Патент на изобретение №2386853

(54) ВИХРЕВАЯ ВЕТРОУСТАНОВКА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области использования ветровой энергии для генерирования электрической энергии и, в частности, может быть использовано для получения дистиллированной воды в безводных районах. Вихревая ветроустановка содержит куполообразный корпус, ротор и направляющий аппарат. Установка снабжена вакуумной головкой, которая включает внешнюю нагревательную поверхность, воздушные каналы и тепловой элемент. Вакуумная головка установлена вверху корпуса. Внутри корпуса расположены направляющие элементы и ротор, по оси симметрии образован канал для прохождения нисходящего потока холодного воздуха. Оси симметрии корпуса и его выходного отверстия смещены. Под корпусом над термостатным колодцем с конденсатором расположены на нижнем конце вала нижние направляющие элементы и мультипликатор, сопряженный с генератором тока. Термостатный колодец выполнен с боковыми каналами. Кроме того, вихревая ветроустановка снабжена аккумулирующей системой электрического тока и емкостями с теплоносителем внутри вакуумной головки. Изобретение обеспечивает увеличение крутящего момента с использованием вихря внутри замкнутой системы, а также повышение устойчивости установки и ее компактности. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области использования ветровой энергии для генерирования электрической энергии и, в частности, может быть использовано для получения чистой питьевой, дистиллированной воды в безводных районах.

Известна вихревая ветроустановка, содержащая корпус, вытяжное устройство, направляющие аппараты, каждый из которых выполнен в виде, по крайней мере, двух коаксиально установленных в корпусе установки полых элементов в форме усеченных гиперболоидов вращения с разделяющими вертикальными перегородками, изогнутыми по оси спирали, и ветроколеса, выполненного в форме тела вращения, с жесткими профилированными лопастями и установленного над вытяжными цилиндрическими каналами, образованными внутренними торцами вертикальных профилированных перегородок каждого направляющего аппарата. (См. патент РФ 2093702, публ. 1997.10.20., Кл. F03D 03/04).

Недостатком данного устройства является конструктивная сложность установки и ее эксплуатации. А наличие большого числа элементов, входящих в установку, снижает ее надежность.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является ветроустановка, содержащая вытяжной канал, направляющий аппарат и ветроколесо, выполненное в форме тела вращения, установленное над вытяжным каналом, и генератор вихря. Генератор вихря представляет собой осесимметричный полый конус и крылья, выполненные в виде двух развернутых встречно полуцилиндров с диаметром D, центры которых расположены на линии пересечения основания конуса с диаметральной плоскостью. (См. патент РФ 2341682, публ. 2008.12.20., кл. F03D 03/04).

Недостатками данной установки являются следующие факторы:

1. Верхнее расположение генератора тока, что вызывает необходимость в создании очень сложной конструкции, особенно при больших генерирующих мощностях, и увеличивает материалоемкость конструкции, следовательно, и ее стоимость и, если мы говорим о вихре, то получаемый «вихрь» в этой установке будет противодействовать в части нисходящего холодного потока.

2. Создание «генератора вихря» такой конструкции будет работать по затухающей, так как нисходящий холодный поток будет противодействовать подъему воздушных масс, растекаясь по конусу, и на малых скоростях, от 3 м/с, крутящий момент будет ослабевать.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в увеличении крутящего момента с использованием вихря внутри замкнутой системы, а также в повышении устойчивости установки и ее компактности.

Поставленная задача достигается тем, что вихревая ветроустановка содержит куполообразный корпус, ротор, направляющий аппарат.

В соответствие с изобретением установка снабжена вакуумной головкой, которая включает воздушные каналы с внешней нагревательной поверхностью, тепловой элемент. Вакуумная головка установлена вверху корпуса. Внутри корпуса расположены ротор и направляющие элементы для воздушного потока. Внутри ротора по оси симметрии образован канал для прохождения нисходящего потока холодного воздуха. Оси симметрии корпуса и его выходного отверстия смещены.

Под корпусом над термостатным колодцем с конденсатором расположены нижние направляющие элементы для основного потока воздуха и мультипликатор, сопряженный с генератором тока.

Кроме того, при уменьшении скорости ветра от 7 м/с до 3 м/с крутящий момент ротора усилен работой вакуумной головки. Благодаря этому в корпусе над ротором создается зона пониженного давления и возникает дополнительная тяга.

Кроме того, вихревая ветроустановка снабжена термостатным колодцем с боковыми каналами. Боковые каналы открывают при уменьшении скорости ветра ниже 3 м/с, для высвобождения восходящих тепловых потоков воздуха.

Кроме того, вихревая ветроустановка снабжена аккумулирующей системой электрического тока. Аккумулирующая система используется для работы теплового элемента в случае падения скорости ветра ниже 3 м/с, а также для накапливания излишней, неиспользованной электрической энергии.

Кроме того, внутри вакуумной головки установлены емкости с теплоносителем, который поступает в летнее время и нагревается от солнечной энергии посредством внешней нагревательной поверхности вакуумной головки.

Работа термостата, теплового элемента, нагрев теплоносителя во внутренних емкостях вакуумной за счет солнечной энергии – все это необходимо для создания «вихря» внутри установки, для увеличения крутящего момента вала установки при скорости основного ветрового потока ниже 3 м/с. К тому же крутящий момент ротора усилен благодаря направлению потока холодного воздуха, возникающего в центре вихревого движения, во внутренний канал ротора. Там поток холодного воздуха воздействует на лопатки и тем самым усиливает вращение вала. Нижнее размещение генератора с мультипликатором придает установке, в целом, устойчивость и компактность.

На фиг.1 представлен общий вид вихревой ветроустановки.

На фиг.2 – вид основного воздушного потока, вращающего ротор.

На фиг.3 показаны основные тепловые потоки от термостатного колодца.

На фиг.4 – тепловые потоки от нагревателя вакуумной головки.

На фиг.5 – вид сверху с разрезом вакуумной головки.

На фиг.6 – движение холодного потока в вихревом движении установки.

Вихревая ветроустановка содержит куполообразный корпус 1. Внутри корпуса 1 по оси симметрии установлен на валу ротор 2 с лопастями 3. На внутренней поверхности корпуса 1 расположены по спирали направляющие элементы 4 для воздушного потока. Внутри ротора 2 образован канал 5 для прохождения потока холодного воздуха. Внутри канала 5 установлены лопатки 6.

Вверху корпуса 1 установлена вакуумная головка 7. Вакуумная головка 7 включает тепловой элемент 8, воздушные каналы 9 с внешней нагревательной поверхностью 10. Внутри вакуумной головки 7 предусмотрены емкости для теплоносителя (не показаны). В пространстве между тепловым элементом 8 и ротором 2 образована зона пониженного давления, которое возникает при работе вакуумной головки 7.

Аккумулирующая система 11 расположена вне корпуса 1 и соединена с генератором тока 12. Аккумулирующая система 11 предназначена для накапливания излишней неиспользованной электрической энергии и, в частности, для работы теплового элемента 8, когда в этом возникает необходимость.

Оси симметрии выходного отверстия 13 и установки, в целом, смещены относительно друг друга.

Под корпусом 1 установлены нижние направляющие элементы 14 для основного потока воздуха, а также мультипликатор 15, сопряженный с генератором 12 тока. Еще ниже расположены термостатный колодец 16 с водой 17 и конденсатором 18.

Вихревая установка работает следующим образом.

Основной поток воздуха, двигаясь горизонтально земной поверхности, по нижним направляющим элементам 14 попадает через каналы корпуса 1 во внутрь установки и воздействует на лопасти 3 ротора 2. Далее, двигаясь по направляющим 4, поток воздуха закручивается вертикально вверх, а также направляется по касательной вращательного движения потока. Ротор 2 приводит во вращение вал, передающий крутящий момент на мультипликатор 15 – зубчатая передача для повышения числа оборотов вала – и в дальнейшем генератора 12, вырабатывающего ток. При скорости ветра до 3 м/с этого ветрового потока достаточно.

При скоростях от 3 м/с до 1 м/с необходимо увеличение крутящего момента вала. Это достигается с помощью вертикального потока воздуха, восходящего от термостатного колодца в зимнее время.

Т_{колодца}>Т_{воздуха}, что дает мощный восходящий поток, который в направляющих 4 начинает закручиваться, создавая вихревое движение. Поднимаясь во вращательном движении, этот поток тоже воздействует на лопасти 3 ротора 2, что увеличивает крутящий момент вала ротора.

Чтобы окончательно, гарантированно увеличить мощность вихря, сделано еще два устройства. Внутри вакуумной головки 7 установлен тепловой элемент 8. Работа этого элемента 8 также создает восходящий поток. Действие вакуумной головки 7 происходит следующим образом: воздушная масса, попадая в каналы 9 головки, продувается через них – создается всасывающий эффект. Благодаря этому внутри головки создается зона пониженного давления, которая заполняется воздухом снизу от ротора, так как вектор тяги направлен вертикально вверх. Создается движение воздушного потока вверх, а направляющие элементы 4 корпуса 1 придают потоку вращательное движение. Это, в свою очередь, создает вихревое движение, которое и воздействует дополнительно на лопасти 3 ротора 2. В вихревом движении происходит также расслоение воздушной массы по температуре: холодный воздух закручивается ближе к центру, а теплый – к периферии. Вокруг вала ротора 2 создается канал 5 для холодного воздуха, направляемого вниз. Правильно устроенные лопатки 6 внутри канала 5 создают дополнительный крутящий момент на вал ротора. Все тяговые векторы направлены вертикально вверх к выходному отверстию 13, смещенному от центра. Тем самым создается вихревое движение, устойчивое в данной системе.

Суммируя, все положительные моменты:

M_общ=m₁+m₂+m₃+m₄,

где m₁ – момент крутящий от термостатного колодца;

m₂ – момент от теплового элемента;

m₃ – момент от вакуумной головки;

m₄ – момент от нисходящего холодного потока внутри ротора.

Это гарантирует вращение ротора с необходимым крутящим моментом генератора.

Формула изобретения

1. Вихревая ветроустановка, содержащая куполообразный корпус, ротор и направляющий аппарат, отличающаяся тем, что установка снабжена установленной вверху корпуса вакуумной головкой, включающей внешнюю нагревательную поверхность, воздушные каналы и тепловой элемент, а также расположенными внутри корпуса направляющими элементами и ротором с образованием внутреннего канала для прохождения нисходящего потока холодного воздуха, причем оси симметрии корпуса и его выходного отверстия смещены, а на нижнем конце вала ротора над термостатным колодцем с конденсатором расположены нижние направляющие элементы и мультипликатор, сопряженный с генератором тока.

2. Вихревая ветроустановка по п.1, отличающаяся тем, что при уменьшении скорости ветра от 7 до 3 м/с крутящий момент ротора усилен работой вакуумной головки, благодаря чему в корпусе над ротором создается зона пониженного давления и возникает дополнительная тяга.

3. Вихревая ветроустановка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена термостатным колодцем с конденсатором и боковыми каналами, открываемыми при уменьшении скорости ветра ниже 3 м/с одновременно с включением теплового элемента.

4. Вихревая ветроустановка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена аккумулирующей системой, связанной с генератором и частично используемой для работы теплового элемента в случае падения скорости ветра ниже 3 м/с,

5. Вихревая ветроустановка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена установленными внутри вакуумной головки емкостями с теплоносителем, поступающим в летнее время и нагреваемым от солнечной энергии посредством нагревательной поверхности вакуумной головки.

РИСУНКИ