Автономная энергетическая установка

(51) 03 3/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ энергетическая установка дополнительно снабжена объемной расширительной резонансной камерой,размещенной в вертикальном воздушном канале над преобразователем кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение,Концентратор потока воздуха выполнен в виде шатровой конструкции с воздухозаборными каналами. Воздухозаборные каналы снабжены входными шлюзами с жалюзи и размещены по периферии шатровой конструкции. Концентратор потока воздуха в виде шатровая конструкция может быть приподнят над земной поверхностью. Преобразователь кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение выполнен в виде,по крайней мере, одной воздушной турбины с вертикальной осью, а источник тепла выполнен в виде инжекторной газовой горелки, снабженной воздуховодами и напорными вентиляторами. Кинематическая связь преобразователя кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение с генератором выполнена с возможностью взаимодействия со стартером. Предлагаемая установка может быть использовано для тепло- и электроснабжения жилых строений (объектов) с помощью энергосистем,работающих на возобновляемых источниках энергии во всех климатических зонах. Работа предлагаемой установки не зависит от ветрового режима местности, поскольку осуществляется преобразование потенциальной и тепловой энергии,а также энергии высотного горизонтального переноса воздушных масс в энергию управляемого высокоскоростного воздушного потока.(57) Предлагаемая установка относится к области энергетики и может быть применена для производства электроэнергии промышленного тока при отсутствии ветра. Предлагаемая установка может быть использована в качестве воздушной электрической станции нового типа, работа которой не зависит от ветрового режима местности. Установка относится к малой энергетике и служит для преобразования кинетической энергии в электрическую независимо от скорости внешнего воздушного потока. Задачей заявляемого в качестве изобретения технического решения является создание автономной энергетической установки расширяющей арсенал средств используемых в качестве источников энергии. Предлагаемая автономная энергетическая установка включает вертикальный воздушный канал, в котором установлены- источник тепла для обеспечения возможности создания разницы температур в канале и наружном воздухе преобразователь кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение,который кинематически связан с генератором. Вертикальный воздушный канал соединен с концентратором потока воздуха. Автономная Предлагаемая установка относится к области энергетики и может быть применена для производства электроэнергии промышленного тока при отсутствии ветра. Предлагаемая установка может быть использована в качестве воздушной электрической станции нового типа, работа которой не зависит от ветрового режима местности. Установка относится к малой энергетике и служит для преобразования кинетической энергии в электрическую независимо от скорости внешнего воздушного потока. Известны классические автономные энергетические установки, используемые в качестве ветроэлектрических станций,использующие кинетическую энергию неуправляемого горизонтального переноса воздушных масс. Однако такие станции обладают рядом существенных недостатков, а именно 1. они могут размещаться только в тех районах,где среднегодовая скорость у поверхности земли превышает 5 м/с 2. возможен длительный перерыв в подаче энергии из-за отсутствия ветрового потока 3. значительное непостоянство энергии во времени из-за непостоянства скорости ветра. В последние несколько десятилетий наметилась тенденция поиска новых схем у которых для вращения ветровых турбин использовалась бы кинетическая энергия вертикального потока воздушных масс. Известна автономная энергетическая установка в виде ветроэлектростанции для производства электрической энергии, содержащая вертикальную рабочую трубу и размещенную внутри трубы турбину с лопастями, установленную с генератором на вертикальном валу (Ветроэнергетика./Под ред. Д. де Рено. - М. Энергоиздат, 1982, с.31-32, 48-49.). Однако такая ветроэлектростанция имеет недостаток в том, что для ее работы необходим постоянный по скорости напор ветра. Известна автономная энергетическая установка в виде воздушно-вакуумной электростанции, которая содержит вертикальную трубу, установленную на опоре, размещенную в трубе воздушную турбину,генератора электрического тока, трансформатор,теплоэлектронагревательные элементы для подогрева воздушного потока в трубе. При этом труба имеет высоту до 500 м, опора трубы выполнена в виде помещения с двумя этажами,причем помещение и труба изготовлены монолитными из железобетона (Патент РФ 2111381, М П К 033/04, пуб. 20.05.1998). Известна автономная энергетическая установка для производства электроэнергии в виде ветровой электростанции (Патент РФ 2246031, МПК 031/04, пуб. 10.02.2005). По первому варианту она содержит вертикальную вытяжную трубу,конусную насадку с радиальными ребрами,генератор электрического тока, ветровое колесо,кинематически связанное с генератором электрического тока и расположенное в области нижнего конца вытяжной трубы, а также секцию горизонтальных воздухопроводящих каналов в виде радиально расположенных диффузоров с выходными соплами, аэродинамически связанными с нижним концом трубы. При этом ветровое колесо установлено в горизонтальном потоке воздуха между соплами и трубой, сопла выполнены изогнутыми для обеспечения изменения произвольного направления ветра на направление к ветровому колесу для его вращения, а конусная насадка выполнена в виде полого усеченного конуса, установлена на верхнем конце вытяжной трубы соосно с этой трубой и с ориентацией вершины меньшего основания конуса насадки вверх. Насадка, кроме того, снабжена радиальными ребрами, установленными на ее наружной боковой поверхности вдоль образующих ее усеченного конуса. Второй вариант отличается от первого тем,что ветровое колесо установлено в трубе в вертикальном потоке воздуха, а сопла выполнены прямыми. Во втором варианте установка снабжена одним или несколькими источниками тепла,расположенными внутри полого конуса, который при этом выполнен с отверстием в области его вершины и с отверстием в его основании и установлен этим основанием на расстоянии от земли для возможности прохождения воздуха через конус. Источники тепла выполнены в виде горелок,установленных внутри полого конуса с возможностью нагрева боковой поверхности этого конуса. Известна автономная энергетическая установка для производства электроэнергии в виде воздушной электростанции (Патент 4367627 МПК 03 7/03, публ. 11.01.1983), содержащая вытяжную трубу,воздушную турбину,генератор электрического тока, кинематически связанный с воздушной турбиной, при этом воздушная турбина,расположенная в дополнительной трубе,установлена снаружи в нижней части вытяжной трубы. Однако конструкция такой электростанции достаточно сложная, кроме того, она не мобильна,т.е. не может быть быстро разобрана и смонтирована заново в другом месте. Такую электростанцию довольно сложно смонтировать в условиях, когда мало места для размещения установки, а также в сложных ландшафтных условиях, например, в условиях горной местности с перепадами высот или когда требуется быстрый монтаж электростанции. Известна автономная энергетическая установка для производства электроэнергии в виде воздушной электростанции (Патент РФ 2374486, МПК 031/04,пуб. 27.07.2009). Воздушная электростанция содержит вытяжную трубу, в нижней части которой снаружи расположена воздушная турбина,установленная в дополнительной трубе, генератор электрического тока, кинематически связанный с воздушной турбиной. Вытяжная труба и дополнительная труба,в которой расположена воздушная турбина,соединены с помощью подвижного соединения и с возможностью изменения угла между ними. Диаметр дополнительной трубы, в которой установлена воздушная турбина, меньше диаметра 2 вытяжной трубы. Заявляемая конструкция выполнена сборно-разборной, при этом соединение дополнительной трубы (в которой расположена воздушная турбина) и вытяжной трубы выполнено разъемным. Нижняя часть вытяжной трубы и дополнительная труба, в которой установлена воздушная турбина, могут быть расположены ниже уровня грунта (под землей). Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является автономная энергетическая установка в виде ветровой электростанции ( Патент РФ 2246031, МПК 031/04, пуб. 10.02.2005). Второй вариант этой установки содержит преобразователь в виде ветрового колеса,кинематически связанного с генератором электрического тока, которое установлено в трубе в вертикальном потоке воздуха, концентратор потока воздуха в виде секции горизонтальных воздухопроводящих каналов в виде радиально расположенных диффузоров с выходными соплами,аэродинамически связанными с нижним концом трубы. Установка снабжена одним или несколькими источниками тепла, расположенными внутри полого конуса, который при этом выполнен с отверстием в области его вершины и с отверстием в его основании и установлен этим основанием на расстоянии от земли для возможности прохождения воздуха через конус. Источники тепла выполнены в виде горелок, установленных внутри полого конуса с возможностью нагрева боковой поверхности этого конуса. Задачей заявляемого в качестве изобретения технического решения является создание автономной энергетической установки,расширяющей арсенал средств, используемых в качестве источников энергии. Предлагаемая автономная энергетическая установка включает вертикальный воздушный канал, в котором установлены- источник тепла для обеспечения возможности создания разницы температур в воздушном канале и наружном воздухе преобразователь кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение,который кинематически связан с генератором. 1. Вертикальный воздушный канал соединен с концентратором потока воздуха. Автономная энергетическая установка дополнительно снабжена объемной расширительной резонансной камерой,размещенной в вертикальном воздушном канале над преобразователем кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение. Преобразователь кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение выполнен в виде,по крайней мере, одной воздушной турбины с вертикальной осью. Концентратор потока воздуха размещен под преобразователем кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение и выполнен в виде шатровой конструкции с воздухозаборными каналами. Воздухозаборные каналы снабжены входными шлюзами с жалюзи и размещены по периферии шатровой конструкции. Шатровая конструкция может быть приподнята над земной поверхностью, а источник тепла размещен в воздушном канале на выходе объемной расширительной резонансной камеры и выполнен в виде инжекторной газовой горелки, снабженной воздуховодами и напорными вентиляторами. Автономная энергетическая установка оборудована технологическими площадками. Кинематическая связь преобразователя кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение с генератором выполнена с возможностью взаимодействия со стартером. Предлагаемая автономная энергетическая установка изображена на представленном чертеже. Автономная энергетическая установка включает вертикальный воздушный канал 1, в котором установлены источник тепла 2 для обеспечения возможности создания разницы температур в канале и наружном воздухе,и преобразователь кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение 3,кинематически связанный с генератором 4, концентратор потока воздуха 5, соединенный с воздушным каналом 1. Дополнительно автономная энергетическая установка снабжена объемной расширительной резонансной камерой 6,размещенной в вертикальном воздушном канале 1 над преобразователем кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение 3. Преобразователь кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение 3 выполнен в виде, по крайней мере, одной воздушной турбины с вертикальной осью. При использовании нескольких воздушных турбин они могут быть, например,установлены на одной оси. Концентратор потока воздуха 5 размещен под преобразователем кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение 3 и выполнен в виде шатровой конструкции 7 с воздухозаборными каналами, входные шлюзы 8 с жалюзи 9 которых размещены по периферии шатровой конструкции,Шатровая конструкция может быть приподнята над земной поверхностью. Источник тепла 2 предназначен для создания дополнительной тяги, а именно искусственного постоянно направленного устойчивого воздушного потока. Он размещен в воздушном канале 1 на выходе объемной расширительной резонансной камеры 6 и выполнен в виде инжекторной газовой горелки 10,снабженной воздуховодами 11 и напорными вентиляторами 12. Инжекторная газовая горелка 1 0 подключена к независимой газовой магистрали (на чертеже не показана). Напорные вентиляторы 12,снабженные воздуховодами 11, также подключены к независимому источнику (на чертеже не показан). При необходимости раскрутки воздушной турбины ее вал может взаимодействовать со стартером 13. Для монтажа и последующего технологического обслуживания предлагаемая установка оборудована технологическими площадками 14 и 15. В предлагаемой установке осуществляется преобразование энергии потока сплошной среды(воздуха) в механическую энергию, при котором потоку придают вращательный момент, создают в 3 нем пониженное давление, обеспечивая тем самым подсос среды из внешнего пространства и концентрацию мощности в формируемом потоке, а затем преобразуют накопленную таким образом энергию движения потока с помощью механизма вращательного действия. Установка работает следующим образом. К инжекторной газовой горелке 10, подключенной к независимой газовой магистрали, подается газ. Для запуска установки зажигают газовую горелку 10. При сгорании газа в потоке воздуха в воздушном канале 1 воздух нагревается и устремляется по воздушному каналу 1 вверх. Напорные вентиляторы 12, снабженные воздуховодами 11, подают к инжекторной газовой горелке 2 необходимый объем воздуха. За счет разности температур образуется перепад давления. При необходимости предварительной раскрутки воздушной турбины ее вал может взаимодействовать со стартером 13. При получении устойчивого организованного направленного воздушного потока вверх по воздушному каналу 1 начинают вращаться лопасти турбины 3. При вращении лопастей воздушной турбины происходит подсос воздуха за счет получения дополнительного разряжения. При этом через размещенные по периферии шатровой конструкции 7 входные шлюзы 8 с жалюзи 9 поступает воздух в воздухозаборные каналы. По сужающимся воздухозаборным каналам поток воздуха направляется к преобразователю кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение 3, выполненному в виде воздушной турбины. Сжатый и закрученный поток воздуха после выхода из воздушной турбины поступает в объемную расширительную резонансную камеру 6,размещенную в вертикальном воздушном канале 1 над воздушной турбиной. При этом образуется зона пониженного давления воздушного потока с одновременным увеличением скорости вращения воздушной турбины и всасывания дополнительных масс воздуха, проходящих через входные шлюзы 8 с жалюзи 9. При вращении лопастей воздушной турбины, кинематически связанной с генератором 4,за счет преобразования механической энергии в электрическую,происходит выработка электроэнергии. Предлагаемая установка может быть использовано для тепло- и электроснабжения жилых строений (объектов) с помощью энергосистем,работающих на возобновляемых источниках энергии во всех климатических зонах. Работа предлагаемой установки не зависит от ветрового режима местности,поскольку осуществляется преобразование потенциальной и тепловой энергии, а также энергии высотного горизонтального переноса воздушных масс в энергию управляемого высокоскоростного воздушного потока. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Автономная энергетическая установка,включающая вертикальный воздушный канал, в котором установлены источник тепла для обеспечения возможности создания разницы температур в воздушном канале и наружном воздухе, и преобразователь кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение,кинематически связанный с генератором,концентратор потока воздуха, соединенный с воздушным каналом, отличающаяся тем, что дополнительно она снабжена объемной расширительной резонансной камерой,размещенной в вертикальном воздушном канале над преобразователем кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение,преобразователь кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение выполнен в виде,по крайней мере, одной воздушной турбины с вертикальной осью, концентратор потока воздуха размещен под преобразователем кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение и выполнен в виде шатровой конструкции с воздухозаборными каналами, а по периферии шатровой конструкции размещены входные шлюзы с жалюзи, источник тепла размещен в воздушном канале на выходе объемной расширительной резонансной камеры и выполнен в виде инжекторной газовой горелки,снабженной воздуховодами и напорными вентиляторами. 2. Автономная энергетическая установка по п.1,отличающаяся тем, что концентратор потока воздуха в виде шатровой конструкции выполнен приподнятым над земной поверхностью. 3. Автономная энергетическая установка по п.1,отличающаяся тем, что она оборудована технологическими площадками для монтажа и последующего обслуживания. 4. Автономная энергетическая установка по п.1,отличающаяся тем, что кинематическая связь преобразователя кинетической энергии воздушного потока во вращательное движение с генератором выполнена с возможностью взаимодействия со стартером.