RU2265161C2 - Solar energy conversion method - Google Patents
Solar energy conversion method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2265161C2 RU2265161C2 RU2002125301/06A RU2002125301A RU2265161C2 RU 2265161 C2 RU2265161 C2 RU 2265161C2 RU 2002125301/06 A RU2002125301/06 A RU 2002125301/06A RU 2002125301 A RU2002125301 A RU 2002125301A RU 2265161 C2 RU2265161 C2 RU 2265161C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- wind
- energy
- heat
- air flow
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Настоящее предлагаемое изобретение относится к области создания энергоустановок на основе использования солнечной энергии.The present invention relates to the field of creating power plants based on the use of solar energy.
Известен способ преобразования энергии солнечных лучей и естественного ветра, как одного из конкретных проявлений солнечной энергии в окружающей среде, в электрическую энергию, основанный на использовании принципа поглощения солнечных лучей зачерненной поверхностью, нагрева контактирующего с ней воздуха и направления его в воздухоотводящую трубу через ветротурбину, сочлененную с электрогененератором [см. А.С. СССР 1416745 "Энергетическая установка", F 03 D 9/00, опубликованное 15.08.88].A known method of converting the energy of sunlight and natural wind, as one of the specific manifestations of solar energy in the environment, into electrical energy, based on the principle of absorption of sunlight on a blackened surface, heating the air in contact with it and directing it into an exhaust pipe through an articulated wind turbine with electric generator [see A.S. USSR 1416745 "Power plant", F 03
Недостатком данного способа является низкая эффективность использования принципов и конструктивных решений, посредством которых он реализуется. В данном техническом решении создается практически ламинарное прямолинейное движение рабочего тела - воздуха в ветротурбину из окружающей среды через гелиопреобразующее пространство, содержащее зачерненную нижнюю поверхность и светопроницаемое теплоизолирующее верхнее покрытие. Такой режим движения воздушного потока не позволяет получить значительное энергетическое его насыщение до входа в ветротурбину и придать ему характеристики, хорошо сопрягающиеся с процессом преобразования энергии воздушного потока в механическую энергию вращательного движения ветротурбины.The disadvantage of this method is the low efficiency of using the principles and constructive solutions through which it is implemented. This technical solution creates an almost laminar rectilinear movement of the working fluid - air into the wind turbine from the environment through a helioconversion space containing a blackened lower surface and a translucent heat-insulating upper coating. This mode of movement of the air flow does not allow to obtain significant energy saturation before entering the wind turbine and to give it characteristics that are well matched with the process of converting the energy of the air flow into the mechanical energy of the rotational motion of the wind turbine.
Известен способ преобразования солнечной энергии, изложенный во французской заявке "Коллектор солнечной энергии повышенной эффективности" [см. Patent France №2698682, F 24 J 2/16, 2/20, 2/48, опубликован 03.06.94], использующий поглощение солнечных лучей зачерненной поверхностью, нагрев воздуха, контактирующего с горячей поверхностью из воздухопроницаемого гелиопоглощающего материала, и его дальнейшее перемещение через ветротурбину. Данное техническое решение в своем конструктивном исполнении более эффективно, чем предыдущее, в связи с важным применением воздухопроницаемого гелиопоглощающего материала. Однако и в данном случае ограничено используются как принципы интенсификации движущегося воздушного потока, так и потенциальные возможности воздухопроницаемого материала для усиления динамических характеристик движущегося воздухопотока.A known method of converting solar energy, as set out in the French application "Collector of solar energy of high efficiency" [see Patent France No. 2698682, F 24
Наиболее известным устройством преобразования солнечной энергии в электрическую энергию, широко дискутируемым в литературе, является электростанция "Solar Chimney", введенная в эксплуатацию к 1990 году поблизости к городу Манзанарес в Испании, которую называют в русской терминологии "Солнечным камином" [см., например, Лысов В.Ф. "Аэротурбинные электростанции", "Энергия", 1991 г., №6]. Несмотря на значительные размеры солнечного коллектора (диаметр 245 м, высота 1,85 м) и воздухоотводящей трубы (диаметр 10 м и высота 195 м) достигнутая мощность установки составила всего лишь 36 кВт. На основании полученных результатов в подавляющем большинстве научных и инженерных оценок делается вывод о неэффективности способа преобразования солнечной радиации посредством использования конвекции нагреваемого ветропотока, находящегося в условиях термодинамически равновесных состояний.The most famous device for converting solar energy into electrical energy, widely debated in the literature, is the Solar Chimney power plant, commissioned by 1990 near the city of Manzanares in Spain, which is called the “Solar Fireplace” in Russian terminology [see, for example, Lysov V.F. "Aero-turbine power plants", "Energy", 1991, No. 6]. Despite the considerable size of the solar collector (245 m in diameter, 1.85 m in height) and the air exhaust pipe (10 m in diameter and 195 m in height), the installed capacity reached only 36 kW. Based on the results obtained, the overwhelming majority of scientific and engineering assessments conclude that the method of converting solar radiation through the use of convection of a heated wind flow under thermodynamically equilibrium conditions is ineffective.
Обоснование такого отрицательного вывода со ссылкой на законы равновесной термодинамики несостоятельны. Во-первых, в данном техническом решении имеются конструктивные недостатки, связанные со слабостью конструкции солнечного коллектора, в котором не использован ряд процессов, обеспечивающих рост энергоотдачи, в том числе воздухопроницаемая гелиопоглощающая поверхность, средства парообразования, например с применением культивируемых растений и водных резервуаров, способных дать дополнительный экономический эффект в рамках тепличного комплекса наряду с повышением интенсивности энергетического насыщения воздушного потока. Кроме того, подход к конструктивному исполнению воздухоотводящей трубы оказался консервативным, приводящим к весьма высокой ее стоимости наряду с целым рядом других конструктивных недостатков. Во-вторых, в данном техническом решении также не осуществлены принципы вихреобразования, которые позволяют добиться наращивания скорости вращательного движения воздуха перед входом его в воздухоотводящую трубу, что вполне доступно для осуществления, имея ввиду масштабные круговые формы солнечного коллектора. Кроме того, не использована возможность целенаправленного создания термической неоднородности приземной гелиопоглощающей поверхности, за счет чего воздушный поток приобретает энергосодержащие вихревые структуры, способные усиливать течение.The rationale for such a negative conclusion with reference to the laws of equilibrium thermodynamics is untenable. Firstly, in this technical solution there are design flaws associated with the weakness of the design of the solar collector, which has not used a number of processes that provide increased energy efficiency, including breathable helioplastic surface, vaporization means, for example, using cultivated plants and water tanks capable of give an additional economic effect in the framework of the greenhouse complex along with an increase in the intensity of energy saturation of the air flow. In addition, the approach to the design of the exhaust pipe proved to be conservative, leading to a very high cost along with a number of other design flaws. Secondly, in this technical solution, the principles of vortex formation are also not implemented, which make it possible to increase the rotational speed of air before it enters the exhaust pipe, which is quite affordable for implementation, bearing in mind the large-scale circular shapes of the solar collector. In addition, the possibility of deliberate creation of thermal heterogeneity of the surface helioplastic surface was not used, due to which the air flow acquires energy-containing vortex structures capable of enhancing the flow.
Принцип возможного применения турбулентной генерации энергии вращательными вихревыми движениями воздуха, возникающими при парниковом солнечном нагреве приземного слоя, известен из теоретических разработок и отдельных попыток их практической реализации [см., например: Соловьев А.А., Солодухин А.Д. "Конвективный вихрь-преобразователь солнечной энергии." Изв. АН БССР, сер. физ. энерг. наук, 1989, №1]. Теоретические исследования показывают, что имеют место значительные возможности для наращивания эффективности преобразования солнечной энергии в механическую, если успешно создаются определенные условия для управления турбулентностью воздухопотока как рабочего тела в процессе преобразования инфракрасной составляющей солнечной энергии.The principle of the possible use of turbulent energy generation by rotational vortex air movements that occur during greenhouse solar heating of the surface layer is known from theoretical developments and individual attempts to implement them [see, for example: Soloviev A.A., Solodukhin A.D. "Convective vortex transducer of solar energy." Izv. AN BSSR, ser. physical energy Sciences, 1989, No. 1]. Theoretical studies show that there are significant opportunities for increasing the efficiency of converting solar energy into mechanical energy if certain conditions are successfully created to control the turbulence of the air flow as a working fluid in the process of converting the infrared component of solar energy.
Проект крупномасштабной гравитационно-тепловой электростанции предложен В.В. Кушиным [см., например: Кушин В.В. "Смерчи" М.: Энергоатомиздат, 1993 г.]. Однако это предложение носит, прежде всего, теоретический характер, так как не излагает способа реализации, пригодного для реальных инженерных и экономических условий.The project of a large-scale gravitational-thermal power plant was proposed by V.V. Kushin [see, for example: Kushin V.V. "Tornadoes" M .: Energoatomizdat, 1993]. However, this proposal is primarily of a theoretical nature, since it does not set out a method of implementation suitable for real engineering and economic conditions.
С учетом изложенного и разработанных теоретически принципов в области вихреобразования в энергетических воздушных потоках наиболее близким техническим решением к предложенному согласно изобретению является гелиоаэродинамическая электростанция с искусственной генерацией вращающегося течения [см. Pommer L.A. "Power Generator Utilizing Elevation-Temprature Differential". Патент США 4187686, МКИ F 03 G 7/04, опубл. в 1977 г.]. В основе ее находится вертикально расположенный цилиндр, замкнутый сверху и снизу. В цилиндре-трубе согласно указанному прототипу возникают вращающиеся потоки восходящего теплого воздуха и нисходящего холодного. Хотя вихревые потоки приобретают энергетический потенциал значительной величины, вывод нагретого вихревого воздухопотока из замкнутой трубы через соответствующие каналы связан с большими потерями его кинетической энергии. И это является, наряду с другими недостатками, самым главным недостатком названного прототипа.In view of the principles stated and theoretically developed in the field of vortex formation in energy air flows, the closest technical solution to the proposed according to the invention is a solar-aerodynamic power plant with artificial generation of a rotating current [see Pommer L.A. "Power Generator Utilizing Elevation-Temprature Differential." US patent 4187686, MKI F 03
Поэтому задачей настоящего технического решения согласно предлагаемому изобретению является создание способа преобразования солнечной энергии на основе пространственно-временной локализации термодинамически неравновесных состояний текучей среды, приводящей к усилению вихревого движения воздушной среды с достижением после серии последовательной многоступенчатой когерентной термической накачки потока его высокой кинетической энергии на входе в ветротурбину с направлением движения во внутреннюю полость ветротурбины под углом, близким к прямому, относительно ветропринимающих поверхностей лопастей, обеспечивающим переход кинетической энергии воздушного потока в механическую энергию вращательного движения ветротурбины с минимальными потерями. При этом в создаваемом способе должно быть найдено техническое решение, при котором воздушный поток в процессе накопления в нем кинетической энергии мог бы находиться под тепловым интенсивным воздействием в течение достаточно продолжительного времени до входа в ветротурбину, что практически нереализуемо при вертикальном расположении трубы, в которой происходит процесс накопления его кинетической энергии согласно названному прототипу.Therefore, the objective of the present technical solution according to the invention is the creation of a method for converting solar energy based on the spatiotemporal localization of thermodynamically nonequilibrium states of a fluid, which leads to an increase in the vortex motion of the air medium after a series of sequential multi-stage coherent thermal pumping of a stream of its high kinetic energy at the input a wind turbine with a direction of movement into the internal cavity of the wind turbine at an angle, b short to direct, relative to the wind receiving surfaces of the blades, providing the transition of the kinetic energy of the air flow into the mechanical energy of the rotational movement of the wind turbine with minimal losses. Moreover, in the created method, a technical solution must be found in which the air flow during the accumulation of kinetic energy in it could be under intense heat for a sufficiently long time before entering the wind turbine, which is practically not feasible with a vertical arrangement of the pipe in which the process of accumulation of its kinetic energy according to the named prototype.
В предложенном способе согласно изобретению перечисленные задачи нашли свой вариант решения.In the proposed method according to the invention, the listed tasks have found their own solution.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение коэффициента полезного действия преобразования энергии солнечных лучей в механическую энергию, повышение экономической эффективности и достижение значительных мощностей промышленных гелиоэнергетических установок.The technical result of the invention is to increase the efficiency of converting the energy of sunlight into mechanical energy, increasing economic efficiency and achieving significant capacities of industrial solar energy installations.
Важным техническим результатом предлагаемого изобретения, создающим технико-экономические условия для обеспечения широкого строительства подобных гелиоэнергокомплексов в государственных масштабах, является снижение величины капитальных затрат на единицу мощности в сравнении со стандартными ТЭЦ, ГЭС и АЭС, обеспечение возможности использования протяженных по площади солнечных коллекторов для выращивания культивируемых растений в тепличных средах с утилизацией тепловых потерь, возникающих в смежных технологических процессах, а также решение проблемы снижения шумового воздействия гелиоэнергетических комплексов на окружающую среду.An important technical result of the present invention, creating technical and economic conditions for ensuring the widespread construction of such solar energy complexes on a national scale, is to reduce the amount of capital costs per unit of power in comparison with standard thermal power plants, hydroelectric power stations and nuclear power plants, making it possible to use solar collectors extended over the area for growing cultivated plants in greenhouse environments with the utilization of heat losses arising in related technological processes, and t kzhe solution to reduce the noise impact of solar energy systems on the environment.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что относительно известных способов преобразования солнечной энергии в механическую энергию, основанных на поглощении солнечных лучей зачерненными поверхностями твердых и жидких тел, отделенных от окружающего пространства светопроницаемым теплоизолирующим материалом и слоем воздуха, находящимся между последним и названными гелиопоглощающими поверхностями, который соединен с окружающим пространством через воздухозаборные средства, в связи с чем участки указанного воздушного слоя нагреваются и благодаря конвективному процессу, проявление которого усиливается на локальных технологических участках средствами вихреобразования в нем, возникает направленный воздушный поток от воздухозаборных средств через ветротурбину и воздухоотводящую трубу, что позволяет производить выработку механической энергии вращательного движения в ветротурбине, имеются отличия в том, что с помощью тепловой энергии, образовавшейся при локальном многоступенчатом термическом преобразовании солнечных лучей, приводят в непрерывное ускоряющееся вращение названный слой воздуха, охваченный светопроницаемым теплоизолирующим материалом, вокруг вертикальной оси благодаря образованию в нем технологически последовательных горизонтальных воздушных кольцевых каналов тороидальной формы, соответствующих энергетически активным воздуховодам бесконечной длины, причем в течение каждого оборота воздушного слоя в его последовательных составных участках кольцевой формы посредством периодического импульсного теплового воздействия, с расчетной формой и скважностью последнего, производят наращивание скорости и энергии вращательного движения с целевым образованием устойчивых сопутствующих процессов вихреобразования, например, посредством размещения в пространстве его вращения наклонных ветронаправляющих поверхностей, находящихся под управляемым тепловым воздействием и расположенных на фиксированных расстояниях друг от друга, которые определены условиями вихреобразования, с использованием дополнительных ветронаправляющих поверхностей, выполняющих, в частности, функции локальных ветропотолков, при этом от образованного вращающегося вихревого воздухопотока отнимают в течение каждого оборота вокруг вертикальной оси часть его восполняемого объема и накопленной энергии и направляют во входную полость ветротурбины под углом, близким к прямому, на ветроприемные поверхности ее лопастей с помощью сопрягающих аэродинамических устройств, а далее с сохранением принципа вихревого движения воздушного потока - в воздухоотводящую тяговую трубу, при этом управляемое температурное воздействие на наклонные ветронаправляющие поверхности, обеспечивающие генерацию искусственного вращающегося вихресодержащего ветропотока, осуществляют частично за счет прямой солнечной радиации, поступающей через светопроницаемый теплоизолирующий материал, а частично - за счет подвода к ним потоков нагретого рабочего тела от тепловых аккумуляторов солнечной энергии, где используются различные принципы преобразования солнечных лучей, накопления и выделения их энергии, причем преобразование ранее накопленной солнечной энергии в температурные потоки рабочего тела осуществляют за пределами названного светопроницаемого теплоизолирующего материала.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that relatively well-known methods of converting solar energy into mechanical energy, based on the absorption of sunlight by the blackened surfaces of solid and liquid bodies, separated from the surrounding space by a light-transmitting heat-insulating material and a layer of air located between the latter and called helioplastic surfaces which is connected to the surrounding space through air intake means, in connection with which the specified air layer heats up and due to the convective process, the manifestation of which is enhanced at local technological sites by means of vortex formation in it, a directed air flow from the intake means through the wind turbine and the exhaust pipe occurs, which allows the generation of mechanical energy of rotational motion in the wind turbine, there are differences in that that with the help of thermal energy generated during local multistage thermal conversion of the sun's beam d, the aforementioned layer of air, enclosed by a translucent heat-insulating material, around a vertical axis is brought into continuous accelerated rotation due to the formation of technologically sequential horizontal air annular channels of a toroidal shape corresponding to energetically active air ducts of infinite length, and during each revolution of the air layer in its successive components sections of the annular form by means of periodic pulsed heat exposure, with calculated mine and the duty cycle of the latter, they increase the speed and energy of rotational motion with the target formation of stable concomitant vortex formation processes, for example, by placing inclined wind-guiding surfaces in the space of its rotation under controlled thermal influence and located at fixed distances from each other, which are determined by the conditions of vortex formation using additional wind-guiding surfaces, performing, in particular, the functions of of wind turbines, in this case, part of its renewable volume and stored energy is taken away from the formed rotating vortex air stream during each revolution around the vertical axis and sent to the wind turbine inlet cavity at an angle close to the straight line to the wind receiving surfaces of its blades using mating aerodynamic devices, and further, while maintaining the principle of vortex movement of the air flow into the air exhaust traction pipe, while the controlled temperature effect on the inclined wind The leveling surfaces that provide the generation of an artificial rotating vortex-containing wind flow are carried out partly due to direct solar radiation coming through translucent heat-insulating material, and partly due to the supply of heated working fluid streams from them from solar thermal batteries, where various principles of converting solar rays are used, the accumulation and release of their energy, and the conversion of previously accumulated solar energy into the temperature flows of the working fluid is carried outside of said light-transmitting heat-insulating material.
Такое техническое решение согласно предлагаемому изобретению позволяет воздух или приземный естественный ветер через воздухозаборные средства, снабженные, например, воздухопроницаемым материалом с ориентированными под соответствующим углом к радиальным направлениям солнечного коллектора воздухопроводящими порами или проходными каналами, направлять и закручивать в первом из названных последовательных составных участков кольцевой формы, образующих совместно слой воздуха, заключенный между гелиопоглощающими поверхностями и светопроникающим теплоизолирующим материалом. Далее воздушный поток, получивший, в частности, начальную скорость вращения вокруг оси воздухоотводящей тяговой трубы и ветротурбины, поступает на наклонные ветронаправляющие поверхности, находящиеся под управляемым тепловым воздействием, и приобретает приращение скорости преимущественно в направлении своего движения под углом, по меньшей мере, к горизонтальной плоскости. За счет локальных ветропотолков, образованных над каждой такой наклонной нагреваемой поверхностью, или общего ветропотолка для всех таких поверхностей, расположенных на первом из составных участков слоя воздуха кольцевой формы, отражают ускоренный воздушный поток под технологически необходимым углом, вплоть до уровня пола. В таком случае ранее ускоренный воздушный поток поступает на следующую наклонную нагреваемую поверхность и так далее, делая ряд круговых оборотов с последовательным ускорением в воздушном кольцевом канале, соответствующем воздухопроводу бесконечной, а фактически - необходимой значительной длины, определяемой управляемым процессом вращения воздуха в нем.Such a technical solution according to the invention allows air or surface natural wind through air intake means provided, for example, with breathable material with air-conducting pores or passage channels oriented at an appropriate angle to the radial directions of the solar collector, to guide and twist in the first of these successive constituent parts of the annular shape together forming a layer of air enclosed between helioplastic surfaces and light penetrating heat-insulating material. Further, the air flow, which has received, in particular, the initial speed of rotation around the axis of the exhaust pipe and wind turbine, enters the inclined wind guide surfaces that are under controlled thermal influence, and acquires a speed increment mainly in the direction of its movement at an angle at least to the horizontal the plane. Due to local wind ceilings formed over each such inclined heated surface, or a common wind ceiling for all such surfaces located on the first of the constituent sections of the ring-shaped air layer, the accelerated air flow is reflected at a technologically necessary angle, up to the floor level. In this case, the previously accelerated air flow enters the next inclined heated surface and so on, making a series of circular revolutions with sequential acceleration in the air annular channel corresponding to the air duct of infinite, and in fact, the necessary considerable length determined by the controlled process of air rotation in it.
Постепенно ускоряющийся воздушный поток поднимается на верхний уровень данного воздушного кольцевого канала, где энергосодержание уже существенно повышено. С этого уровня часть вращающегося воздушного потока поступает через соответствующие проемы в следующий такой же канал, расположенный параллельно первому на определенном расстоянии по высоте от пола, где также расположены аналогичные нагретые наклонные воздухонаправляющие поверхности, а диаметр вращающегося воздухопотока в нем имеет меньшую величину, чем в предыдущем случае. Количество воздушного потока с определенным объемом и энергосодержанием, которое поступает из предыдущего кольцевого канала в последующий, регулируется соответствующими автоматическими устройствами, варианты исполнения которых являются предметом отдельных технических решений.Gradually accelerating air flow rises to the upper level of this air ring channel, where the energy content is already significantly increased. From this level, part of the rotating air flow enters through the corresponding openings in the next same channel, located parallel to the first one at a certain distance in height from the floor, where similar heated inclined air-guiding surfaces are also located, and the diameter of the rotating air flow in it is smaller than in the previous one case. The amount of air flow with a certain volume and energy content, which comes from the previous annular channel to the next, is regulated by the corresponding automatic devices, the versions of which are the subject of separate technical solutions.
В связи с нестационарностью теплового воздействия импульсного характера на вращающийся воздушный поток в нем возникают устойчивые сопутствующие процессы вихреобразования. Формы и расположение осей этих вихрей определяются созданными термодинамическими характеристиками воздушного кольцевого канала, в том числе формами у наклонных нагретых ветронаправляющих поверхностей и расстоянием между ними. Например, последние могут выполняться по их длине или в конце их в форме цилиндров, содержащих вспомогательные завихряющие аэродинамические приспособления. Ориентация и мощность создаваемых вихрей зависят от их технологического назначения. Одним из наиболее важных технологических назначений создаваемых вихрей в воздушных кольцевых участках от воздухозаборных средств до сопрягающих аэродинамических устройств, расположенных перед ветротурбиной с вертикальной осью, является создание вращения воздухопотоков в плоскостях, перпендикулярных поверхностям воздушного кольцевого канала. В этом случае ускоряемый воздушный поток вращается вдоль воздушного кольцевого канала и поперек него, то есть одновременно в горизонтальных и вертикальных его сечениях.Due to the non-stationary nature of the thermal effect of a pulsed nature on a rotating air flow, stable associated vortex formation processes arise in it. The shapes and location of the axes of these vortices are determined by the created thermodynamic characteristics of the air annular channel, including the shapes of the inclined heated wind-guiding surfaces and the distance between them. For example, the latter can be performed along their length or at the end of them in the form of cylinders containing auxiliary swirling aerodynamic devices. The orientation and power of the created vortices depend on their technological purpose. One of the most important technological applications of the created vortices in the air annular sections from the air intake to the interfacing aerodynamic devices located in front of the vertical axis wind turbine is to create the rotation of the air flows in planes perpendicular to the surfaces of the air annular channel. In this case, the accelerated air flow rotates along and across the annular air channel, that is, simultaneously in its horizontal and vertical sections.
В связи с созданием в воздушном слое под светопроницаемым теплоизолирующим материалом высокоскоростных вихревых движений воздуха и вместе с тем целесообразностью использования гелиопоглощающих поверхностей больших площадей для тепличного возделывания культивируемых растений возникает необходимость изоляции последних от создаваемых ветропотоков, с вентиляционным проветриванием теплой и влажной воздушной среды теплиц посредством этих ветропотоков. Этому процессу способствует технологический подъем воздушных кольцевых каналов по мере повышения их температуры от днища у периферии солнечного коллектора до значительной высоты в его центральной части перед поступлением вращающегося вихресодержащего воздухопотока через сопрягающие аэродинамические устройства в ветротурбину.In connection with the creation of high-speed swirling air motions in the air layer under the translucent heat-insulating material, and at the same time, the use of helioplastic surfaces of large areas for the greenhouse cultivation of cultivated plants, it becomes necessary to isolate the latter from the wind flows created, with ventilation to ventilate the warm and humid air of the greenhouses through these wind flows . This process is facilitated by the technological rise of the air annular channels as their temperature rises from the bottom at the periphery of the solar collector to a significant height in its central part before the arrival of the rotating vortex-containing air flow through interfacing aerodynamic devices into the wind turbine.
Из этого следует, что техническое решение согласно предлагаемому изобретению имеет и другие отличия, кроме названных выше. В частности, отличие состоит также в том, что создают посредством светопроницаемого теплоизолирующего материала концентрически расположенные поверхности, например, цилиндрической формы заданной высоты, охватывающие ось воздухоотводящей тяговой трубы и ветротурбины и плотно соединяющие их сверху и снизу поверхности, например в виде плоских колец, которые образуют совместно ветронаправляющие светопроницаемые потолки, стенки и полы воздушных кольцевых каналов, расположенных параллельно друг к другу и с нарастающей их высотой от периферии к центру, в каждом из которых размещены наклонные ветронаправляющие теплогенерирующие поверхности, значения температуры которых задаются и регулируются созданными энергетическими потоками различной тепловой интенсивности, при этом для получения последних применены, например, автономные солнечные тепличные комплексы, покрытые светопроницаемым теплоизолирующим материалом, открытые водоемы, содержащие воду с естественной температурой, равной или превышающей 4°С, установки для утилизации растительных и пищевых отходов, образующихся в окружающей среде, и бытовых отходов как продуктов жизнедеятельности в ней, при этом производят последовательное, от одного кольцевого воздушного канала к другому, повышение тепловой интенсивности наклонных ветронаправляющих поверхностей, в результате чего скорость вращающегося воздухопотока последовательно нарастает от периферии к сопрягающим аэродинамическим устройствам, расположенным перед ветротурбиной, при этом на теплогенерирующие наклонные ветронаправляющие поверхности подают тонким слоем нагретую воду и вспомогательный воздушный поток, проходящий через последнюю струями малого поперечного сечения, посредством чего осуществляют режим эффективного вспомогательного парообразования, способствующий ускорению энергетического насыщения вращающегося вихресодержащего воздушного потока в созданных воздушных кольцевых каналах.From this it follows that the technical solution according to the invention has other differences besides those mentioned above. In particular, the difference also lies in the fact that they create by means of translucent heat-insulating material concentrically arranged surfaces, for example, of cylindrical shape of a given height, covering the axis of the exhaust pipe and wind turbines and tightly connecting them from above and below the surface, for example in the form of flat rings that form jointly wind directing translucent ceilings, walls and floors of air annular channels located parallel to each other and with their increasing height from the periphery Center to the center, in each of which there are inclined wind-guiding heat-generating surfaces, the temperature values of which are set and regulated by the generated energy flows of different thermal intensities, while to obtain the latter, for example, autonomous solar greenhouse complexes coated with translucent heat-insulating material, open reservoirs containing water with a natural temperature equal to or exceeding 4 ° C, plants for the disposal of vegetable and food waste, forming waste in the environment, as well as household waste products in it, while they produce a sequential, from one annular air channel to another, increase the thermal intensity of the inclined wind-guiding surfaces, as a result of which the speed of the rotating air flow sequentially increases from the periphery to the mating aerodynamic devices located in front of the wind turbine, while on the heat-generating inclined wind-guiding surfaces, heated water and auxiliary air flow passing through the latter by jets of small cross section, whereby an effective auxiliary vaporization mode is implemented, which accelerates the energy saturation of the rotating vortex-containing air flow in the created annular air channels.
Кроме того, имеются отличия и в том, что сопрягающие аэродинамические устройства создают посредством применения теплогенерирующих наклонных ветронаправляющих поверхностей, плавно сопряженных между собой таким образом, что их суперпозиция образует воздухоускоряющие и ветронаправляющие поверхности, например в виде конически сужающихся винтовых аэродинамических поверхностей, в том числе с уменьшение угла их подъема вдоль вертикальной оси по мере приближения от последнего воздушного кольцевого канала к входной полости ветротурбины, причем винтовые аэродинамические поверхности отделяют от окружающего пространства посредством воздухонепроницаемых теплоизолирующих конструкций с применением материалов и профилей, формирующих внутренние аэродинамические поверхности по условиям минимизации силы трения движущегося к ветротурбине высокоскоростного вращающегося вокруг ее оси воздухопотока, при этом внешним энергетическим потокам, подводимым к аэродинамическим винтовым поверхностям, сообщают максимальный потенциальный уровень и доставляют к последним мелкодисперсные струи горячей воды, за счет чего посредством активного парообразования ускоряют финишное вращательно-поступательное движение воздушного потока и обеспечивают попадание микрочастиц воды на ветропринимающие поверхности лопастей ветротурбины, возбуждая на них поле микровихрей и квазикавитационные процессы в них.In addition, there are differences in the fact that mating aerodynamic devices are created by using heat-generating inclined wind-guiding surfaces smoothly interconnected in such a way that their superposition forms air-accelerating and wind-guiding surfaces, for example, in the form of conically tapering helical aerodynamic surfaces, including those with a decrease in the angle of their rise along the vertical axis as we approach the last air ring channel to the entrance cavity of the wind turbine, p Therefore, aerodynamic helical surfaces are separated from the surrounding space by means of airtight heat-insulating structures using materials and profiles forming internal aerodynamic surfaces in order to minimize the friction force of a high-speed air flow rotating around its axis, while external energy flows supplied to the aerodynamic helical surfaces are reported maximum potential level and delivered to the last finely divided waist hot water jet, due to which by actively accelerate vaporization finishing rotationally reciprocating motion of the air flow and provide the ingress of water vetroprinimayuschie microparticles on the surface of the wind turbine blades, exciting them microwhirlwinds kvazikavitatsionnye field and processes them.
Для пояснения технических решений, раскрывающих суть предлагаемого изобретения, приведены следующие иллюстрации.To explain the technical solutions that reveal the essence of the invention, the following illustrations are given.
На фиг.1 приведена принципиальная схема преобразования солнечной энергии в известном классическом понимании, которая подлежит модернизации согласно предлагаемому изобретению, как исходная база для последующих улучшений.Figure 1 shows a schematic diagram of the conversion of solar energy in the well-known classical sense, which is subject to modernization according to the invention, as a starting point for further improvements.
На фиг.2 приведена принципиальная схема термодинамического завихрения воздушного потока, посредством которой достигается ускорение движения воздуха, создание ускоряющегося вращения воздушного потока вокруг оси воздухоотводящей тяговой трубы и ветротурбины и вихревых потоков, способствующих энергетическому насыщению воздушного потока.Figure 2 shows a schematic diagram of thermodynamic turbulence of the air flow, through which acceleration of air movement is achieved, the creation of an accelerated rotation of the air flow around the axis of the exhaust pipe and wind turbine and vortex flows, contributing to the energy saturation of the air flow.
На фиг.3 приведена схема процесса энергетического насыщения воздушного потока.Figure 3 shows a diagram of the process of energy saturation of the air flow.
На фиг.4 показан принцип передачи последовательного вращательного движения воздухопотока от одного воздушного кольцевого канала к другому и подачи его на вход ветротурбины.Figure 4 shows the principle of transmitting sequential rotational movement of the air flow from one air annular channel to another and supplying it to the input of the wind turbine.
Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.
Гелиопоглощающая поверхность 1 (фиг.1) обтекается в сходящихся радиальных направлениях через воздухозаборные средства 2 воздушным потоком 3, поступающим из окружающего пространства во внутреннюю полость солнечного коллектора, образованного светопроницаемым теплоизолирующим материалом 4 и гелиопоглощающей поверхностью. Внутренняя полость солнечного коллектора содержит слой воздуха 3, который выполняет функции рабочего тела в процессе преобразования энергии солнечных лучей 5 в механическую энергию вращательного движения лопастей ветротурбины 6. Гелиопоглощающая поверхность 1 может включать в себя грунтовые возделываемые участки, резервуары с водой, темные поверхности твердых тел, которые могут располагаться на различных уровнях по высоте и на различных радиальных расстояниях от оси 7 воздухоотводящей тяговой трубы 8.The solar-absorbing surface 1 (Fig. 1) flows in convergent radial directions through air intake means 2 by an
Солнечные лучи 5, поступая на гелиопоглощающие поверхности 1 через светопроницаемый теплоизолирующий материал 4, преобразуются в тепловую энергию и нагревают слой воздуха 3. За счет конвективного процесса нагретый слой воздуха постепенно поднимается вверх и уходит через ветротурбину 6 в верхние слои атмосферы над воздухоотводящей тяговой трубой, восполняя свой объем от приземного окружающего пространства через воздухозаборные средства 2.The sun's
Если гелиопоглощающие поверхности 1 выполнены так, что нагрев воздуха в солнечном коллекторе осуществляется достаточно равномерно, то в реальных условиях солнечной радиации воздушный поток продвигается через воздухозаборные средства, внутреннюю полость солнечного коллектора и воздухоотводящую тяговую трубу по законам ламинарного течения. В этом случае возникающая тяга в воздухоотводящей трубе и атмосфере над трубой является минимальной так же, как и скорость воздушного радиального потока во внутренней полости солнечного коллектора, потому что рассматриваемый конвективный процесс отличается инерционностью. При такой организации воздушных потоков, типичной для известных гелиоэнергетических установок, площадь гелиопоглощающей поверхности, размеры солнечного коллектора и высота воздухоотводящей тяговой трубы при заданной проектной мощности гелиоэнергетической установки должны быть значительно увеличены.If the solar-absorbing surfaces 1 are made in such a way that the air in the solar collector is heated fairly uniformly, then in real conditions of solar radiation, the air flow moves through the intake means, the internal cavity of the solar collector, and the air exhaust pipe according to the laws of laminar flow. In this case, the resulting draft in the exhaust pipe and the atmosphere above the pipe is minimal as well as the speed of the radial air flow in the inner cavity of the solar collector, because the convection process under consideration is characterized by inertia. With such an organization of air flows, typical of known solar energy installations, the area of the solar absorption surface, the dimensions of the solar collector and the height of the air exhaust pipe at a given design capacity of the solar energy installation should be significantly increased.
Если же гелиопоглощающая поверхность 1 выполнена таким образом, что нагрев воздуха под светопроницаемым теплоизолирующим материалом характеризуется значительной неоднородностью, со значительными градиентами температур, то в слое движущегося воздуха от воздухозаборных средств к ветротурбине возникают вихревые потоки. Последние могут практически полностью ликвидировать инерционность теплопередачи в движущуюся воздушную среду, что является весьма важным положительным фактором. Однако интенсивное температурное насыщение движущегося в ветротурбину воздуха все же не является достаточным условием для существенного увеличения эффективности преобразования солнечной энергии в механическую, так как температура проходящего через ветротурбину воздуха оказывает лишь косвенное влияние на величину усилий, действующих на ее лопасти. В основу технического решения согласно предлагаемому изобретению положена необходимость преобразования с минимальными потерями температуры гелиопоглощающих поверхностей (в более общем виде - нагретых поверхностей) в высокоскоростной вращающийся воздухопоток, направляемый на лопасти ветротурбины под углом, близким к прямому (под оптимальным углом, с учетом процессов отражения ветропотока от убегающей лопасти на набегающую).If the helioplastic surface 1 is made in such a way that the heating of the air under the translucent heat-insulating material is characterized by significant heterogeneity, with significant temperature gradients, then vortex flows arise in the layer of moving air from the air intake to the wind turbine. The latter can almost completely eliminate the inertia of heat transfer to a moving air environment, which is a very important positive factor. However, intense temperature saturation of the air moving into the wind turbine is still not a sufficient condition for a significant increase in the efficiency of converting solar energy into mechanical energy, since the temperature of the air passing through the wind turbine only has an indirect effect on the magnitude of the forces acting on its blades. The technical solution according to the invention is based on the need to convert with a minimum temperature loss of the helioplastic surfaces (in a more general form - heated surfaces) into a high-speed rotating air stream directed to the blades of the wind turbine at an angle close to right (at the optimum angle, taking into account the processes of reflection of the wind flow from the runaway blade to the oncoming one).
На фиг.2, 3 в соответствии с такой концепцией представлены системные технологические схемы и средства, которые обеспечивают создание устойчивых ускоряющихся вращательных движений воздушного потока и вихреобразований в них. Посредством предложенных технологических схем и средств достигается возможность осуществлять в заданных координатах слоя воздуха, находящегося в солнечном коллекторе, вращательные и вихревые движения его с заданной ориентацией осей вращения. Так как ветротурбина в рассматриваемом случае имеет вертикальную ось вращения, то основное энергетическое движение воздуха должно представлять собой его горизонтальное вращающееся движение вокруг вертикальной оси 7 с последовательным накоплением в нем кинетической энергии от оборота к обороту. Среди локальных вихревых движений с существенно большими угловыми скоростями приведенные технологические схемы и средства позволяют создать, по меньшей мере, три их типа:Figure 2, 3 in accordance with such a concept presents a system of technological schemes and means that ensure the creation of stable accelerating rotational movements of the air flow and vortices in them. By means of the proposed technological schemes and means, it is possible to carry out rotational and vortex movements of a layer of air in the solar collector with a given orientation of the axes of rotation. Since the wind turbine in the case under consideration has a vertical axis of rotation, the main energy movement of the air should be its horizontal rotating movement around the
- вихри, возникающие в плоскостях, перпендикулярных основному вращающемуся воздухопотоку (вокруг оси воздухоотводящей трубы и ветротурбины), которые содействуют ускорению движения последнего, как это осуществляется при полете пули в плоскости, перпендикулярной траектории полета;- vortices arising in planes perpendicular to the main rotating airflow (around the axis of the exhaust pipe and wind turbine), which help to accelerate the movement of the latter, as is done when the bullet is flying in a plane perpendicular to the flight path;
- вихри, возникающие вблизи гелиопоглощающих поверхностей, вокруг осей, перпендикулярных и параллельных им, которые способствуют преобразованиям температуры поверхностей в приращение скорости основного воздушного вращающегося потока и снижению сил трения между ними;- vortices arising near the helioplastic surfaces, around the axes perpendicular and parallel to them, which contribute to the transformation of the surface temperature into an increment in the velocity of the main air rotating flow and a decrease in the friction forces between them;
- вихри, возникающие у поверхностей светопроницаемого теплоизолирующего материала, которые обеспечивают снижение коэффициента трения между движущимися потоками воздуха и светопроницаемым теплоизолирующим материалом.- vortices arising at the surfaces of a translucent heat-insulating material, which provide a decrease in the coefficient of friction between moving air flows and a translucent heat-insulating material.
Могут формироваться и другие типы вихревых движений, имеющие свои специальные технологические назначения. Вихри должны создаваться в качестве сопутствующих технологическим процессам, а те вихри, которые возникают самопроизвольно и приводят к энергетическим потерям, должны подавляться.Other types of vortex movements that have their own special technological purposes can also be formed. Vortices should be created as a concomitant to technological processes, and those vortices that arise spontaneously and lead to energy losses should be suppressed.
Процесс организации вращательно-вихревых движений воздушного потока начинается с прохождения воздуха 3 через воздухозаборные средства 2 (фиг.2), которые снабжены устройствами 9 для придания кругового (начального вращательного) движения воздуха. Данные устройства могут быть выполнены посредством плоского жесткого материала, поверхность которого расположена ориентировочно под углом 45° к радиальным направлениям. Так как воздухозаборные средства 2 размещены по периферии гелиопоглощающей поверхности с промежутками или непрерывно, воздушный поток поступает в солнечный коллектор с различных сторон и создает начальное вращательное движение слоя воздуха относительно гелиопоглощающей поверхности. Если имеет место естественный приземный ветер, поступающий в воздухозаборные средства 2 с определенного пространственного направления, то скорость начального вращательного движения воздуха может быть существенно большей или даже весьма значительной, требующей ограничения.The process of organizing rotational-vortex movements of the air flow begins with the passage of
Далее воздушный поток 3 с начальной скоростью вращения поступает на наклонные ветронаправляющие поверхности 10, которые размещены на схеме (фиг.2) по кругу в количестве 5 шт. в виртуально сформированном первом воздушном канале. Все наклонные ветронаправляющие поверхности генерируют тепловую энергию в набегающий поток благодаря воздействию на них солнечных лучей 5, поступающих через светопроницаемый теплоизолирующий материал 4, и подключению к ним энергетических каналов 11, которые подводят нагретое рабочее тело (например, воду) от аккумуляторов тепловой энергии, получаемой посредством солнечной радиации и соответствующих промежуточных преобразований ее за пределами светопроницаемого теплоизолирующего материала (на фиг.2 этот технологический комплекс не показан).Next, the
Вращающийся воздушный поток 3, воспринимая тепловое воздействие от наклонных ветронаправляющих поверхностей, получает приращение скорости, вектор которого складывается из конвективного вертикального направления и компоненты движения вдоль наклонных ветронаправляющих поверхностей 10, а также с учетом угла отражения от нее воздухопотока. Движущийся далее, получивший ускорение, воздушный поток 3 отражается от общего ветропотолка, функции которого выполняет светопроницаемый теплоизолирующий материал, или от локальных, снабженных криволинейными поверхностями, ветропотолков, расположенных над каждой наклонной ветронаправляющей теплогенерирующей поверхностью 10. В результате этого воздушный поток 3 после прохождения над каждой такой поверхностью 10 может быть ориентирован строго горизонтально или с определенным наклоном вверх или вниз. Кроме того, каждая из таких поверхностей 10 с ее локальным ветропотолком могут быть выполнены в виде цилиндрических или конических поверхностей, или содержать в композиции элементы других поверхностей, способствующие возникновению вихревого вращательно движения в плоскостях, перпендикулярных вращающемуся воздушному потоку под светопроницаемым теплоизолирующим материалом вокруг оси 7 воздухоотводящей трубы 8 и ветротурбины 6. Возникновению такого вихревого движения способствуют сформированные градиенты температур на указанных поверхностях 10, а также подведение к ним воды в виде микрочастиц или тонкого стекающего слоя и барботирующего воду специально организованного вспомогательного воздухопотока и технологически заданного градиента температуры вдоль всего воздушного кольцевого канала.The
Вследствие применения технологических схем и средств воздух 3, поступая через воздухозаборные средства 2 и приобретая начальное вращательное движение, делает целый ряд оборотов над наклонными воздухонаправляющими и теплогенерирующими поверхностями 10 в первом воздушном кольцевом канале, получая в процессе каждого оборота импульсы кинетической и тепловой энергии. В переходном процессе кинетическая энергия вращающегося вихресодержащего воздушного потока за каждый его оборот нарастает. Когда наступает установившийся вращательно-вихревой процесс, количество поступающей в него за каждый оборот вокруг оси 7 энергии равно количеству отводимой энергии (в виде его объема, скорости и температуры) во второй воздушный кольцевой канал, технологически последующий за первым. Во втором воздушном кольцевом канале также размещены функционально аналогичные наклонные ветронаправляющие поверхности 12. Последние могут отличаться от рассмотренных выше поверхностей 10 геометрическими параметрами и формами, величиной подводимой к ним тепловой энергии, но технологическое назначение их сохраняется. Они во втором воздушном кольцевом канале обеспечивают дальнейшее повышение во вращающемся воздушном потоке (вокруг оси 7) кинетической энергии.Due to the application of technological schemes and means,
На фиг.3 показан процесс энергетического насыщения воздухопотока 3 в первом или втором воздушном канале путем последовательного перехода воздушного потока от одной наклонной ветронаправляющей теплогенерирующей поверхности 10 (12) к другой. При этом показано, что энергетические каналы подачи рабочего тела присоединены к регуляторам 13 скорости последнего, а через них - к теплоаккумуляторам 14, которые расположены, в основном, за пределами светопроницаемого теплоизолирующего покрытия 4. Таким образом, задается и регулируется температурный режим поверхностей 10 (12), чем главным образом определяются режимы вращательных и вихревых движений воздухопотока 3. На приведенных фигурах движение воздуха в вихревых процессах не показано. В приведенной схеме энергетического насыщения воздушного потока иллюстрируется многократное прохождение воздуха над поверхностями 10 (12) и отражение его от ветронаправляющих потолков 15.Figure 3 shows the process of energy saturation of the
На фиг.4 показана схема последовательного термодинамического ускорения вращательного движения воздухопотока с последовательным переходом его из одного горизонтального воздушного кольцевого канала к другому (их показано три: 21, 22, 23), а затем - через вертикальный канал 24 на вход ветротурбины 6 и далее в воздухоотводящую тяговую трубу 8. В каждом из каналов 21, 22, 23 установлены наклонные ветронаправляющие теплогенерирующие поверхности 10, 12, 16. Последние могут устанавливаться в каждом канале в один ряд, в необходимом количестве, с расположением этих рядов на различных уровнях по высоте. Если требуется высокая мощность преобразования солнечной энергии, то в каждом воздушном кольцевом канале может устанавливаться по несколько рядов подобных поверхностей 10, 12, 16. Солнечные лучи 5 и блок гелиотеплоаккумуляторов 14, каждый из которых в составе блока может иметь различные температурные уровни, нагревают наклонные ветронаправляющие поверхности 10, 12, 16, и последние становятся теплогенерирующими на различных потенциальных уровнях тепловой энергии.Figure 4 shows a diagram of the sequential thermodynamic acceleration of the rotational movement of the air flow with its sequential transition from one horizontal air ring channel to another (three are shown: 21, 22, 23), and then through a
При рассмотрении технологических аспектов на фиг.2, 3 указывалось, что воздушные кольцевые каналы имеют виртуальный характер. Это означает, что за счет размещения поверхностей 10, 12, 16, выбора их формы и температурных режимов создаются вращательные движения воздушной среды вокруг оси 7 с технологически целесообразными процессами вихреобразования в воздушных кольцевых каналах, которые не разделены материальными перегородками. Однако при определенной мощности преобразования солнечной энергии начинает отрицательно сказываться взаимное влияние рядом движущихся воздушных потоков с различными энергетическими характеристиками, создаются условия для развития паразитных вихревых процессов. Кроме того, в случае значительных площадей солнечных коллекторов необходимо использование возможно большей части их наземной поверхности в агропромышленных целях. Мощные воздушные потоки в различных плоскостях в этом случае являются помехой. Поэтому на фиг.4 показан принцип образования воздушных кольцевых каналов с помощью цилиндрических поверхностей 17 и ветропотолков 15 из светопроницаемого теплоизолирующего материала. Переход части объема воздушного потока из одного канала (21, 22, 23, 24) в другой в течение каждого его оборота осуществляется посредством проемов 18 и вспомогательных устройств, которые на фиг.4 не показаны. Горизонтальные поверхности - "полы", изолирующие каналы 21, 22, 23 снизу, также не иллюстрируются.When considering the technological aspects of figure 2, 3 it was indicated that the air annular channels are virtual in nature. This means that due to the placement of
Канал 24 содержит поднимающуюся винтовую поверхность 19, которая выполнена за счет установки с аэродинамическим сопряжением наклонных ветронаправляющих теплогенерирующих поверхностей. Суперпозиция последних позволяет образовать движущийся вертикально, вдоль оси 7, воздушный вращающийся вихревой поток, поступающий в ветротурбину 6 и далее - в воздухоотводящую тяговую трубу 8.
Винтовая аэродинамическая и термодинамическая поверхность 19 отделяется от окружающего пространства посредством теплоизолирующего пустотелого конуса 20, внутренняя поверхность которого так же, как и сама поверхность 19, выполняется из высокопрочных материалов с приданием им специального рельефа, которые обеспечивают значительное снижение энергетических потерь на трение.The helical aerodynamic and
Устройство, реализующее предложенный способ преобразования солнечной энергии, представленное в упрощенном виде на фиг.1, 2, 3, 4, работает следующим образом.A device that implements the proposed method of converting solar energy, presented in a simplified form in figure 1, 2, 3, 4, works as follows.
Гелиопоглощающая поверхность 1 посредством грунтовой поверхности с культивируемыми растениями дополнена темными поверхностями 10, 12, 16, образованными плоскими пластинами, выполненными из стальных листов. Эти поверхности своим первым ярусом располагаются на грунтовом основании под углом 45° к горизонтальной плоскости и нагреваются под действием солнечной радиации (лучами) 5, проходящей через светопроницаемый теплоизолирующий материал 4, а также путем подвода к ним энергетических каналов, через которые подается нагретое рабочее тело, в качестве которого применена, например, вода.The solar-absorbing surface 1 by means of a soil surface with cultivated plants is supplemented by
Рабочее тело, протекая через теплопроводящие каналы, например металлические трубы, прикрепленные к стальным листам, образующим поверхности 10, 12, 16, создает технологически заданные температурные градиенты вдоль и поперек проходящего воздушного потока.The working fluid, flowing through heat-conducting channels, for example, metal pipes attached to steel
Воздух 3 через воздухозаборные средства 2 поступает под светопроницаемый теплоизолирующий материал 4, представляющий собой, например, полимерную пленку, под углом к радиальным направлениям таким образом, чтобы он получал первоначальное вращательное движение вокруг оси 7 воздухоотводящей тяговой трубы 8 и ветротурбины 6. Это достигается за счет размещения в ветрозаборных средствах 2 плоских металлических пластин под углом 45° относительно радиальных направлений от периферии к оси 7. Так как в данном конкретном устройстве применено 5 наклонных ветронаправляющих поверхностей 10, то количество воздухозаборных средств 2, размещенных по кругу относительно оси 7, установлено, по меньшей мере, 5.
Воздух в процессе первоначального вращательного движения поступает на наклонные ветронаправляющие теплогенерирующие поверхности 10, поднимается по ним и получает приращение скорости. Ускоренный таким образом воздушный поток, движущийся под углом к горизонтальной плоскости, достигает ветронаправляющего потолка 15 (фиг.3) и отражается на исходный уровень ко входу на следующую поверхность 10. Этот процесс для каждого воздушного слоя повторяется многократно, и образовавшийся воздушный поток делает несколько оборотов вокруг оси 7 над поверхностями 10. В результате этого в образовавшемся воздушном кольцевом канале 21 (фиг.4) он приобретает технологически заданную величину кинетической энергии, часть которой в течение каждого оборота передается в виде объема и скорости воздушного потока в следующий воздушный канал 22, в котором размещены аналогичные поверхности 12 на более высоком уровне вдоль вертикальной оси.Air during the initial rotational movement enters the inclined wind-guiding heat-generating
Температурный градиент, созданный в поперечном направлении на поверхностях 10 за счет распределения удельной плотности нагретого потока рабочего тела, создает условия для возникновения вращательного вихревого движения в плоскостях, перпендикулярных направлению движения воздушного потока вокруг оси 7. Это вихревое движение ускоряет процесс энергонасыщения вращающегося воздухопотока вокруг оси 7 и оформляет геометрически его поперечное сечение в общей воздушной среде под светопроницаемым теплоизолирующим материалом 4.The temperature gradient created in the transverse direction on
Аналогичные технологические процессы происходят в каналах 22, 23 (фиг.2, 3, 4), в которых последовательно от канала к каналу нарастает энергетическое насыщение воздушного потока, в т.ч. его кинетической энергии.Similar technological processes occur in
На фиг.4 показано, что часть вращающегося воздушного потока переходит (в течение каждого оборота) от предыдущего воздушного кольцевого канала в последующий через проемы 18 в цилиндрических ветронаправляющих светопроницаемых стенках 17. Последние обозначают конструктивные границы каналов 21, 22, 23, и к ним прикреплены светопроницаемые ветропотолки 15 и светопроницаемые днища каналов (эти днища на фигурах не показаны).Figure 4 shows that part of the rotating air flow passes (during each revolution) from the previous air ring channel to the next through
Светопроницаемые стенки, ветропотолки и днища 21, 22, 23 выполнены, например, посредством полимерной пленки или тонкого упрочненного стекла. Светопроницаемые стенки, ветропотолки и днища могут выполняться в сферической форме, и в таком случае созданные поверхности воздушных кольцевых каналов образуют пустотелые тороиды с управляемыми проемами между ними, внутри которых происходит накопление кинетической энергии вращающихся воздухопотоков.Translucent walls, wind ceilings and
Наклонные ветронаправляющие теплогенерирующие поверхности 12, 16, поднятые над грунтовой поверхностью на опорных стойках, могут выполняться цилиндрической формы и встраиваться как составные элементы поверхностей тороидальных воздушных каналов 21, 22, 23. На их внутренних поверхностях может создаваться рельеф, способствующий вихреобразованию в поперечном направлении и над ними, то есть в качестве микровихрей, снижающих потери на трение.Inclined wind-guiding heat-generating
На фиг.4 представлен процесс перехода воздухопотока из горизонтального канала 23 в вертикальный канал 24, примыкающий в верхней части ко входу в ветротурбину 6. Внутри энергетического воздушного канала 24 размещена винтовая поверхность 19, поднимающаяся вдоль оси 7 с уменьшающимся к верху углом подъема. Винтовая поверхность 19 термически отделена от окружающего пространства конической поверхностью 20 с минимизированным сопротивлением движению воздушного потока.Figure 4 shows the process of transition of the air flow from the
Регулируемое количество вращающегося воздухопотока и, следовательно, энергии поступает из канала 23 в канал 24 посредством управляемых передающих устройств (с функциональным назначением типа акселератора). На положение этих устройств при заданном отборе мощности в турбину существенное значение имеют конкретные условия тяги в воздухоотводящей трубе 8. Объем вращающегося воздуха, отнимаемый из канала 23 в ветротурбину 6, саморегулирующимся процессом передается через каналы 22, 21 до воздухозаборных средств 2, которые также снабжены средствами регулирования подачи воздуха (на случай естественного ветра повышенной скорости).An adjustable amount of rotating air flow and, consequently, energy is supplied from
Вышеизложенное подтверждает возможность реализации предложенного технического решения согласно предлагаемому изобретению. Вариантов по реализации существует много.The above confirms the possibility of implementing the proposed technical solution according to the invention. There are many options for implementation.
Технико-экономическая эффективность предложенного способа достигается при реализации п.1 формулы изобретения, однако осуществление всех пунктов формулы позволяет существенно повысить эффективность преобразования солнечной энергии в механическую и электрическую.The technical and economic efficiency of the proposed method is achieved by implementing claim 1 of the claims, however, the implementation of all claims allows to significantly increase the efficiency of conversion of solar energy into mechanical and electrical.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002125301/06A RU2265161C2 (en) | 2002-09-12 | 2002-09-12 | Solar energy conversion method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002125301/06A RU2265161C2 (en) | 2002-09-12 | 2002-09-12 | Solar energy conversion method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002125301A RU2002125301A (en) | 2004-04-10 |
| RU2265161C2 true RU2265161C2 (en) | 2005-11-27 |
Family
ID=35820001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002125301/06A RU2265161C2 (en) | 2002-09-12 | 2002-09-12 | Solar energy conversion method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2265161C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446362C2 (en) * | 2010-02-25 | 2012-03-27 | Георгий Михайлович Межлумов | Electric energy obtaining method and device |
| RU2455583C2 (en) * | 2010-09-22 | 2012-07-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Solar magnetohydrodynamic thermal power plant |
| RU2458228C2 (en) * | 2008-02-06 | 2012-08-10 | АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН | Generating device of high-temperature thermal radiator storage (versions) |
| US8572965B2 (en) | 2008-02-06 | 2013-11-05 | Ihi Corporation | High-temperature radiator storage yard generating apparatus |
| RU2652734C1 (en) * | 2016-09-05 | 2018-04-28 | Общество с ограниченной ответственностью "РТИ-Комплект" | Device for electric power generation |
-
2002
- 2002-09-12 RU RU2002125301/06A patent/RU2265161C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2458228C2 (en) * | 2008-02-06 | 2012-08-10 | АйЭйчАй КОРПОРЕЙШН | Generating device of high-temperature thermal radiator storage (versions) |
| US8572965B2 (en) | 2008-02-06 | 2013-11-05 | Ihi Corporation | High-temperature radiator storage yard generating apparatus |
| RU2446362C2 (en) * | 2010-02-25 | 2012-03-27 | Георгий Михайлович Межлумов | Electric energy obtaining method and device |
| RU2455583C2 (en) * | 2010-09-22 | 2012-07-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого МО РФ | Solar magnetohydrodynamic thermal power plant |
| RU2652734C1 (en) * | 2016-09-05 | 2018-04-28 | Общество с ограниченной ответственностью "РТИ-Комплект" | Device for electric power generation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2002125301A (en) | 2004-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7552589B2 (en) | Structure and methods using multi-systems for electricity generation and water desalination | |
| US8875511B2 (en) | Geothermal wind system | |
| US8875509B2 (en) | Power generation using buoyancy-induced vortices | |
| US9863313B2 (en) | Power generation using buoyancy-induced vortices | |
| AU2001267224B2 (en) | Solar chimney wind turbine | |
| US10371125B1 (en) | Solar-concentrating chimney system with inflatable fresnel lens | |
| US5103646A (en) | Solar and wind powered generator | |
| RU2265161C2 (en) | Solar energy conversion method | |
| US11381134B2 (en) | Sub-terranean updraft tower (STUT) power generator | |
| EP1790918A1 (en) | Method for producing solar power | |
| RU2199703C2 (en) | Power complex | |
| WO2000042320A1 (en) | Unbounded vortical chimney | |
| EA007937B1 (en) | Helio wind power-generating complex | |
| RU2377473C2 (en) | Solar aero-pressure thermal power station | |
| RU2373430C2 (en) | Solar thermal power station using vortex chambers | |
| CN203098160U (en) | Controlled rotary type Fresnel lens array vacuum magnetic suspension wind power system | |
| US20230383727A1 (en) | Solar powered wind turbine | |
| TWI798056B (en) | Cyclone power generation device and power generation method thereof | |
| RU2267061C2 (en) | Method of thermal conversion of solar power | |
| RU2282747C2 (en) | Method of transmission of accumulated thermal energy in wind power plant and wind power plant with accumulation of energy | |
| CA2968293A1 (en) | Power generation using buoyancy-induced vortices | |
| RU92484U1 (en) | WIND POWER PLANT | |
| RU2373429C2 (en) | Solar thermal power station with wind guide surfaces | |
| Ranjan et al. | Overview of Solar Chimney and its Implementation | |
| AU6562801A (en) | Improvements to solar heat engines and industrial chimneys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FZ9A | Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal) |
Effective date: 20050309 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060913 |