Phedotikov / 1 / FreeEnergy_27.01.08 / Термодинамические / RU_2265161

RU 2 265 161 C2

поток 3 отражаетс от общего ветропотолка, функции которого выполн ет светопроницаемый теплоизолирующий материал, или от локальных, снабженных криволинейными поверхност ми, ветропотолков, расположенных над каждой наклонной ветронаправл ющей теплогенерирующей поверхностью 10. В результате этого воздушный

5поток 3 после прохождени над каждой такой поверхностью 10 может быть ориентирован строго горизонтально или с определенным наклоном вверх или вниз. Кроме того, кажда 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 движени в

10плоскост х, перпендикул рных вращающемус воздушному потоку под светопроницаемым теплоизолирующим материалом вокруг оси 7 воздухоотвод щей трубы 8 и ветротурбины 6. Возникновению такого вихревого движени способствуют сформированные градиенты температур на указанных поверхност х 10, а также подведение к ним воды в виде

микрочастиц или тонкого стекающего сло и барботирующего воду специально 15 организованного вспомогательного воздухопотока и технологически заданного градиента

температуры вдоль всего воздушного кольцевого канала.

Вследствие применени технологических схем и средств воздух 3, поступа через воздухозаборные средства 2 и приобрета начальное вращательное движение, делает целый р д оборотов над наклонными воздухонаправл ющими и теплогенерирующими

20поверхност ми 10 в первом воздушном кольцевом канале, получа в процессе каждого оборота импульсы кинетической и тепловой энергии. В переходном процессе кинетическа энерги вращающегос вихресодержащего воздушного потока за каждый его оборот нарастает. Когда наступает установившийс вращательно-вихревой процесс, количество поступающей в него за каждый оборот вокруг оси 7 энергии равно количеству отводимой

25энергии (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 ветронаправл ющие поверхности 12. Последние могут отличатьс от рассмотренных выше поверхностей 10 геометрическими параметрами и формами, величиной подводимой к ним тепловой энергии,

30но технологическое назначение их сохран етс . Они во втором воздушном кольцевом канале обеспечивают дальнейшее повышение во вращающемс воздушном потоке (вокруг

оси 7) кинетической энергии.

На фиг.3 показан процесс энергетического насыщени воздухопотока 3 в первом или втором воздушном канале путем последовательного перехода воздушного потока от одной

35наклонной ветронаправл ющей теплогенерирующей поверхности 10 (12) к другой. При этом показано, что энергетические каналы подачи рабочего тела присоединены к регул торам 13 скорости последнего, а через них - к теплоаккумул торам 14, которые

расположены, в основном, за пределами светопроницаемого теплоизолирующего покрыти 4. Таким образом, задаетс и регулируетс температурный режим поверхностей 10 (12),

40чем главным образом определ ютс режимы вращательных и вихревых движений воздухопотока 3. На приведенных фигурах движение воздуха в вихревых процессах не показано. В приведенной схеме энергетического насыщени воздушного потока

расположением этих р дов на различных уровн х по высоте. Если требуетс высока мощность преобразовани солнечной энергии, то в каждом воздушном кольцевом канале

Страница: 11

RU 2 265 161 C2

может устанавливатьс по несколько р дов подобных поверхностей 10, 12, 16. Солнечные лучи 5 и блок гелиотеплоаккумул торов 14, каждый из которых в составе блока может иметь различные температурные уровни, нагревают наклонные ветронаправл ющие поверхности 10, 12, 16, и последние станов тс теплогенерирующими на различных

5потенциальных уровн х тепловой энергии.

При рассмотрении технологических аспектов на фиг.2, 3 указывалось, что воздушные кольцевые каналы имеют виртуальный характер. Это означает, что за счет размещени поверхностей 10, 12, 16, выбора их формы и температурных режимов создаютс вращательные движени воздушной среды вокруг оси 7 с технологически

10 целесообразными процессами вихреобразовани в воздушных кольцевых каналах, которые не разделены материальными перегородками. Однако при определенной мощности преобразовани солнечной энергии начинает отрицательно сказыватьс взаимное вли ние р дом движущихс воздушных потоков с различными энергетическими характеристиками, создаютс услови дл развити паразитных вихревых процессов. Кроме того, в случае

15 значительных площадей солнечных коллекторов необходимо использование возможно большей части их наземной поверхности в агропромышленных цел х. Мощные воздушные потоки в различных плоскост х в этом случае вл ютс помехой. Поэтому на фиг.4 показан принцип образовани воздушных кольцевых каналов с помощью цилиндрических поверхностей 17 и ветропотолков 15 из светопроницаемого теплоизолирующего

20материала. Переход части объема воздушного потока из одного канала (21, 22, 23, 24) в другой в течение каждого его оборота осуществл етс посредством проемов 18 и вспомогательных устройств, которые на фиг.4 не показаны. Горизонтальные поверхности - "полы", изолирующие каналы 21, 22, 23 снизу, также не иллюстрируютс .

Канал 24 содержит поднимающуюс винтовую поверхность 19, котора выполнена за

25счет установки с аэродинамическим сопр жением наклонных ветронаправл ющих теплогенерирующих поверхностей. Суперпозици последних позвол ет образовать

движущийс вертикально, вдоль оси 7, воздушный вращающийс вихревой поток, поступающий в ветротурбину 6 и далее - в воздухоотвод щую т говую трубу 8.

Винтова аэродинамическа и термодинамическа поверхность 19 отдел етс от 30 окружающего пространства посредством теплоизолирующего пустотелого конуса 20, внутренн поверхность которого так же, как и сама поверхность 19, выполн етс из

высокопрочных материалов с приданием им специального рельефа, которые обеспечивают значительное снижение энергетических потерь на трение.

Устройство, реализующее предложенный способ преобразовани солнечной энергии, 35 представленное в упрощенном виде на фиг.1, 2, 3, 4, работает следующим образом.

Гелиопоглощающа поверхность 1 посредством грунтовой поверхности с культивируемыми растени ми дополнена темными поверхност ми 10, 12, 16, образованными плоскими пластинами, выполненными из стальных листов. Эти поверхности своим первым русом располагаютс на грунтовом основании под углом

40 45 ° к горизонтальной плоскости и нагреваютс под действием солнечной радиации (лучами) 5, проход щей через светопроницаемый теплоизолирующий материал 4, а также путем подвода к ним энергетических каналов, через которые подаетс нагретое рабочее тело, в качестве которого применена, например, вода.

Рабочее тело, протека через теплопровод щие каналы, например металлические

45трубы, прикрепленные к стальным листам, образующим поверхности 10, 12, 16, создает технологически заданные температурные градиенты вдоль и поперек проход щего воздушного потока.

Воздух 3 через воздухозаборные средства 2 поступает под светопроницаемый

теплоизолирующий материал 4, представл ющий собой, например, полимерную пленку,

50под углом к радиальным направлени м таким образом, чтобы он получал первоначальное вращательное движение вокруг оси 7 воздухоотвод щей т говой трубы 8 и ветротурбины 6.

Это достигаетс за счет размещени в ветрозаборных средствах 2 плоских металлических пластин под углом 45° относительно радиальных направлений от периферии к оси 7. Так

Страница: 12

RU 2 265 161 C2

как в данном конкретном устройстве применено 5 наклонных ветронаправл ющих поверхностей 10, то количество воздухозаборных средств 2, размещенных по кругу относительно оси 7, установлено, по меньшей мере, 5.

Воздух в процессе первоначального вращательного движени поступает на наклонные

5ветронаправл ющие теплогенерирующие поверхности 10, поднимаетс по ним и получает

направлению движени воздушного потока вокруг оси 7. Это вихревое движение ускор ет

20процесс энергонасыщени вращающегос воздухопотока вокруг оси 7 и оформл ет геометрически его поперечное сечение в общей воздушной среде под светопроницаемым теплоизолирующим материалом 4.

Аналогичные технологические процессы происход т в каналах 22, 23 (фиг.2, 3, 4), в

которых последовательно от канала к каналу нарастает энергетическое насыщение 25 воздушного потока, в т.ч. его кинетической энергии.

На фиг.4 показано, что часть вращающегос воздушного потока переходит (в течение каждого оборота) от предыдущего воздушного кольцевого канала в последующий через проемы 18 в цилиндрических ветронаправл ющих светопроницаемых стенках 17.

Последние обозначают конструктивные границы каналов 21, 22, 23, и к ним прикреплены

30светопроницаемые ветропотолки 15 и светопроницаемые днища каналов (эти днища на фигурах не показаны).

Светопроницаемые стенки, ветропотолки и днища 21, 22, 23 выполнены, например, посредством полимерной пленки или тонкого упрочненного стекла. Светопроницаемые стенки, ветропотолки и днища могут выполн тьс в сферической форме, и в таком случае

35созданные поверхности воздушных кольцевых каналов образуют пустотелые тороиды с управл емыми проемами между ними, внутри которых происходит накопление кинетической энергии вращающихс воздухопотоков.

Наклонные ветронаправл ющие теплогенерирующие поверхности 12, 16, подн тые над грунтовой поверхностью на опорных стойках, могут выполн тьс цилиндрической формы и

40встраиватьс как составные элементы поверхностей тороидальных воздушных каналов 21, 22, 23. На их внутренних поверхност х может создаватьс рельеф, способствующий вихреобразованию в поперечном направлении и над ними, то есть в качестве микровихрей, снижающих потери на трение.

На фиг.4 представлен процесс перехода воздухопотока из горизонтального канала 23 в

45вертикальный канал 24, примыкающий в верхней части ко входу в ветротурбину 6. Внутри энергетического воздушного канала 24 размещена винтова поверхность 19, поднимающа с вдоль оси 7 с уменьшающимс к верху углом подъема. Винтова поверхность 19 термически отделена от окружающего пространства конической

поверхностью 20 с минимизированным сопротивлением движению воздушного потока. 50 Регулируемое количество вращающегос воздухопотока и, следовательно, энергии поступает из канала 23 в канал 24 посредством управл емых передающих устройств (с

функциональным назначением типа акселератора). На положение этих устройств при заданном отборе мощности в турбину существенное значение имеют конкретные услови

Страница: 13

Технико-экономическа эффективность предложенного способа достигаетс при реализации п.1 формулы изобретени , однако осуществление всех пунктов формулы

10позвол ет существенно повысить эффективность преобразовани солнечной энергии в механическую и электрическую.

в нем, создают направленный воздушный поток от воздухозаборных средств через воздухоотвод щую т говую трубу, отличающийс тем, что с помощью тепловой энергии, образовавшейс при термическом преобразовании солнечных лучей, привод т в

25непрерывное ускор ющеес вращение названный слой воздуха, охваченный светопроницаемым теплоизолирующим материалом, вокруг вертикальной оси, благодар образованию в нем технологически последовательных горизонтальных воздушных

кольцевых каналов, моделирующих энергетически активные воздуховоды управл емой длины, причем в течение каждого оборота воздушного сло в его последовательных

30составных участках кольцевой формы производ т посредством совмещени периодического импульсного теплового воздействи и плавных температурных градиентов

наращивание скорости и энергии его вращательного движени с целевым образованием процессов вихреобразовани путем размещени в пространстве его вращени наклонных ветронаправл ющих поверхностей, наход щихс под управл емым тепловым

35воздействием, которые расположены на фиксированном рассто нии друг от друга и содержат участки поверхностей тел вращени , с применением дополнительных ветронаправл ющих поверхностей, выполн ющих, в частности, функции локальных

ветропотолков, при этом от созданного вращающегос воздухопотока отнимают в течение каждого оборота вокруг вертикальной оси часть его восполн емого объема и накопленной

40энергии и осуществл ют процесс перехода воздухопотока из горизонтального канала в вертикальный канал, примыкающий в верхней части ко входу в ветротурбину под углом, близким к пр мому, относительно ветроприемных поверхностей ее лопастей с помощью

сопр гающих аэродинамических устройств, а далее с сохранением принципа вращательновихревого движени воздушного потока - в воздухоотвод щую т говую трубу, при этом

45управл емое тепловое воздействие на наклонные ветронаправл ющие поверхности, обеспечивающие генерацию вращающегос вихресодержащего воздухопотока, осуществл ют частью за счет пр мой солнечной радиации, поступающей через светопроницаемый теплоизолирующий материал, а другой частью - за счет управл емого

подвода к ним потоков технологического рабочего тела от тепловых преобразователей и

50аккумул торов солнечной энергии, причем преобразование ранее накопленной солнечной энергии в тепловые потоки рабочего тела осуществл ют преимущественно за пределами названного светопроницаемого теплоизолирующего материала, что позвол ет повысить эффективность преобразовани солнечной энергии в механическую и электрическую.

Страница: 14

RU 2 265 161 C2

2. Способ преобразовани солнечной энергии по п.1, отличающийс тем, что создают посредством светопроницаемого теплоизолирующего материала концентрично расположенные поверхности, например, цилиндрической формы заданной высоты, охватывающие ось воздухоотвод щей т говой трубы и ветротурбины, и плотно

5соедин ющие их сверху и снизу поверхности, которые образуют совместно ветронаправл ющие светопроницаемые потолки, стенки и полы воздушных кольцевых

каналов, расположенных параллельно друг другу с нарастающей их высотой от периферии

к центру, в каждом из которых размещены наклонные ветронаправл ющие теплогенерирующие поверхности, значени температуры которых задаютс и регулируютс

10 энергетическими потоками технологического рабочего тела, при этом дл получени последних используютс , например, автономные солнечные тепличные комплексы, покрытые светопроницаемым теплоизолирующим материалом, открытые водоемы, содержащие воду с естественной температурой, равной или превышающей 4°С, установки дл утилизации растительных и пищевых отходов, образующихс в окружающей среде, и

15бытовых отходов как продуктов жизнеде тельности в ней, которые совместно позвол ют создать необходимый спектр потоков технологического рабочего тела.

3.Способ преобразовани солнечной энергии по п.1 или 2, отличающийс тем, что сопр гающие аэродинамические устройства создают посредством использовани теплогенерирующих наклонных ветронаправл ющих поверхностей, плавно сопр женных

20между собой таким образом, что их суперпозици образует воздухоускор ющие и ветронаправл ющие поверхности, например, в виде конически сужающихс винтовых аэродинамических поверхностей, в том числе с уменьшением угла их подъема вдоль

вертикальной оси по мере приближени ко входной полости ветротурбины, причем винтовые аэродинамические поверхности отдел ют от окружающего пространства

25посредством воздухонепроницаемых теплоизолирующих конструкций с применением материалов и профилей, формирующих внутренние аэродинамические поверхности по услови м минимизации силы трени движущегос во входную полость ветротурбины высокоскоростного вращающегос вокруг ее оси воздухопотока, при этом внешним энергетическим потокам, подводимым к аэродинамическим винтовым поверхност м,

30подвод т мелкодисперсные струи гор чей воды, за счет чего посредством вспомогательного парообразовани ускор ют финишное вращательно-поступательное движение воздушного потока и обеспечивают попадание микрочастиц воды на ветропринимающие поверхности лопастей ветротурбины, за счет чего возбуждают на них

поле микровихрей и квазикавитационные процессы в них.

35

40

45

50

Страница: 15

RU 2 265 161 C2

Страница: 16

R

RU 2 265 161 C2

Страница: 17