1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 29993
(51) F03D 1/00 (2006.01)
F03D 3/04 (2006.01)
F03D 9/00 (2006.01)
F03D 9/02 (2006.01)
F03D 11/02 (2006.01)
F24J 2/42 (2006.01)
F24J 2/48 (2006.01)
F03G 6/00 (2006.01)
F03G 7/04 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2014/0390.1
(22) 28.03.2014
(45) 15.06.2015, бюл. №6
(72) Надиров Надир Каримович; Низовкин
Валентин Михайлович
(73) Товарищество с ограниченной
ответственностью "Научно-Инженерный Центр
"Нефть" Национальной Инженерной Академии
Республики Казахстан"
(56) Инновационный патент РК №27341, 2013
(54) ВЕТРОСОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
"ТОРНАДО"
(57) Изобретение относится к области
бестопливных электростанций промышленной
мощности на основе совместного использования
ветровой и солнечной энергий и
теплоаккумуляторов по принципу образования
атмосферных вихрей типа «торнадо».
Задача изобретения - создание устройства,
преобразующего солнечную и ветровую энергии в
электрическую.
Технический результат изобретения -
обеспечение постоянной выработки электроэнергии
не зависимо от погодных условий и времени суток.
В ветросолнечной электростанции «Торнадо»,
включающей конфузорную башню с впускными
клапанами из светопрозрачного теплоизолирующего
материала с внутренним светопоглощающим слоем,
сверху которой установлен турбогенератор, а
снизу - теплоаккумулятор, согласно изобретению,
конфузорная башня выполнена с конусностью не
более 15-20° с шарнирными клапанами
зачерненными изнутри, установлена вертикально на
стойках и соединена с ними направляющими
тангенционально установленными зачерненными
пластинами и расчалками, снаружи турбогенератора
установлен дефлектор, а снизу конфузорной башни
расположен кольцевой гелиоколлектор с
вихреобразующим аппаратом, под которым
установлен теплоаккумулятор, выполненный
грунтовым с черным покрытием и снабжен
трубопроводом подачи воды.
Вихреобразующий аппарат гелиоколлектора
выполнен лопаточным с углами наклона лопаток
30-45° и установлен в нижнем сечении конфузорной
башни.
Кольцевой гелиоколлектор выполнен из
светопрозрачного материала, и расположен над
грунтовым теплоаккумулятором с переменным
зазором.
Грунтовый теплоаккумулятор выполнен
коническим, емкостью не менее суточного
энергопотребления, из теплопроводящего грунта и
снабжен внутренними теплоэлектрическими
нагревателями (ТЭНы), питаемыми, избыточной
электроэнергией турбогенератора.
Дефлектор выполнен с углом наклона не более
30°.
Лопатки турбины турбогенератора выполнены с
шагом не менее высоты турбины и углами наклона,
уменьшающимися по радиусу.
Шарнирные клапаны конфузорной башни
выполнены по всему периметру открывающимися
внутрь башни и установлены на стержнях при
помощи не менее 3 шарниров.

2. 29993
2
Изобретение относится к области бестопливных
электростанций промышленной мощности на основе
совместного использования ветровой и солнечной
энергий и теплоаккумуляторов по принципу
образования атмосферных вихрей типа «торнадо».
Известно устройство «Солнечный двигатель»,
преобразующее солнечную и ветровую энергию
атмосферы в электроэнергию, включающее
гелиопреобразующую поверхность внутри
светопроницаемого теплоизолирующего покрытия,
пространство между которыми сообщается через
воздухоотводящую трубу с ветротурбиной,
соединенной с электрогенерирующим устройством
и снабжено теплоаккумулятором (А.с. СССР
№1625999, кл. F03G 6/00, F24J 2/42, опубл.
07.02.1991 г).
Существенным недостатком этого изобретения
является не обеспечение постоянства
вырабатываемой электроэнергии.
Известен «Башенный ветродвигатель»,
состоящий из вытяжной трубы, размещенной
коаксиально внутри конфузорной башни с
дефлектором, имеющим окна и флюгер,
ветродвигатель, установленный на крыше жилого
здания, нижний конец вытяжной трубы сообщен с
чердачным помещением здания, где также
установлен электрогенератор с длинным
вертикальным валом (Патент РФ №2038511, кл.
F03D 3/04, опубл. 27.06.1995 г).
Недостатками этого изобретения являются не
обеспечение постоянства вырабатываемой
электроэнергии.
Наиболее близким техническим решением
является «Башенная электростанция «Торнадо»,
включающая конфузорную башню с впускными
клапанами из светопрозрачного теплоизолирующего
материала с внутренним светопоглощающим слоем,
сверху которой установлен турбогенератор, а
снизу - теплоаккумулятор (Инновационный патент
РК №27341, кл. F03D 1/00, опубл. 16.09.2013г.).
Недостатками этого изобретения также является
не обеспечение постоянства вырабатываемой
электроэнергии.
Задача изобретения - создание устройства,
преобразующего солнечную и ветровую энергии в
электрическую.
Технический результат изобретения -
обеспечение постоянной выработки электроэнергии
не зависимо от погодных условий и времени суток.
Задача и технический результат достигаются тем,
что в ветросолнечной электростанции «Торнадо»,
включающей конфузорную башню с впускными
клапанами из светопрозрачного теплоизолирующего
материала с внутренним светопоглощающим слоем,
сверху которой установлен турбогенератор, а
снизу - теплоаккумулятор, согласно изобретению,
конфузорная башня выполнена с конусностью не
более 15-20° с шарнирными клапанами
зачерненными изнутри, установлена вертикально на
стойках и соединена с ними направляющими
тангенциально установленными зачерненными
пластинами и расчалками, снаружи турбогенератора
установлен дефлектор, а снизу конфузорной башни
расположен кольцевой гелиоколлектор с
вихреобразующим аппаратом, под которым
установлен теплоаккумулятор, выполненный
грунтовым с черным покрытием и снабжен
трубопроводом подачи воды.
Кроме того, в ветросолнечной электростанции
«Торнадо» вихреобразующий аппарат
гелиоколлектора выполнен лопаточным с углами
наклона лопаток 30-45° и установлен в нижнем
сечении конфузорной башни.
Кольцевой гелиоколлектор выполнен из
светопрозрачного материала, и расположен над
грунтовым теплоаккумулятором с переменным
зазором.
Грунтовый теплоаккумулятор выполнен
коническим, емкостью не менее суточного
энергопотребления, из теплопроводящего грунта и
снабжен внутренними теплоэлектрическими
нагревателями (ТЭНы), питаемыми избыточной
электроэнергией турбогенератора.
Дефлектор выполнен с углом не более 30°.
Лопатки турбины турбогенератора выполнены с
шагом не менее высоты турбины и углами наклона,
уменьшающимися по радиусу.
Шарнирные клапаны конфузорной башни
выполнены по всему периметру открывающимися
внутрь башни и установлены на стержнях при
помощи не менее 3 шарниров.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1
приведен общий вид электростанции при
эксплуатации, на фиг.2 показан ее общий вид без
направляющих ветер пластин, на фиг.3 - узел
теплоаккумулятора, на фиг.4 - общий вид турбины,
на фиг.5 - общий вид и разрез дефлектора.
Ветросолнечная электростанция «Торнадо»
состоит из конфузорной башни 1 с конусностью не
более 15-20° (по результатам испытаний модели) с
шарнирными клапанами 2, зачерненными изнутри,
установленной вертикально на стойках 3 с
фундаментными фланцами 4 и расчалках 5.
Шарнирные клапаны 2 выполнены
открывающимися внутрь конфузорной башни 1 по
всему ее периметру, установлены на стержнях
башни при помощи не менее 3 шарниров. Сверху
конфузорной башни 1 установлен турбогенератор,
содержащий осевую турбину 6 с стандартным
электрогенератором и направляющим аппаратом (на
чертеже не показаны), снаружи турбогенератора, на
башне 1 установлен дефлектор 7, выполненный с
углом наклона не более 30° (по результатам
испытаний модели). Лопатки 14 со специальным
профилем 16 турбины 6 выполнены с шагом не
менее высоты турбины и углами наклона,
уменьшающимися по радиусу к направляющему
кольцу 17 с ребрами жесткости 18. В нижнем
сечении конфузорной башни 1 расположен
кольцевой гелиоколлектор 11 с вихреобразующим
аппаратом 8, под которым установлен грунтовый
теплоаккумулятор 13, выполненный коническим с
черным покрытием, тепловой емкостью не менее
суточного энергопотребления и имеет внутренние
теплоэлектрические нагреватели 19, питаемые
избыточной энергией турбогенератора, который

3. 29993
3
снабжен трубопроводом 20 подачи воды в ночное и
облачное время суток. Для накапливания
электроэнергии и выдачи ее потребителю служат
стандартные электроаккумуляторы и инверторы (на
чертеже не показаны). Вихреобразующий аппарат 8
гелиоколлектора 11 выполнен лопаточным с углами
наклона лопаток 15 30-45° (по результатам
испытаний модели установки). Конфузорная башня
1 через пояса 8 расчалками 5, тангенциальными
направляющие ветер пластинами 9 и
светопоглощающими диффузором 10 связана со
стойками 3. Диффузор 10 из светопрозрачного
материала 11 соединен со штырями 12 и размещен
на грунтовым теплоаккумулятором 13 с переменным
по площади зазором.
Для обслуживания электростанции «Торнадо»
служит лестница 21.
Работа ветросолнечной электростанции
«Торнадо» осуществляется следующим образом.
При ветре со скоростью 3-25 м/с его потоки со
стороны поступления ускоряются на 20-30% при
движении между суживающими тангенциальными
каналами направляющих ветер пластин 9 и через
открывшиеся шарнирные клапаны 2 входят внутрь
конфузорной башни 1, создавая вихревой поток,
который под оптимальными углами поступает в
направляющий аппарат и далее на лопатки турбины
6, которая преобразует его энергию, передаваемую
через редуктор электрогенератору и далее
потребителю. Общий КПД при этом может
достигать 0,65, при максимальной мощности.
Избыток электроэнергии в таком случае
автоматически поступает в ТЭНы 19, которые
дополнительно нагревают грунт теплоаккумулятора
13, а основная энергия накапливается в
электроаккумуляторе и через инвертор подается
потребителю.
При солнечном излучении интенсивностью
0,25-1,0 кВт/м2
все внутренние зачерненные
поверхности (шарнирные клапаны 2, направляющие
ветер пластины 9, диффузор 10, теплоаккумулятор
13), нагреваясь, переизлучают энергию в виде тепла
завихренным потокам воздуха, что приводит к
концентрации энергии внутри конфузорной башни 1
с повышением окружных скоростей потоков до 2-3
раз и повышению мощности электростанции до
суммарной ветровой и солнечной с учетом общего
КПД процессов 0,5-0,6.
В ночное или облачное время теплоаккумулятор
13 излучает запасенную днем энергию внутрь
конфузорной башни 1, что повышает мощность
турбины на 30-40%, а при подаче воды по
трубопроводу 20 до 40-60%, так как ее испарение
при температуре теплоаккумулятора 13 80-100°С
приводит к испарению воды, а пар, поступающий
внутрь башни 1 конденсируясь также повышает
мощность процесса вихреобразования. Эти
процессы обеспечивают постоянную суточную
выработку электроэнергии со средней мощностью
равной около половины максимальной.
Автоматическая работа клапанов 2, подача воды
и большой запас энергии теплоаккумулятора 13
обеспечивают постоянную выработку
электроэнергии.
При среднегодовой суммарной длительности
поступления ветровой и солнечной энергий около
6000 часов и емкости грунтового теплоаккумулятора
на 2750 часов его работы электростанция «Торнадо»
может обеспечить постоянное бесперебойное
энергоснабжение на большинстве территории РК.
Расчетами установлено, что такие
электростанции при постоянном, круглосуточном
электроснабжении и себестоимости не выше
существующих позволят использовать такие
электростанции даже при отсутствии общих сетей
электроснабжения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Ветросолнечная электростанция, включающая
конфузорную башню с впускными клапанами из
светопрозрачного теплоизолирующего материала с
внутренним светопоглощающим слоем, сверху
которой установлен турбогенератор, а снизу
теплоаккумулятор, отличающаяся тем, что
конфузорная башня выполнена с конусностью не
более 15-20° с шарнирными клапанами
зачерненными изнутри, установлена вертикально на
стойках и соединена с ними направляющими
тангенциально установленными зачерненными
пластинами и расчалками, снаружи турбогенератора
установлен дефлектор, а снизу конфузорной башни
расположен кольцевой гелиоколлектор с
вихреобразующим аппаратом, под которым
установлен теплоаккумулятор, выполненный
грунтовым с черным покрытием и снабжен
трубопроводом подачи воды.
2. Ветросолнечная электростанция по п.1,
отличающаяся тем, что вихреобразующий аппарат
гелиоколлектора выполнен лопаточным с углами
наклона лопаток 30 - 45° и установлен в нижнем
сечении конфузорной башни.
3. Ветросолнечная электростанция по п.1,
отличающаяся тем, что кольцевой гелиоколлектор
выполнен из светопрозрачного материала, и
расположен над грунтовым теплоаккумулятором с
переменным зазором.
4. Ветросолнечная электростанция по п.1,
отличающаяся тем, что грунтовый
теплоаккумулятор выполнен коническим, емкостью
не менее суточного энергопотребления, из
теплопроводящего грунта и снабжен внутренними
теплоэлектрическими нагревателями, питаемыми
избыточной электроэнергией турбогенератора.
5. Ветросолнечная электростанция по п.1,
отличающаяся тем, что дефлектор выполнен с
углом не более 30°.
6. Ветросолнечная электростанция по п.1,
отличающаяся тем, что лопатки турбины
турбогенератора выполнены с шагом не менее
высоты турбины и углами наклона,
уменьшающимися по радиусу.
7. Ветросолнечная электростанция по п.1,
отличающаяся тем, что шарнирные клапаны
конфузорной башни выполнены по всему периметру

4. 29993
4
открывающимися внутрь башни и установлены на
стержнях при помощи не менее 3 шарниров.

5. 29993
5

6. 29993
6
Верстка Н.Киселева
Корректор К.Нгметжанова