развязки побуждающего сигнала и силового напряжения от удара молнии, подключенного через предохранитель к приемнику удара молнии, подключенный к пробойнику, подключенный через термоустойчивую перемычку высокого сопротивления к входу пробойника, причем излучатель побуждающего сигнала и приемник удара молнии могут быть выполнены не соединяющимися.
Причем общий реактор содержит группу реакторов, выполненных в виде замкнутых электронепроводящих емкостей, наполненных до определенного уровня кольцами (цилиндрами) и по этот уровень залитых водой (рабочим телом), причем торцы емкостей являются токопроводящими, первый из которых заземлен через термоустойчивую перемычку высокого сопротивления, а второй через дистанционно управляемый рубильник подключен к земле, причем емкость снабжена предохранителем избыточного давления, датчиками давления, датчиками уровня воды, подключенными к пульту управления, причем соответствующие дистанционно управляемые клапаны подключены к насосу, также дистанционно управляемому, который подключен к емкости, снабженной датчиками уровня, подключены к охладителю, подключены к выходам паровых машин.
Причем кольца (цилиндры) Кущенко В.А. выполнены в виде спирально свернутых поверхностей с отверстиями по поверхности.
Причем система преобразования энергии содержит паровые машины, первые из которых подключены к соответствующим электрическим генераторам, а вторые - к накопителям энергии, например, механическим и гидравлическим и далее также подключенных к соответствующим электрогенераторам, обеспечивающих стандартное напряжение и частоту силового сигнала в кольцевую линию, причем к обоим группам паровых машин через дистанционно управляемый клапан, через измеритель давления, через управляемый дроссель и через другие дистанционно управляемые клапаны посредством трубопроводов подключены к паровым выходам соответствующих емкостей реакторов.
Причем пульт управления содержит соответствующие клавиши и индикаторы соответствующих датчиков, которые также подключены к цифровому процессору, который подключен к аналогичным цифровым процессорам других атмосферных и обычных электростанций, входящих в общую систему.
Изобретение поясняется чертежами, фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5.
На фиг.1 изображена общая схема соединения атмосферных электрических станций (АТЭС) 1 и обычных электростанций (ОЭС) 1.1, которые проводниками 2 подключены кольцевым образом к потребителям 3. Все АТЭС 1 и ОЭС 1.1 объединены информационным каналом.
На фиг.2 изображена схема пространственного расположения элементов и блоков АТЭС - 1а и дублирующей ее АТЭС - 1б. На поверхности Земли 4 находится система подъема - спуска 5 воздушных шаров 6 (на вершинах которых стоят аэронавигационные маяки 6.1), наполненных, например, гелием, закрепленных с помощью держателей 7 к несущему тросу 8. Вокруг шаров (аэростатов) 6 на теплоэлектризоляторах 6.2 закреплена проводящая поверхность 6.3 (например, в виде металлической сетки). На держателях 7 размещены распылители (разбрызгиватели, разбрасыватели) 7-1. К тросу 8 прикреплены лазерные излучатели 7.2. На держателях 7 также размещены дистанционно-управляемые рубильники 7.3 (а, б). На тросе 8 также закреплены насосы 7.4. Клапаны 7.5 для подачи жидкости (материала) в распылители 7.1 закреплены на держателе 7. Датчики величины и знака напряжения в атмосферном слое 7.6 размещены на тросе 8 на высотах, перекрывающих все электрические слои атмосферы. Трос 8 разделен диэлектрическими вставками (изоляторами) 7.7. На тросе 8 закреплены излучатели 9, подключенные с одной стороны (фиг.3 а) к пробойникам (Прб) 10, с другой через предохранители (Пр) 11 к развязывающим схемам (РЗВ) 12, обеспечивающим гальваническую развязку схем (например, индуктивная развязка). Выходы Прб 10 объединены и специальным проводником 11.1а, закрепленным на несущем тросе 8 (с растяжками 8.1), подключены к реактору (РКТ) 13. На несущем тросе 8 также крепятся блоки передатчиков (БПРД) 14 (14.1, 14.2). БПРД1 - 14.1 обеспечивает излучение на радиочастоте (900 ГГц). БПРД2 - 14.2 обеспечивает работу лазерного излучателя 7.2. БПРД1 - 14.1, излучатель и приемник разрядов молнии могут быть выполнены отдельно друг от друга. В БПРД2 - 14.2 излучатель (приемник ударов молнии) может быть убран. Выходы Прб 10, БПРД1 - 14.1 и БПРД2 - 14.2 объединены и подключены к дистанционно управляемому рубильнику 7.8.
К каждому БПРД - 14 подведено напряжение от общего блока питания (ОБП) 15 (коммуникации, находящиеся на тросе 8, сгруппированные в соответствующие разъемы 15.1, обеспечивающие подъем - опускание шаров), проводниками 16, которые крепятся изолированно на несущем тросе 8, на котором проходит и провод 17, по которому приходят сигналы включения-выключения БПРД - 14, который подключен к пультовому устройству (пульт управления - ПУ) 18. Реактор (РКТ) 13 подключен к системе подпитки рабочей жидкостью (например, водой) (СПТ) 19. Насос 18.1 также подключен к СПТ 19, к ПУ 18 и к трубопроводу 16.1, к каждому насосу 7.4, которые подключены к соответствующим клапанам 7.5, подключенным к соответствующим распылителям 7.1. Клапаны 7.5 по линиям 16.2 подключены к соответствующим клавишам ПУ 18. Линии 17.1 подключены к соответствующим рубильникам 7.3 (а, б), подключающим (или отключающим) соответствующие токопроводящие оболочки 6.3 от проводов 11.1 (а, б). ПУ 18 по линиям 17.2 подключены к дистанционно управляемым рубильникам 7.8, отключающим приемники ударов молнии. ПУ 18 по линиям 17 (а, б) подключены к соответствующим БПРД1 - 14.1, БПРД2 - 14.2, обеспечивающим их включение или выключение. Соответствующие датчики напряжения 7.6 подключены линиями 17.2 к соответствующим индикаторам Д - 7.6.1 - Д - 7.6.n ПУ 18. По этим датчикам можно получить напряжение Un между заданным слоем в атмосфере и Землей. По этим данным рассчитывается напряжение Um между слоями атмосферы. Линия 11.1б подключена через дистанционно управляемый рубильник 21.3 к другому токопроводящему торцу РКТ 13, который также подключен к дистанционно управляемым рубильникам 21.1, 21.2. Последний подключен к разъему 21.4, подключенному к аналогичному разъему АТЭС 1б.
РКТ 13 также подключен газо (паро) проводом 20 через управляемый клапан 21 к системе преобразования (СП) 22. Токопроводящий торец 23 токонепроводящей оболочки 23.1. РКТ 13 (выдерживающая высокое давление газа) подключена к заземлителю 24 и находится на изоляторах 25. СП 22 подключена к системе утилизации энергии рабочего тела (СУТ) 26, которая может быть закольцована с СПТ 19. Высота (Н) подъема шаров АТЭС определяется системой подъема- спуска 5 и может перекрывать все электрические слои атмосферы (80 км).
На фиг.3 а изображена схема блока передатчика (БПРД) - 14 (14.1, 14.2). Здесь аккумуляторная батарея (АБ) 27 подключена к блоку ключей (БК) 28, подключена к блоку питания (БП) 29, подключена к генератору импульсов (Г) 30, подключенному к умножителю напряжения (УМН) 31 и к делителю (Д) 32, подключена к разрешающему (р) входу усилителя (У) 33, подключена к выходу УМН 31 и к входу передатчика (ПРД) 34, подключена к развязывающей схеме (РЗВ) 12. Разрешающий (р) вход БК 28 составляет третий вход каждой БПРД - 14, который подключен к ПУ 18 (через провод - 17). БП 29 каждого БПРД - 14, посредством проводников 16 подключен к ОБП15(фиг.2, фиг.3б).
На фиг.4 (а) изображена схема реактора (РКТ) 13. Провод 11.1 (a) приходит на рубильник 35 и далее прикрепляется к токопроводящему торцу 36 токонепроводящей оболочки 23.1, в которой находятся кольца (цилиндры). По аналогии с кольцами Рашига их можно назвать спиральными ВК - кольцами (или цилиндрами Кущенко, фиг.4б) 37, где h - высота, d - диаметр спирального цилиндра, δ - шаг спирали. Поверхность каждой спирали имеет отверстия, расположенные, например, в шахматном порядке. В оболочке 23.1 также налита по уровню ВК - колец жидкость (например, вода) 38.1. Заливка жидкости осуществляется через управляемый клапан (В) 38. Слив через управляемый клапан 39 (С), выход образующегося газа 40 проходит через управляемый клапан 41 (A). На оболочке 23.1 крепятся предохранительный клапан 42 и датчик давления 43.
На фиг.5 изображена схема подключения реакторов (РКТ) 13. Здесь разъемное соединение (РЗМ) посредством проводника 11.1 (a) подключено к управляемым с пульта (ПУ 18) рубильникам (Р) 35, посредством проводников 11.1 (б), подключенных к соответствующим РКТ 13 (1-n). Рубильники 35 подключены к соответствующим клавишам (системам) ПУ 18. Насос (Н) 44 жидкости рабочего тела подключен к управляемым клапанам (В) 38. Клапаны В 38, С 39 подключены также к соответствующим клавишам ПУ 18. Клапаны (КЛ) 41 подключены к соответствующим клавишам ПУ 18 и к трубопроводу 46. На ПУ 18 также находятся индикаторы 45 датчиков давления (ДД) 43. Газопроводы 46 объединены и подключены к клапану 21 и далее к управляемому дросселю (Др) 47 (подключенных к соответствующим клавишам (системам) ПУ 18) и далее к датчику давления (Дт) 48, подключенному к соответствующему индикатору ПУ 18. СП 22 состоит из клапанов 49, из машин преобразования (МП) 50, 51 (одной или нескольких), например, парового (обычного или роторного) двигателя, которые своими утилизационными выходами (УТ) подсоединены к СУТ 26 (это может быть система отопления). МП 50 приводит в движение электрический генератор (ЭГ) 52. МП 51 приводит в движение накопитель энергии (НКП) 53, подключенный к соответствующим выходам ЭГ 52 и к датчику напряжения (ИН 53.1), подключенному к соответствующим индикаторам ПУ 18. Ут - выходы МП 50, 51 подключены к охладителю (ОХЛ) 51.1, который подключен к емкости (Е) 51.2, подключенной к насосу (Н) 44. Через ОХЛ 51.1 может проходить теплоноситель (например, воздух или вода).
На выходах ЭГ 52 снимается рабочее напряжение, подаваемое в сеть АТЭС. Разрешающий вход НКП 53 подключен к соответствующей клавише ПУ 18. Выходы-входы клавиш и индикаторов ПУ 18 подключены к цифровому (ВК-Ц) процессору 54. В качестве НКП 53 могут быть использованы маховики с электрическими генераторами, аккумуляторные батареи, водородные преобразователи, гравитационный подъем воды и т.д.
Для предотвращения замерзания рабочей жидкости в холодное время года РКТ 13 может размещаться ниже уровня земли (фиг.4, положение А). Прб 10 может быть закорочен тугоплавким проводником (ТП1) высокого сопротивления. Выход РБ 35 также может быть заземлен тугоплавким проводником высокого сопротивления (ТП2). Устройство работает следующим образом. Емкости 6, наполненные, например, гелием, поддерживают систему в вертикальном состоянии (фиг.2). Нажав соответствующую клавишу ПУ 18, ОБП 15 подает напряжение по проводам 16 на БП 29 соответствующих БПРД - 14. При отключении БП 29 и подаче сигнала на р - вход БК 28, соответствующие БПРД - 14 могут работать автономно от своих АБ 27. При подаче напряжения на Г 30 он вырабатывает импульсы, которые проходят на УМН 31 и Д 32, которые формируют время работы У 33, который подает сигналы на ПРД 34, который формирует периодический (Д - 32) высокочастотный сигнал, поступающий через РЗВ 12 в излучатель 9. Этот сигнал осуществляет побуждение атмосферного электричества в виде электрического разряда (молнии) ударить в соответствующий излучатель 9. Посредством ТП1, ТП2 на излучателях 9 находится потенциал «земли». Полученный разряд проходит соответствующий излучатель 9, Прб 10, провод 11.1 и поступает на торцевую стенку 36 РКТ 13. ВК-кольца контактируют друг с другом и с жидкостью. Разряд минует ТП1, ТП2 и проходит по линии Прб 10, линия - 11.1, ВК-кольца 37 РКТ 13, заземлитель 24. При этом в местах контактов между ВК-кольцами образуется большое количество искр (расстояние 8 подбирается так, чтобы пробой хорошо осуществлялся). Жидкость вскипает. Образуется пар, который проходит по газопроводу 46 в МП 50, 51, которые преобразуют давление пара в крутящее (например) движение валов. Вал МП 50 приводит в движение ЭГ 52, который вырабатывает электрическую энергию. Вал МП 51 приводит в движение накопитель (НКП) 53. Посредством работы с клавишами ПУ 18 или в автоматическом режиме, посредством ВК-Ц-процессора 54 осуществляется регулирование подачи разрядов на соответствующие РКТ 13, подачи питающей жидкости и выход газа (пара) дросселированием (регулированием) давления на входах МП 50, 51, их включение или выключение, просмотр давлений в РКТ 13 (1-n) и выходящего напряжения (точки 1, 2 W, фиг.5). В случае малого количества разрядов энергия может получаться из НКП 53, из кольцевой системы других АТЭС (фиг.1). Если ударов много, отключается соответствующий БПРД - 14, РКТ 13, энергия накапливается в НКП 53. При нажатии соответствующей клавиши ПУ 18 начинает работать БПРД2 14.2, который аналогично вышеописанному обеспечивает подачу через соответствующий излучатель 7.2 лазерного луча, также стимулирующего образование канала пробоя атмосферного электричества. При нажатии соответствующей клавиши-ПУ 18 начинает работать насос (Н) 18.1 и насосы 7.4, которые подают жидкость через открытые (соответствующими клавишами ПУ 18) клапаны 7.5 в соответствующие распылители 7.1, которые создают аэрозольное облако, которое также способствует получению грозовых разрядов. В период отсутствия грозовых разрядов, напряжение из атмосферных слоев (400 кВ) снимается с помощью оболочек 6.3, ток от которых может идти через дистанционно управляемые рубильники 7.3 (а, б), либо по линии 11.1а на переднюю стенку РКТ 13 и далее через кольца на заднюю стенку РКТ 13 и на Землю. Либо по линии 11.1б на заднюю стенку РКТ 13. Посредством датчиков напряжения 7.6, расположенных по высоте троса 8, перекрывающего все электрические слои атмосферы и соответствующих индикаторов ПУ 18, оператор или процессор 54 определяет потенциал слоев относительно Земли и, выбрав определенный слой, открывает соответствующие рубильники 7.3 (а, б). При необходимости изменяет высоту подъема токопроводящих поверхностей 6.3 с помощью механизма 5. При этом напряжение может быть между слоем атмосферы и Землей. Если необходимо подать напряжение на РКТ 13 между слоями, то открываются соответствующие рубильники 7.3 (а, б) и каналы 11.1 (а, б) и закрываются соответствующие рубильники 21.1, 21.2, и соответствующее напряжение прикладывается к обеим стенкам РКТ 13. Если же выключены рубильники 21.1, 21.3 и включен рубильник 21.2, то напряжение подается на два соответствующих РКТ 13 (АТЭС - 1а, АТЭС - 1б) с разных высот и горизонтально разделенных слоев в атмосфере. Рабочее тело (жидкость, пар) через Ут-выходы МП-50-51 проходят ОХЛ 51.1, где отбирается тепло и пар превращается в жидкость и попадает в Е 51.2, из которой насос (Н) 44 вновь возвращает жидкость в РКТ 13.1-13.n через дистанционно управляемые клапаны 38.1.
По сравнению с прототипом устройство обладает следующими преимуществами:
1. Позволяет получать электроэнергию из атмосферы Земли в виде, пригодном для практического использования.
2. Позволяет создать установку получения такой энергии, достаточной для обеспечения промышленных и бытовых целей.
3. Автономна от других источников энергии, экологически чиста, имеет возможность наращивать мощности от малого до крупного.