1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 28974
(51) F24J 2/42 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2013/0779.1
(22) 11.06.2013
(45) 15.09.2014, бюл. №9
(76) Сложеникин Александр Александрович
(56) RU 2265163 C9, 27.11.2005
RU 2199023 C2, 20.02.2003
KZ 23564 A4, 15.12.2010
US 7552589 B 2, 30.06.2009
(54) ГИБРИДНАЯ ВЕТРОТЕПЛОВАЯ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
(57) Изобретение относится к возобновляемым
источникам энергии. В данном изобретении
использован принцип движения теплого воздуха
вверх по дымовой трубе. Также используется сила
ветра, солнечная энергия, и разность атмосферного
и температурного давления по высоте.
Электростанция состоит из дымовой трубы, двух
рабочих секций, находящихся внизу внутри трубы,
между которыми находятся две диафрагмы. Вверху
трубы находится вертикальный ветродвигатель,
который за счет силы ветра создает увеличенное
разряжение в трубе, образовавшийся вакуум
действует на стенки диафрагм. А диафрагмы в свою
очередь за счет штоков превращают толкательную
энергию в электрическую. Данные установки могут
применяться не только в недействующих дымовых
трубах, но и в стволах отработанных шахт, где
также постоянно имеется перепад температурного и
атмосферного давления, что способствует созданию
естественной тяги. А в горной местности можно на
отвесные скалы закрепить жестяную трубу
диаметром в несколько метров с солнечной стороны
горы, предварительно выкрасив ее в черный цвет.
Эффект получится тот же самый, а затраты на
строительство такой трубы гораздо меньше чем
просто ставить дымовую трубу с мощным
фундаментом и толстыми стенками.
Так что спектр применения данного принципа
электростанции весьма широк.
(19)KZ(13)B(11)28974
2. 28974
2
Изобретение относится к возобновляемым
источникам энергии. В данном изобретении
использован принцип движения теплого воздуха
вверх по дымовой трубе. Также используется сила
ветра, солнечная энергия, и разность атмосферного
давления по высоте.
Известна воздушно-вакуумная электростанция,
включающая парник и трубу высотой 1 км, в виде
усеченного конуса, в верхнем узком конце которой
помещен турбогенератор. Также имеется патент РФ
№2265163, выданный Безрукову Ю.А. в 2003г. на
изобретение солнечно-вакуумной электростанции.
Недостатком данной электростанции является
следующее: турбогенератор, вырабатывающий
электроэнергию, использует только одну треть
теплого воздуха полученного из теплицы, остальной
же воздух используется на создание разряжения.
Также в данной электростанции применены
турбонасосы, а, как известно у всех турбин
максимальное КПД 30-35%. Также конструкция его
усеченных конусов весьма сложная, и высчитать
наилучший зазор между его соединяющимися
конусными трубами можно экспериментальным
путем. А производить эксперименты на трубах
длиной в десятки метров очень сложно. Из расчетов
Безрукова Ю.А. с помощью его усеченных конусов
скорость движения воздуха должна достигать
160м/сек, что вызывает очень большое сомнение. И,
по-видимому, поэтому по данному патенту за 10 лет
не было построено ни одной электростанции. Но
имеется информация, что в Испании довольно долго
работала удивительная ветроустановка, сама
создававшая себе ветер! Обширный круг земли в
основании выстроенной высокой трубы покрыли
полиэтиленовой плёнкой на каркасных опорах.
Жаркое испанское солнце нагревало и землю, и
воздух под пленкой. В результате в трубе возникала
ровная постоянная тяга, а встроенная в трубу
крыльчатка вращала генератор. Тяга не
прекращалась даже в пасмурные дни и ночью: земля
долго хранит тепло.
Задача изобретения - расширение использования
в одной установке нескольких нетрадиционных
источников, дополняющих друг друга и
преобразующих энергию солнца и ветра в
электрическую энергию одновременно, или
независимо друг от друга.
Решение, на которое направлено изобретение,
достигается тем, что в данной установке
использован диафрагменный двигатель, который
использует все 100% оказываемого на него давления
воздуха.
В моей установке также используется обычная
дымовая труба. Как родилась сама идея: в нашем
городе имеется неработающая котельная, которая
отапливала два больших завода. Фотография
предоставлена ниже. В 1997г. заводы закрылись, и
вместе с ними закрылась и котельная. И с 1997г. она
больше не функционировала. В котельной имеется
железобетонная труба около 100 м высотой. Во
время ветра создается такая тяга, что труба начинает
гудеть. Изучив уже имеющиеся патенты, я понял,
что везде в подобных изобретениях используется
или крыльчатка или турбокомпрессор. Но, как
известно воздух, проходя между лопастями
крыльчатки, отдает только часть своей энергии. И я
решил заменить крыльчатку диафрагмой, которая
использует все 100% оказываемого на нее давления
воздуха. Но так как диафрагма все время тянет
только в одну сторону, я придумал механизм, с
помощью этого механизма диафрагма будет
двигаться и вперед и назад. Имея разряжение
воздуха то с одной стороны, то с другой.
На фигурах показана принципиальная схема
электростанции.
Фиг.№1, обозначены: 1-стенка дымовой трубы,
2-рабочие секции, 3-диафрагмы в рабочих секциях,
4-штоки диафрагм, соединенных с генераторами, 5-
верхнее рабочее колесо с окном, 6- нижнее рабочее
колесо с окном, 7-нижний мотор-генератор, 8-
верхний мотор-генератор, 9-нижняя турбина, 10-
верхняя турбина, 11-лопасти вертикального
наружного ветродвигателя, 12-радиаторы нагрева
воздуха внутри трубы, 13-теплица, 14-солнечные
водонагреватели, 15-заборники воздуха из теплиц
внутрь трубы.
Фиг.№2, обозначены: 1/1-первая рабочая секция,
1/2-вторая рабочая секция, 1/3-окно в нижнем
рабочем колесе, 1/4-большое верхнее окно во второй
рабочей секции, 1/5-перегородка между рабочими
секциями, 1/6-верхнее рабочее колесо, 1/7-окно в
верхнем рабочем колесе, 1/8-единный вал верхнего
и нижнего рабочих колес, 1/9-стенка дымовой
трубы, 1/10-диафрагмы, 1/11-верхнее большое окно
в первой секции.
Как видно из фиг.№1 теплый воздух из теплиц
находящихся у основания трубы через
воздухозаборники под №15 попадает внутрь
дымовой трубы ниже всех рабочих механизмов.
Проходя через работающие генераторы воздух,
дополнительно разогревается, затем попадает в одну
из рабочих секций. Внизу у основания трубы
находятся две рабочие секции закрытые сверху и
снизу и разделенные между собой поперек дымовой
трубы. Между этими секциями проходит вал. На
нем находятся два колеса. Система примерно
похожа на вагонную колесную пару. Только
намного больше. Вверху и внизу рабочих секций
имеется по одному окну. В рабочих же колесах,
находящихся в вверху и внизу рабочих секций
имеется только по одному окну. Данные окна
расположены друг к другу под углом 180 градусов.
В то время, когда окно нижнего колеса совмещается
с нижним окном первой секции, окно верхнего
колеса совмещается с верхним окном второй
секции. В это время теплый воздух попадает в
первую секцию. В первой секции воздух давит на
диафрагму, во второй же секции через совмещенное
верхнее окно верхней секции и верхнее окно колеса
разряжение тянет диафрагму внутрь второй секции.
Затем колесо разворачивается на 180 градусов, и
процесс повторяется в том же цикле. Только теперь
разряжение тянет диафрагму в первую секцию. В
центре диафрагм находятся рабочие штоки, которые
передают толкательную энергию на генераторы.
Или же на поршневые гидронасосы. Колесо
3. 28974
3
крутится постоянно и, следовательно, перемещение
диафрагмы с одной секции в другую происходит
постоянно. А значит, и толкательная энергия
поступает постоянно.
На фиг.№1 показаны две диафрагмы под №3,
потому что если бы стояла одна диафрагма то она
бы упиралась в ось, соединяющую верхнее и нижнее
колесо. Поэтому я применил две диафрагмы, чтоб не
мешать работе оси. Движение диафрагм один метр
вперед и один метр назад. Диафрагмы изготовлены
из эластичного прочного материала, который не
тянется и не рвется при перепадах температуры. Это
силиконовая резина (мембрана) "FORSIL®".
Производитель "Rogers Corporation" (Бельгия).
Твердость, Шор А: 40 высокоэластичная,
выдерживает прочность 68 кгс/см2
температурный
диапазон: от -70°С до +250°С. изготавливается
толщиной от 1 до 6 мм. Общее движение штока за
один цикл два метра. На фиг. показана нижняя
турбина под №9, которая находится на одном валу с
верхним колесом под №5, нижним колесом под №6
и нижним мотор генератором под №7. За счет
турбины под №9 будут постоянно вращаться
рабочие колеса. Сама же турбина будет вращаться
за счет поднимающегося из рабочих секций теплого
воздуха. Под №7 находится мотор-генератор, он
служит для запуска турбины, а в случае быстрого
раскручивания колес, данный мотор- генератор
переходит в режим генерации, и с помощью
увеличения нагрузки будут регулироваться обороты
турбины вместе с колесами. Под №8 находится
верхний мотор-генератор, который стоит на одном
валу с турбиной под №10 и лопастями
вертикального ветродвигателя под №11.
Принцип работы данной установки: мотор-
генератор под №8 при малом ветре запускает
турбину и работает в режиме двигателя для
создания с помощью турбины под №10 постоянного
разряжения в дымовой трубе. При скорости ветра 6-
7м/сек, а на высоте 100 метров такая скорость ветра
присутствует практически постоянно, мотор
отключается, и лопасти под №11 вертикального
ветродвигателя раскручивают турбину под №10, тем
самым создавая постоянное разряжение в трубе до
0,2 атмосфера. При увеличении ветра свыше
12 м/сек, турбина раскручивается с большой
скоростью и тогда мотор- генератор под №8
переходит в режим генерации и тем самым
притормаживает скорость турбины и вырабатывает
дополнительную энергию. Под №12 находятся
тепловые радиаторы, которые получают тепловую
энергию от солнечных водонагревателей. Получив
энергию, они разогревают воздух внутри дымовой
трубы, тем самым увеличивая скорость движения
воздуха, а, следовательно, естественную тягу. При
размерах диафрагм высота 7 м ширина 4 м каждая, а
их всего 2 штуки, общая площадь двух диафрагм
составляет 56 кв.м. При разряжении 0,2 атмосферы
на каждый квадратный сантиметр диафрагм давит
вес в 200 грамм, а на каждый квадратный метр давит
2 тонны. На общую площадь двух диафрагм общее
давление будет составлять 112 тонн. А,
следовательно, эта сила с помощью штоков
диафрагм будет передаваться на электрогенераторы
или на масляные поршневые насосы. Которые в
свою очередь будут крутить гидронасосы, а
гидронасосы будут вращать генераторы.
Ориентировочная скорость вращения колес 30
оборотов в минуту. При поднятии 1 кг на 1 метр
затрачивается 10 Дж энергии. В моем изобретении
общее давление на штоки будет составлять 112
тонн, а ход штока 2 метра. Следовательно, получим
энергии способную поднять 112 тонн на 2 метра.
Эта энергия будет равна 2 240 000 Дж, что
составляет 0,62 кВт/ч. Эта мощность которую
выработает данная установка за один оборот колеса.
При скорости 30 оборотов в минуту за 1 час будет
выработано 1116 кВт/ч электроэнергии. Это при
скорости ветра до 12 м/сек, свыше 12 м/сек
дополнительную электроэнергию будет
вырабатывать еще верхний ветрогенератор под №8.
В случае если установка будет нормально
функционировать при 60 оборотов рабочих колес в
минуту, то мощность увеличится вдвое, и будет
составлять 2232квт/ч.
Задача изобретения - использование в одной
установке нескольких нетрадиционных источников
энергии: солнце, ветер и перепад температурного и
атмосферного давления. Преобразующихся с
помощью диафрагм в толкательную энергию, а
затем в электроэнергию.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Гибридная ветротепловая электростанция,
включающая конусообразную трубу с турбиной,
теплицу с солнечными водонагревательными
элементами, отличающаяся тем, что
конусообразная труба выполнена в виде дымовой
трубы, в нижней части которой находятся две
рабочие секции, разделенные перегородкой с двумя
диафрагмами, имеющими штоки в центре,
связанные с генераторами, сверху и снизу секций
размещены верхнее и нижнее колеса для
обеспечения движения диафрагм по горизонтали в
обе стороны, на одном валу с верхним и нижним
колесами выше рабочих секций размещена нижняя
турбина, а под нижним колесом установлен нижний
мотор-генератор, вверху внутри конусообразной
трубы размещены верхняя турбина, верхний мотор-
генератор, расположенные на одном валу, на
котором также размещен наружный вертикальный
ветродвигатель, при этом выше нижней турбины
установлены теплорадиаторы.
