Способ использования слабых ветров и искусственных воздушных токов для нужд энергетики

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЛАБЫХ ВЕТРОВ И ИСКУССТВЕННЫХ ВОЗДУШНЫХ ТОКОВ ДЛЯ НУЖД ЭНЕРГЕТИКИ(71) Заявитель Степанчук Аркадий Николаевич(72) Автор Степанчук Аркадий Николаевич(73) Патентообладатель Степанчук Аркадий Николаевич(57) 1. Способ использования слабых ветров и искусственных воздушных токов для нужд энергетики, при котором атмосферный воздух направляют расположенным во входном раструбе ветроприемника направляющим щитом в многочисленные карманы-полости шести лопастей, размещенных на вертикальной трубчатой оси турбины, установленной с возможностью вращения в центральной цилиндрической части ветроприемника, и далее 13772 1 2010.12.30 воздушный поток направляют в термокамеру, содержащую горизонтальный кольцеобразный в несколько ярусов уложенный воздуховод, в конце которого по двум рукавам воздушный поток раздваивают и выпускают через выходные отверстия рукавов на обе боковые стороны термокамеры, причем используют турбину, выполненную в виде пирамидального ветродвигателя, содержащего лопасти, закрепленные в два яруса на оси вращения, при этом каждая лопасть образована из одного или трех или более модулей,которые образовывают карманы-полости, а все свободное пространство турбины как между ярусами, так и на краях снизу и сверху заполнено треугольными щитами. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в начало верхнего яруса воздуховода термокамеры инжектируют теплый или горячий воздух от внешнего источника. Изобретение относится к ветротехнике. Как известно, при движении любое транспортное средство в атмосферной воздушной среде испытывает разнообразные воздействия как от естественного потока воздуха (ветра), так и от искусственно создаваемого самим транспортом набегающего потока. Использование именно этого вида встречного, лобового движения воздуха и является объектом настоящего изобретения. Известно, что скорость ветра, например, 8 м/сек (пригодная для промышленного использования) соответствует скорости движения автомобиля 29 км/час, скорость ветра 20 м/сек соответствует скорости движения автомобиля 72 км/час 1. При средней скорости передвижения автомобиля в 70 км/час автомобиль испытывает такое лобовое сопротивление встречного потока, что для борьбы с ним при конструировании и производстве значительно завышают мощность его двигателя, что повышает расход углеводородного топлива. Также стараются улучшить обтекаемость его внешних форм, рассчитывая их на компьютерах и испытывая в аэродинамических трубах. Целью настоящего изобретения является предложить такое решение, при котором паразитный лобовой набегающий воздушный поток возможно использовать с максимальной пользой, а не бороться с ним. Вместо двигателя внутреннего сгорания предлагается установить ветродвигатель (ветротурбину), приводящий в действие генератор или генераторы, заряжающие аккумуляторную батарею, от которой смогут работать электромоторы, приводящие колеса транспортных средств автомобилей, поездов, водных плавучих средств. Принципы и сущность конструирования таких ветродвигателей (турбин) запатентованы 2. Существенным недостатком технического решения в представленном первом аналоге 1, 2 является то, что термокамера ветроприемника может эффективно помогать ветросиловой установке работать только в солнечную погоду, что не указана возможность подавать рекуперационное тепло для значительного улучшения функции термокамеры в любую погоду и что не предлагается использовать инерционный маховик для совместной работы с ветротурбиной в качестве аккумулятора механической энергии, в задачу которого должно входить сглаживать прерывистость (отсутствие постоянства) атмосферного воздушного потока. В литературе описано несколько вариантов таких маховиков. Значительным недостатком второго аналога (прототипа) 3, 4 являются большие размеры (7 км) солнечного коллектора, который может работать в светлое время суток и в солнечную погоду, а сверхвысокая вытяжная труба (1 км), как и сам коллектор вокруг нее,в целом, весьма дорогие, занимающие большую территорию, устройства. Ветроэнергетическая установка может работать при нулевой безветренной погоде с большой эффективностью. Целью заявленного изобретения является получение более высокого технического результата по сравнению с техническими решениями, представленными в аналогах 1-4, а также добиться значительной компактности (миниатюризации), еще большей простоты 2 13772 1 2010.12.30 исполнения и уменьшения строительной и эксплуатационной стоимости энергетической установки, работающей как на слабых ветрах, так и на искусственных воздушных потоках. Заявленный технический результат достигается при осуществлении способа освоения слабых ветров и искусственных воздушных токов для нужд энергетики, заключающегося в том, что создают силу тяги, обеспечивающую всасывание атмосферного воздуха в раструб, направляющим щитом ветроприемника направляют поток во многочисленные карманы-полости шести лопастей, размещенных на вертикальной трубчатой оси турбины,вращающейся в его цилиндрической части, и далее в термокамеру, состоящую из горизонтального кольцеобразного в несколько ярусов уложенного воздуховода, который на конце раздваивают на два рукава, отверстия которых выходят на обе боковые стороны термокамеры, причем силу тяги создают термокамерой, в верхнем ярусе которой инжектируют теплый или горячий воздух от внешнего источника. Сущность изобретения поясняется на фиг. 1-5. Стрелками указано движение воздушных потоков как снаружи ветросиловой установки (ВСУ), так и внутри нее. На фиг. 1 изображен общий вид ветроприемника ВСУ входной раструб 1 (с направляющим щитом), хвостовая часть, состоящая из термокамеры 2, двух флюгеров 4 и центральная часть 3, внутри которой вращается турбина 10 (фиг. 2). На фиг. 2-4 изображена термокамера. На фиг. 5 изображен узел подачи теплого или горячего воздуха от внешнего источника в трубопровод, впадающий в воздуховод установки. Термокамера 2, состоит из кольцеобразного воздуховода 5, устроенного в виде горизонтальных оборотов в несколько ярусов, которые между собой соединены отверстиями 6. Воздуховод 5 заканчивается в верхнем ярусе раздвоением на два рукава 7, своими отверстиями выходящими на обе боковые стороны термокамеры. В этом же ярусе заканчивается трубопровод 8, из которого инжектируется теплый или горячий воздух. Длина воздуховода 5 может составлять десятки, а то и сотни метров, соответственно и ярусов, то есть горизонтальных кольцеобразных витков может быть много. В целом же они, будучи стянуты хомутами, составят пакет из листового (жестяного) металла и образуют термокамеру, все пять внешних стенок 9 которой могут быть утеплены (облицованы) пенопластом, покрытым (поклеенным) сверху стеклотканью, покрашенной корабельным суриком. Таким образом, воздуховод 5 - это достаточной длины труба, в задачу которой входит обеспечить определенную силу тяги. Компоновка и форма термокамеры, как и ВСУ в целом, может быть разная в зависимости от мощности ВСУ, которая может быть от сотен ватт до 10 и более тысяч киловатт. Такое техническое решение позволит ВСУ миниатюризировать (незачем строить такие сверхвысокие трубы с громадными солнечными коллекторами, как по аналогу немецкого изобретателя Иорга Шлайха) и станет возможным строить их автономно и повсеместно. Принципиально работа ВСУ должна осуществляться следующим образом. Атмосферный воздух всасывается в раструб 1 направляющим щитом 12 ветроприемника, устремляется во многочисленные карманы-полости 13 шести лопастей, размещенных на вертикальной трубчатой оси 15 турбины 10, вращающейся (фигурной стрелкой указано направление вращения) в его (ветроприемника) центральной цилиндрической части 3. Принципы устройства такой турбины мною запатентованы 5, 6. Далее воздушный поток, передав свою кинетическую энергию на вращающийся вал турбины, направляется в нижний ярус термокамеры 2, то есть в начало воздуховода 5, которое, постепенно и плавно закругляясь, сужается (уменьшается) примерно на треть по отношению к центральной части 3 ветроприемника (фиг. 2). Пройдя средний ярус или ярусы термокамеры (фиг. 3), воздушный поток поступает в ее верхний ярус (фиг. 4), где воздушный поток разделяется и по двум рукавам 7 выбрасы 3 13772 1 2010.12.30 вается в боковые отверстия термокамеры. При этом даже при маломальском ветре будет происходить отсос воздуха из отверстий раздвоенного воздуховода. Создается это благодаря тому, что внешний, набегающий поток (на чертеже он обозначен двумя большими стрелками), омывая ВСУ должен буквально отсасывать из этих двух боковых отверстий отработанный воздух. Кроме того, в верхнем ярусе (фиг. 4) инжектируемый теплый или горячий воздух, поступающий из трубы 8 в воздуховод 5 должен увеличить силу тяги в нем. На фиг. 5 можно видеть, что теплый или горячий воздух от внешнего источника поступает по утепленной трубе 16 в нижнюю камеру 11, далее через трубчатую ось 15 турбины и через отверстие 20 в камеру 17 вверху, а из нее в трубопровод 8, впадающий в воздуховод 5 (фиг. 4). Здесь уместно заметить, что одновременно происходит подогрев опорных подшипниковых узлов 18, 19 ветродвигателя, столь важный фактор в холодное время года. Верхний подшипниковый блок 19 с трубчатой осью 15 должен соединяться тремя мягкими муфтами 21, выдерживающими горячую температуру. Для осуществления заявленного способа существенное значение имеет и конструкция турбины. Она должна быть миниатюрной, компактной и на единицу рабочей поверхности каждой из лопастей должна приходиться значительная площадь (парусность). Такое техническое решение мне удалось найти (прил. 5, 6). Оно основано на найденном мной алгоритме формы, исходным элементом которого является равносторонний треугольник, а базовой фигурой - пирамида четыре боковые треугольные грани и квадратное основание. Турбина ПВД содержит вертикальную ось вращения и шесть лопастей на ней, образующих верхний и нижний ярусы по три лопасти в каждом и сдвинутых по отношению друг к другу на 60. Благодаря такому решению каждая лопасть улавливает ветровой набегающий поток, а в полой ее части четыре угла атаки создают мощный аэродинамический напор - толчок. Кроме того, возможно из одного или трех, или более модулей строить лопасти с образованиями карманов-полостей. И если возникает необходимость, то все свободное пространство турбины как между ярусами, так и на краях снизу и сверху заполняют треугольными щитами. Найденный алгоритм формы позволяет это делать. Источники информации 1. Патент Украины на полезную модель 17569. 2. Патент Украины на полезную модель 17569 на русском языке. 3. Наивысшая вышка в мире - в Австралии // Зеленая энергетика. -1. - 2003. 4. Чистая энергия мира // Сельская жизнь. -27 (3-9 апреля). - 2003. 5. Патент Украины на полезную модель 17570. 6. Патент Украины на полезную модель 17570 на русском языке. 7. Патент 2261365. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5