Вентиляционная электростанция
VENTILATION POWER PLANT

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в устройствах и технологиях для возобновляемых источников энергии. Устройство включает трубу диаметром от 50 до 500 мм, устанавливаемую вертикально на стержневых опорах, на верху которой крепится дефлектор, служащий для увеличения потока воздуха через трубу и, соответственно, его напора, а в нижней части устройства, под трубой, помещается генератор постоянного тока мощностью от нескольких десятков Вт до максимально возможного значения, определяемого конструкцией и особенностями устройства генератора. Электрогенератор снабжается крыльчаткой, соединенной с ним полым штоком. (Фиг. 3).
Изобретение обеспечивает получение электроэнергии в широком диапазоне мощностей за счет использования различного количества устройств, работающих одновременно для обеспечения необходимых потребностей какого-либо объекта.
Получение электроэнергии состоит в том, что воздух, поступающий в нижнюю часть трубы, проходит через трубу с выходом его в верхней ее части, а для увеличения пропускной способности устройства за счет использования энергии ветра, на верхней части трубы установлен дефлектор, обеспечивающий увеличение напора, и вращает лопасти электрогенератора, производящего выработку электроэнергии.
Использующееся устройство получения электроэнергии основано на том, что тепловихревой колодец - электростанция содержит камеру поступления атмосферного воздуха 3, где нагретый солнечной энергией воздух попадает во внутреннюю полость вертикальной трубы 1 и создает поток, который захватывает лопасти 12, закрепленные на вертикальном валу 11, приводя в действие электрогенератор 13. На пути поступления атмосферного воздуха в вертикальную трубу могут быть установлены электронагреватели. Корпус камеры поступления воздуха накрыт крышками 2, а внизу снабжен конденсатором паров и емкостью для сбора конденсата 3 с козырьком для сбора дождевой воды 14. Изобретение обеспечивает, помимо производства электрической энергии, получение воды из атмосферного воздуха без внешних энергетических источников, RU 2535295 С2, 22.10.2012 (Фиг. 1).
Известен ряд конструкций, в том числе «Тепловихревая электростанция» В этой конструкции нагретый солнечной энергией воздух попадает во внутреннюю полость вертикальной трубы и создает поток, который захватывает лопасти, закрепленные на вертикальном валу, приводя в действие электрогенератор, RU 2070660 С1, 20.12.1996. Через отверстие в верхней части трубы воздух удаляется в атмосферу. Такая схема движения воздушного потока в теории вихревых труб именуется как «прямоточная».
В обоих случаях в качестве основного источника энергии для создания вихревого потока воздуха в трубе используется солнечная энергия. Поэтому максимальный эффект предлагаемая конструкция может обеспечить в зонах с жарким климатом.
Рабочий процесс начинается с нагрева наклонных крышек солнечной энергией. Атмосферный воздух, находящийся под ними, нагревается и поднимается вверх по внутренней поверхности трубы. Проходя через каналы, воздушный поток превращается в вихревой (движение по спирали). Этим воздушным потоком захватываются лопасти и через вал передают энергию генераторной установке. Нагретый воздух поднимается по трубе, вращая лопасти генератора. Так достигается функция электростанции.
Недостатком данного способа является то, что для получения электроэнергии требуется наличие солнечной энергии, обеспечивающей нагрев объема воздуха внутри полости под наклонными крышками, примыкающей непосредственно к трубе в ее нижней части. Кроме того, для обеспечения постоянного притока подогретого воздуха в устройство необходима большая площадь зоны подогрева (наклонных крышек) приточного воздуха.
2
Устройства подобной конструкции, имеющие общее название «солнечная башня», для того, чтобы экономично производить электроэнергию, должны быть очень больших размеров (Sclaich Jorg, Solar Chiney. - Axel Menges, Gmbh, 1995), (Фиг. 2). Опытный образец станции с номинальной мощностью 50 кВт, который успешно отработал 15000 часов в течение семи лет, имел крышу-коллектор диаметром 240 м и башню высотой 197 м. Этот образец был построен в Испании для проверки самой концепции. Полномасштабная станция, которая строится в Австралии, по оценке Enviro Mission, должна быть 5 км в диаметре и 1 км высотой, для того, чтобы вращать генератор мощностью 200 МВт. Она будет занимать площадь около 20 км и станет крупнейшим инженерным сооружением не только в Австралии, но и во всем мире (Удалов С.Н. Возобновляемые источники энергии. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2013, - 459 с.).
В предлагаемом изобретении достижение необходимых значений вырабатываемой мощности можно получить не за счет гигантизма создаваемых объектов - теплоэлектростанций, а с помощью одновременной работы требуемого числа предлагаемых устройств - вентиляционных электростанций, обеспечивающих конкретные потребности и задачи.
Целью настоящего изобретения является замена большого объема устройства, необходимого для подогрева воздуха, подаваемого в трубу, на конструктивное решение, использующее энергию ветра - дефлектор, который, в отличие от солнечной энергии, отсутствующей в темное время суток и в ненастное время, постоянно обеспечивает напор воздуха в устройстве. Дефлектор, увеличивающий напор воздуха в вентиляционной трубе помещения, одновременно являющейся напорной, повышает скорость вращения крыльчатки на штоке электрогенератора, обеспечивая эффективную выработку электроэнергии.
Причем, в данном случае дефлектор будет обеспечивать рабочий напор воздуха вне зависимости от изменения направления ветра, что влияет на эффективность работы ветро-электростанций, особенно с горизонтальной осью вращения. Поставленная задача решается следующим образом.
Осуществление изобретения
В здании различного функционального назначения устанавливается на стержневых опорах 2 на твердом основании 7 напорная труба 1, которая одновременно может выполнять роль вентиляционной, на верхней части трубы размещается дефлектор 3, обеспечивающий разрежение воздуха в вентиляции и улучшение тяги всей системы. Электрогенератор 5 располагается под нижней частью трубы соосно с ней с помощью крепления 6, а на полом штоке 8, соединенном с его валом, устанавливается крыльчатка 4, вращающаяся под действием напора воздуха в трубе.
Тяговая крыльчатка электрогенератора на полом штоке продвинута в нижней части трубы на высоту примерно 1 м от ее нижнего края, где образуется относительно устойчивый поток воздуха, необходимый для вращения лопастей крыльчатки электрогенератора. Крепление штока необходимо выполнить к боковым стенкам трубы спицами 9, предотвращающими вибрации и биение штока с возможным касанием лопастями крыльчатки стенок трубы.
Кроме того, при использовании данного устройства - вентиляционной электростанции есть возможность максимально компактного размещения параллельно работающих устройств, обеспечивающих электроэнергией определенный объект. В данном случае возможно применение большого количества устройств небольшой мощности взамен одного устройства - прототипа большой мощности, обеспечивающих в сумме такую же мощность, но при расположении их на значительно меньшей площади за счет отсутствия у каждого устройства нагревательного объема поступающего воздуха с наклонными крышками.
Преимущество заключается еще и в том, что устройства за счет их совместного компактного размещения могут быть закрыты декоративными (защитными, маскировочными) панелями, совершенно скрывающими их в конструкции самого объекта (жилого, офисного здания, механизированного паркинга, заправочной станции для электрокаров, и других сооружений).
Также, преимуществом является то, что устройство может быть мобильным, складным, легким в транспортировании, что может быть использовано в любых условиях - полевых, монтажных, войсковых и т.д. Естественным образом оно может быть замаскировано для использования в последнем случае, когда его можно смонтировать, например, параллельно с опорой на ствол дерева.
Одним из наиболее перспективных направлений применения предлагаемого устройства следует назвать его использование в технологиях автотранспорта на электротяге, что уже в настоящее время начинает приобретать все более широкое применение, с использованием в автомобилях гибридных двигателей, либо полностью электрических. Вентиляционная электростанция может быть встроена в электрозаправочные автостанции, даже в тех местах, где нет линий электропередач, в том числе, в отдаленных и глухих районах. Количество устройств по предлагаемой заявке должно быть необходимым для обеспечения электроэнергией предполагаемого числа потребителей (автомобилей), которые будут пользоваться услугами данного автоэлектрозаправочного предприятия. Принцип работы такой электрозаправочной станции основан на выработке электроэнергии в непрерывном режиме, с постоянным зарядом стационарных аккумуляторов большой емкости, располагающихся в хранилище станции. Заправка автомобилей производится от аккумуляторов, либо при работающих устройствах - электрогенераторах - непосредственно от них, которые в автоматическом режиме могут отключаться от аккумуляторов, чтобы не допускать их перезаряда
Краткое описание чертежей
Фиг. 1.
Основным элементом конструкции является вертикальная труба 1, установленная на камере поступления атмосферного воздуха, выполненной из вертикальных перегородок, накрытых наклонными крышками 2. Основанием для всей установки является емкость для сбора воды 3 с боковыми окнами для выхода воздуха, поступающего во внутреннюю полость после осушки.
В центре камеры поступления воздуха установлен конденсатор 4, выполненный из металлических труб и перемычек. Он предназначен для конденсации паров воды из проходящего охлажденного воздуха. Для изоляции конденсатора от входящего воздуха снаружи он покрыт теплоизоляционным слоем 5.
Камера поступления атмосферного воздуха соединена с вертикальной трубой 1 поясом, имеющим выходные наклонные каналы 6, обеспечивающие движение воздуха по внутренней поверхности трубы тангенциально с наклоном вверх.
Верхняя торцевая крышка 7 имеет радиальные прорези для выхода части воздуха вихревого потока.
Над верхней торцевой крышкой на небольшом расстоянии установлена плоская крыша 8, которая вместе с крышкой 7 создает зазор, обеспечивающий пониженное атмосферное давление при прохождении в этом зазоре воздушного потока (ветра).
Снизу на крышке 7 крепится конус 9, служащий для направления вихревого потока, достигшего крышки, вниз.
В конусе закреплены подшипниковые узлы 10, в которых устанавливается вертикальный вал 11. Снизу, на валу крепится горизонтальная штанга с лопастями 12, контактирующими с вихревым потоком воздуха, а сверху вал через муфтовое соединение приводит в движение электрогенераторный агрегат 13.
На боковой стенке нижней емкости 3 предусмотрен козырек 14 для сбора дождевой воды.
Фиг. 2.
Изображен внешний вид станции «солнечная башня», с центральной трубой-дымоходом, и концентрическими элементами стальной конструкции, поддерживающими полупрозрачную стеклянную крышу солнечного коллектора
Фиг. 3.
Устройство включает напорную трубу 1, устанавливаемую вертикально на стержневых опорах 2 на основании 7, на верху которой крепится дефлектор 3, служащий для увеличения потока воздуха через трубу и, соответственно, его напора, а в нижней части устройства, под трубой, с помощью крепления 6, помещается генератор постоянного тока 5 мощностью от нескольких десятков Вт до максимально возможного значения, определяемого конструкцией и особенностями устройства генератора. Электрогенератор снабжается крыльчаткой 4, соединенной с ним полым штоком 8, закрепленным относительно напорной трубы опорой 9.