Солнечная теплоэлектростанция с применением вихревых камер

Солнечная теплоэлектростанция с применением вихревых камер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к области гелиоэнергетики, а именно к тому ее разделу, где производятся как товарные продукты одновременно электрическая и тепловая энергии с использованием для этого в качестве источников исходной энергии одновременно ряда компонент солнечной энергии.

Известны гелиоэнергетические комплексы, получившие название гелиоаэробарических теплоэлектростанций (ГАБ ТЭС), в которых одновременно используются прямая солнечная радиация и отраженные солнечные лучи, энергия естественного ветра, влажность энергетического воздухопотока и фазовые преобразования воды, перепад давления в окружающей атмосфере и ряд других проявлений солнечной энергии (см. патенты Российской Федерации: №2199703 «Энергетический комплекс», F24J 2/42, опубл. 27.02.2003 г.; №2200915 «Способ создания мощных гелиоэнергоустановок», F24J 2/42, опубл. 20.03.2003 г.). В этих патентных материалах впервые применена и новая для гелиоэнергетики терминология: «гелиоаэробарическая теплоэлектростанция», «гелиопреобразующее пространство», «ветронаправляющее пространство» и ряд других, специфичных для техники ГАБ ТЭС.

Технические решения согласно указанным патентам позволяют использовать целый ряд компонент солнечной энергии с теплоэнергетическим преобразованием их в энергию вращательно-поступательного вихревого движения (смерчеобразного движения) центрального энергетического воздухопотока. Последний приводит во вращение ветротурбину с присоединенным к ней, по меньшей мере, одним электрогенератором. Применены мощные аккумуляторы тепловой энергии, полученной от теплопреобразований солнечной энергии, которые позволяют обеспечивать устойчивое производство товарной энергии равномерно в течение всего года. Ветротурбины, разработанные для таких ГАБ ТЭС, имеют специальные формы лопастей, приспособленные для преобразования с высоким КПД энергии вращательно-поступательного движения центрального энергетического воздухопотока в механическую энергию вращения электрогенератора. Каждая из указанных ГАБ ТЭС в обобщенной компоновке содержит технологический центр, где размещаются машинный зал, ветровоздухозаборный канал с ветровоздухонаправляющими поверхностями и проемами, посредством которых входящие ветер и воздух закручиваются и, вращаясь, продвигаются к центральной оси ГАБ ТЭС, канал преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока, содержащий энергопреобразующие модули со встроенными теплопередающими элементами, подключенными к источникам нагретого текучего теплоносителя, и воздухонаправляющими аэродинамическими элементами, ветротурбину и воздухоотводящий канал, состоящий из невысокого участка стационарной тяговой трубы и управляемой аэротермодинамической надстройки к ней значительно большей высоты. От технологического центра, примерно в радиальных направлениях, расходятся 5-8 штук высоких ветронаправляющих энергетических пространств (узких, вытянутых в длину), вертикальные боковые поверхности которых сужают ветровое пространство и ускоряют ветропоток в направлении к центру и в которых внутри встроены гелиотеплопреобразующие сооружения, куда поступает прямая солнечная радиация и отраженные солнечные лучи, направляемые специальными поворотными или статическими лучеотражающими панелями. Кроме того, между ветронаправляющими энергетическими пространствами размещены поле горизонтальных гелиотеплопреобразователей и один или несколько теплоаккумуляторов, от которых потоки нагретого текучего теплоносителя поступают в технологический центр.

Такая компоновка описана авторами также в патентах ЕАПВ, см., например, Евразийский патент №007635 от 27.12.2006 г.

Техника и технология создания вращательно-поступательного вихревого движения центрального энергетического воздухопотока разработаны для ГАБ ТЭС в патенте РФ №2265161 «Способ преобразования солнечной энергии» (F24J 2/42, 2/00, опубл. 27.11.2005 г.), а применения прямых и отраженных солнечных лучей с высокоэффективной двухуровневой системой гелиоконцентрации - в патенте РФ №2267061 «Способ термопреобразования солнечной энергии» (F24J 2/42, 2/15, 2/18, опубл. 27.12.2005 г.). Применение в мощных теплоаккумуляторах сыпучих материалов и транспортируемого текучего теплоносителя (в данном случае - воздуха, хотя могут быть применены и специальные газы, жидкости и даже вода) разработано в патенте РФ №2199023 «Ветроэнергетический комплекс» (F03D 9/00, F24J 2/42, опубл. 20.02.2003 г.). Кроме того, известны конструкции вихревых камер, которые используются для создания вращательно-поступательного движения воздухопотока с высокой тангенциальной скоростью (см., например, книгу Смульского И.И. «Аэродинамика и процессы в вихревых камерах», В.О. «Наука», Новосибирская типография №4, 1992 г.), что в ряде исполнений ГАБ ТЭС может быть дополнительно применено для наращивания скорости центрального энергетического воздухопотока.

Технические решения из данных материалов частично использованы в настоящем предлагаемом изобретении, в том числе посредством применения тепловых термодинамических элементов и аэродинамических направляющих поверхностей для создания вращательно-поступательного вихревого движения энергетического воздухопотока, управляемой надстройки к тяговой трубе, ветровоздухозаборного канала с ветронаправляющими поверхностями и аэродинамическими проемами между ними и других технологических компонентов, составляющих основу высокоэффективных гелиоаэробарических теплоэлектростанций. В настоящем предлагаемом изобретении решается задача создания комплексных конструкций ГАБ ТЭС, которые позволили бы значительно удешевить их и повысить их надежность, стабильность обеспечения потребителей электрической и тепловой энергией.

Для серийной типовой ГАБ ТЭС в плане последнего требуется разработка модернизированных конструкций энергопреобразующих модулей и теплообменных, а также теплопередающих аппаратов в них совместно с каналом вращательно-поступательного движения центрального энергетического воздухопотока и ветровоздухозаборным каналом с термоаэродинамическими направляющими поверхностями.

Кроме того, необходимо применение в конструктивных взаимосвязях дополнительных источников энергии вращательного движения в ГАБ ТЭС, что обеспечит повышение их надежности. В частности, по меньшей мере, один из дополнительных источников энергии центрального энергетического воздухопотока, совмещающий функции теплопередающих термодинамических элементов и аэродинамических направляющих поверхностей, выполнен в определенных исполнениях ГАБ ТЭС в виде упомянутой вихревой камеры, варианты конструкции которой известны и в подробных описаниях не нуждаются. В данном случае особенность вихревой камеры, встраиваемой в канал термоаэродинамического преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока ГАБ ТЭС, состоит в следующем.

Создается цилиндрическая полость (см. упомянутую книгу Смульского И.И.), в которой подаваемый с периферии вращающийся воздушный поток перемещается к центральной оси, приобретая высокую тангенциальную скорость, и выходит вверх через цилиндрическое отверстие по относительно малому диаметру, создавая в приосевой области зону пониженного давления или даже вакуумную область, чем создается высокое подобие естественному смерчу с опускающимся вниз вдоль центральной оси холодным воздухопотоком, имитирующим ядро смерча. Такой путь создания высокой тангенциальной скорости вращающегося воздухопотока позволяет применительно к ГАБ ТЭС в большей части исключить из конструкции энергопреобразующих модулей специальные радиальные воздухонаправляющие профили повышенной стоимости. При этом вихревая камера содержит боковую цилиндрическую поверхность и торцевые поверхности в виде днища и потолка, к которым подключены периферийные завихряющие воздухоподводы как теплопередающие аппараты, присоединенные к каналам подачи воздухопотоков, в частности, - нагретого воздушного теплоносителя.

Задачей новых технических решений согласно настоящему предлагаемому изобретению является усиление смерчеобразных процессов, создаваемых в центральном энергетическом воздухопотоке, приводящем во вращение ветротурбину вокруг вертикальной, общей для них оси. Это достигается тем, что при конструировании энергопреобразующих модулей в технологическом центре ГАБ ТЭС используется создание вихревых камер, с привязкой и доработкой их конструкций применительно к каналу термоаэродинамического преобразования и наращивания мощности центрального энергетического воздухопотока, выполненному в виде предтурбинной разгонной шахты.

Естественный процесс смерчеобразования хорошо представлен, наряду с другими публикациями, в статье Политова В.С («Аналитическая модель смерча (торнадо)», г.Челябинск, Труды V Забабахинских научных чтений, 1998 г., секция 1. Кумулятивные явления и имплозивные процессы, www.vniitf.ru/rig/konfer/5zst/Sectionl/1-81r.pdf), а также в книге Кушина В.В. «Смерчи» (М., Энергоатомиздат, 1993 г.).

Неотъемлемой частью естественного смерча, как следует из названных материалов, является создание в нем: приосевой области пониженного давления, преимущественно - вакуумной области, в которой происходит опускание вниз вращающегося холодного воздухопотока - так называемого ядра смерча; центральной области, где происходит вращательно-поступательное вертикальное движение нагретого воздухопотока; периферийной области, в которой происходит сток значительной воздушной массы из окружающей среды (в радиально-горизонтальных направлениях) в центральную область, где этот горизонтальный поток приобретает ускоряющееся к центру вращательное движение и претерпевает поворот от радиального горизонтального направления в вертикальное. Существует определенная энергетическая связь между опускающейся вниз холодной массой воздуха, которая способна на поверхности земли оставлять даже значительные уплотнения и вмятины, и подымающимся вверх высокоскоростным вращающимся воздухопотоком, мощь которого способна поднимать вверх от земли тяжелые предметы. Именно принцип формирования их энергетики и использован в специальных вихревых камерах ГАБ ТЭС.

В большинстве исследовательских моделей вихревая камера представляет собой цилиндр, закрытый снизу и сверху плоскими поверхностями - основаниями в виде днища и потолка или нижней и верхней крышек, причем через его боковую (цилиндрическую) поверхность осуществляется тангенциальный ввод движущегося воздушного потока, выход которого из вихревой камеры осуществляется через воздухоотводящий цилиндр, установленный вдоль ее оси с диаметром проходного отверстия, значительно меньшим диаметра ее боковой входной цилиндрической поверхности. Входящий по периферии вращающийся воздухопоток по мере приближения к центральной оси увеличивает тангенциальную скорость на основе закона сохранения количества движения и может достигать величины тангенциальной скорости в 100-200 м/сек, многократно превышая скорость входящего воздухопотока. Ввод последнего в вихревую камеру может быть также и торцевым, например, через завихряющие периферийные жалюзи в днище или потолке. В приосевой зоне вихревой камеры и в этом случае создается область пониженного давления определенного диаметра, даже вакуумная область, в которую сверху опускается соответствующего диаметра охлажденный воздухопоток, по подобию образования холодного потока в приосевой зоне трубки Ранка. В целом структура воздухопотоков в описанной вихревой камере напоминает структуру естественного смерча. Согласно предлагаемому изобретению применение вихревых камер в ГАБ ТЭС связано не только с конструктивными особенностями, которые будут даны ниже с графическими иллюстрациями, но и с принципиальным решением в отношении опускающегося холодного воздуха - хладопотока в приосевой области - в малой зоне около центральной оси встречно поднимающегося вверх кольцеобразного (в поперечном сечении) нагретого воздухопотока. Это решение в соответствующем конструктивном оформлении заключается, преимущественно, в выводе хладопотока из вихревой камеры через ее днище, с возможностью последующего использования кинетической энергии и низкой температуры последнего. В естественном смерче опускающийся хладопоток ударяется о поверхность земли и, расплываясь по ней, адсорбирует ее тепловую энергию и благодаря снижению его плотности, преимущественно, поднимается вверх, участвуя в создании поднимающегося вращающегося кольцеобразного в поперечном сечении воздухопотока. Согласно конструкции по настоящему предлагаемому изобретению опускающийся в приосевой области хладопоток не отнимает тепловую энергию и часть кинетической энергии от вращающегося нагретого воздухопотока в вихревой камере, а (с применением оригинального конструктивного решения) проходит через днище вихревой камеры наружу, вниз. Может быть применена и полная аналогия естественному смерчу за счет нагрева хладопотока у днища вихревой камеры, для чего определенным образом может быть подведен горячий теплоноситель. Оригинальным в предлагаемом изобретении является также конструктивное решение в части последовательного соединения, по меньшей мере, двух вихревых камер - энергопреобразующих модулей разгонной шахты ГАБ ТЭС таким образом, чтобы энергия их результирующего вращающегося воздухопотока складывалась или даже умножалась.

Кроме того, в настоящем предлагаемом изобретении разработаны новые элементы в конструкции воздухоотводящего канала. В первую очередь, необходимо указать на соединение между собой приосевых областей пониженного давления в разгонной шахте и воздухоотводящем канале. Это достигнуто за счет того, что в центральной зоне ветротурбины, вдоль и симметрично центральной оси, установлен полый цилиндрический вал с проходным отверстием, близким по диаметру размеру поперечного сечения приосевой воздушной области и/или опускающегося вниз хладопотока. Следовательно, для последнего образован один общий воздушный канал с пониженным давлением, по которому он может опускаться от верхнего торца воздухоотводящего канала до днища нижней вихревой камеры в разгонной шахте, в том числе и ниже этого днища - до устройства утилизации его кинетической энергии и пониженной температуры (в определенных случаях - отрицательной температуры), установленного в машинном зале.

В связи с образованием центрального проходного отверстия через ветротурбину для прохождения вниз хладопотока электрогенераторы ветротурбины (от одного до нескольких комплектов) присоединены к ней посредством названного полого вала с применением повышающих кинематических передач и установлены за пределами тяговой трубы или непосредственно в ней, если для этого достаточно места в конкретной конструкции. При этом в тяговой трубе относительно ее несущего корпуса размещены вспомогательные приспособления, с помощью которых для технического обслуживания ветротурбины и электрогенераторов, в том числе для их снятия и установки, монтируются подъемно-транспортирующие средства. Основание тяговой трубы расположено, ориентировочно, на уровне нижнего торца ветротурбины, которая закреплена относительно нижней опорной базы, созданной за счет применения предварительно напряженных стержней малого диаметра, не создающих значительного сопротивления проходящему через ветротурбину воздухопотоку. Кроме того, дополнительной опорной базой для ветротурбины может быть и трубный воздуховод, который, преимущественно, устанавливается и располагается вдоль центральной оси, охватывая по диаметру приосевую область пониженного давления и почти полностью - диаметр опускающегося хладопотока.

Разработанное техническое решение предусматривает также активизацию управляемой аэротермодинамической надстройки (к тяговой трубе) в части создания в ней устройств для усиления вращательно-поступательного движения центрального энергетического воздухопотока, проходящего через лопастную область ветротурбины и вращающего ее с необходимым моментом. В частности, предусмотрена установка в ней дополнительного энергопреобразующего модуля, который включает размещенные вдоль ее периферийной цилиндрической поверхности боковые воздухозавихряющие профили с воздуховыпускными проемами, придающими дополнительное тангенциальное воздействие на скорость воздухопотока, движущегося вверх в воздухоотводящем канале. Также, как и в вихревой камере, в поперечном сечении поднимающегося центрального воздухопотока величина тангенциальной скорости дополнительно привнесенной воздушной массы увеличивается по мере уменьшения ее радиуса вращения, то есть по мере приближения вращающихся слоев воздухопотока к приосевой области пониженного давления. Направление этой скорости вращения определяется указанными воздуховыпускными профилями и углом их ориентации к внутренней поверхности управляемой надстройки - в сторону вращения отводимого вверх от лопастной области ветротурбины центрального энергетического воздухопотока. К данному дополнительному энергопреобразующему модулю подключен, посредством кольцевого коллектора, охватывающего наружную поверхность указанной надстройки, нагретый воздушный теплоноситель, подготовленный для этого в машзале.

В дополнение к этому во внутренней полости управляемой термоаэродинамической надстройки установлен второй энергопреобразующий модуль, который снабжен радиально установленными воздухозавихряющими профилями (также с воздуховыпускными проемами), расположенными в поперечном (кольцевом) сечении вращающегося и поднимающегося вверх центрального энергетического воздухопотока. Этот энергопреобразующий модуль частично превращает (уменьшает) осевую вертикальную скорость поднимающегося воздухопотока (благодаря специальной форме установленных в нем воздуховыпускных профилей) в тангенциальную скорость и при этом увеличивает последнюю за счет выходящего из них нагретого воздушного теплоносителя с соответствующим направлением вращения. Данный модуль также подключен посредством кольцевого коллектора к одному из источников нагретого воздушного теплоносителя.

[Воздухозавихряющие профили в данном случае представляют собой плоские полые металлические короба аэродинамической формы, которые размещены радиально и, преимущественно, под углом к горизонтальной плоскости и образуют расширяющиеся под ними к периферии щели, проходя через которые осевая компонента скорости поднимающегося воздухопотока преобразуется частично в тангенциальную скорость за счет уменьшения величины осевой компоненты скорости. Строго вертикальный воздухопоток на таких профилях также закручивается - завихряется.

Кроме того, внутренний торец профиля - полого плоского металлического короба - содержит проемы для выхода проходящего внутри теплоносителя, который дополнительно завихряет выходящую массу воздуха.]

В дополнение к этому в нижней части внутренней полости управляемой аэротермодинамической надстройки (к тяговой трубе) размещается согласно излагаемому техническому решению электротермический преобразователь в области движущегося вверх кольцеобразного вращательно-поступательного воздухопотока. Этот преобразователь содержит радиально размещенные проводники с малой тепловой постоянной М с высоким омическим сопротивлением, которые подключены параллельно к кольцевому подводу электрического напряжения, охватывающему центральную область пониженного давления, а их энергетический отвод осуществляется, например, посредством заземления через наружную поверхность управляемой надстройки. К электротермическому преобразователю подводится электрическое напряжение от внешнего источника в импульсной форме, причем ширина импульсов значительно меньше расстояния между ними на временном интервале. Это позволяет посредством электротермического преобразователя создавать мощные тепловые импульсы в поднимающемся и вращающемся воздухопотоке, временной интервал между которыми определяется временем подъема горячего участка воздухопотока к торцевому выходу воздухоотводящего канала. Импульсная подача напряжения позволяет экономить электрическую энергию, тогда как во время паузы между подаваемыми импульсами электрического напряжения горячий участок воздухопотока продолжает всплывать в воздухоотводящем канале, создавая в нем дополнительную тягу. Поэтому воздухоотводящий канал должен быть снабжен высококачественной теплоизоляцией снаружи, а изнутри - поверхностью с низким коэффициентом трения по отношению к движущемуся энергетическому воздухопотоку (то есть должен обладать антифрикционными свойствами, возможности получения которых известны в аэродинамике).

Еще одно приспособление - достаточно крупное сооружение вокруг наружной поверхности воздухоотводящего канала, нацеленное на увеличение тяги в нем, предусмотрено в излагаемом техническом решении. Это приспособление предусматривает использовать для увеличения тяги принцип инжекции, которая создается за счет определенной переориентации горизонтального потока естественного ветра на данном уровне по его высоте, а именно за счет переориентации ветропотока вверх с завихрением его у выходного торца воздухоотводящего канала. Для реализации такого приспособления-сооружения на выходном торце воздухоотводящего канала устанавливается конусообразная воздухоотводящая чаша, боковая поверхность которой выполнена посредством воздухозавихряющих жалюзи - стационарных наклонных поверхностей с воздушными проемами между ними. С целью создания такого сооружения наружная поверхность управляемой аэротермодинамической надстройки или всего воздухоотводящего канала состыковывается с радиальными и наклонными относительно горизонтальной плоскости участками ветронаправляющих поверхностей, как это ниже будет проиллюстрировано.

Кроме того, в период приостановки работы ГАБ ТЭС, когда через ее воздухоотводящий верхний торец не проходит высокоскоростной воздухопоток, в его внутреннюю полость могут попадать атмосферные осадки, для защиты от чего предусматривается установка управляемого атмосферозащитного материала - например, эластичного, в частности резинового отрезка материала нужной площади, который натягивается или надвигается автоматически на верхний торец воздухоотводящего канала при временном прекращении работы ГАБ ТЭС.

Частными результатами предлагаемого изобретения являются увеличение коэффициента полезного действия и снижение уровня шума при создании вращательного движения центрального энергетического воздухопотока, так как в известных к настоящему времени исполнениях ГАБ ТЭС вращение последнего формируется, преимущественно, посредством радиально размещенных (и открытых) теплопроводных воздуховыпускных профилей. Кроме того, за счет применения инжекционного и электротермического воздействия на тягу снижаются размеры и стоимость теплоаккумуляторов.

Указанный технический результат при осуществлении данного предлагаемого изобретения достигается тем, что относительно известных вышеприведенных технических решений теплоэлектростанция с ветронаправляющими поверхностями, содержащая ветротурбину с присоединенным к ней, по меньшей мере, одним электрогенератором, которая приводится во вращение центральным воздухопотоком, управляемый воздухоотводящий канал, расположенный над ветротурбиной и выполненный в виде тяговой трубы и управляемой надстройки к ней большей высоты, канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока и теплоаккумулятор, отличается тем, что включает лученаправляющие поверхности, при этом ветронаправляющие поверхности включают в себя вертикальные гелиопоглощающие поверхности, а канал преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока включает, по меньшей мере, три энергопреобразующих модуля со встроенными теплопередающими элементами, подключенными к одному или нескольким внешним источникам текучего горячего теплоносителя, и воздухонаправляющими аэродинамическими элементами, посредством которых центральный воздухопоток приобретает вращательно-поступательную траекторию движения, также теплоэлектростанция включает цилиндрообразный заборный канал, снабженный ветронаправляющими поверхностями, который связан с каналом преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока посредством направляющих проемов, причем указанные энергопреобразующие модули расположены вертикально друг над другом и имеют общую центральную ось симметрии совместно с ветротурбиной, воздухоотводящим и заборным каналами и центральным воздухопотоком, в канале преобразования и наращивания мощности центрального воздухопотока, который выполнен в виде предтурбинной разгонной шахты, в качестве энергопреобразующих модулей применены вихревые камеры, размещенные друг над другом симметрично вдоль центральной оси в виде цилиндрических и/или конических замкнутых воздухонаполненных полостей, снабженных нижними и верхними основаниями, торцевыми и/или боковыми тангенциальными вводами воздухопотоков, поступающих из нагреваемой среды как воздушный теплоноситель с помощью напорных вентиляторов и из заборного канала под напором естественного ветра, и вертикальными цилиндрическими воздухоотводами, установленными с применением проходных отверстий в их верхних основаниях, симметрично охватывающих центральную ось, причем вихревые камеры соединены между собой последовательно относительно формируемого ими центрального воздухопотока таким образом, что перед входом в ветротурбину создан вертикальный, расширяющийся по высоте, кольцеобразный в поперечном сечении столб нагретого воздухопотока с вращательно-поступательной траекторией движения, в приосевой области которого образована воздушная среда пониженного давления, где происходит продвижение вниз охлажденного воздухопотока - хладопотока до уровня нижнего основания - днища нижней вихревой камеры и за пределы его к расположенному в машинном зале устройству утилизации энергии движущегося хладопотока, для которого создано проходное отверстие из тяговой трубы, выполненное в приосевой области ветротурбины с применением полого вала, к которому присоединены установленные по бокам электрогенераторы посредством повышающих кинематических передач, при этом тяговая труба снабжена приспособлениями для закрепления, при техническом обслуживании, вспомогательных технических средств, с помощью которых производится установка и снятие ветротурбины и электрогенераторов относительно их рабочего места, а управляемая надстройка к тяговой трубе снабжена первым дополнительным энергопреобразующим модулем, включающем размещенные вдоль ее периферийной цилиндрической поверхности, преимущественно, вертикальные боковые воздухозавихряющие профили с воздуховыпускными проемами, направленными под углом к ее внутренней поверхности с ориентацией выходящего воздуха в сторону вращения отводимого вверх от ветротурбины воздухопотока, причем данный энергопреобразующий модуль подключен посредством кольцевого коллектора, охватывающего ее наружную поверхность, к источнику нагретого воздушного теплоносителя, при этом ее приосевая область пониженного давления, преимущественно, охвачена воздухопроводом, по которому холодный воздух опускается вниз, с полем радиальных отверстий в нем, соединяющих последнюю с внутренней средой вращающегося вокруг нее и поднимающегося вверх нагретого воздухопотока, при этом наружная поверхность управляемой надстройки состыкована с радиальными и наклонными относительно горизонтальной плоскости участками ветронаправляющих поверхностей и снабжена у ее выходного торца ветрозавихряющими жалюзи, которые размещены посредством боковой поверхности ее торцевого окончания, выполненного в виде конусообразной воздухоотводящей части, причем последняя оснащена управляемым защитным экраном от атмосферных осадков, при этом во внутренней полости управляемой надстройки установлен второй дополнительный энергопреобразующий модуль, в котором применены радиально расположенные воздухозавихряющие профили с воздуховыпускными проемами, подключенные посредством кольцевого коллектора к одному из источников нагретого воздушного теплоносителя.

Имеются отличия также в том, что в нижней части внутренней полости управляемой надстройки к тяговой трубе в поперечном сечении движущегося вверх вращательно-поступательного нагретого воздухопотока размещен плоский кольцевой электротермический преобразователь с воздушными проемами между его радиально расположенными электрическими проводниками, причем названный электротермический преобразователь электрически подключен к источнику импульсного напряжения с временными промежутками между смежными импульсами, при этом наружная поверхность воздухоотводящего канала снабжена утеплителем.

Дополнительные пояснения по сути предложенных конструктивно-технологических решений согласно предлагаемому изобретению приведены посредством графических иллюстраций:

На Фиг.1 дана принципиальная схема гелиоаэробарической теплоэлектростанции с управляемым воздухоотводящим каналом.

На Фиг.2 дана схема размещения ветровоздухонаправляющих и теплоэнергетических сооружений в гелиоаэробарической теплоэлектростанции в плане.

Технологический центр (Фиг.1) состоит из разгонной шахты 1, содержащей внутреннюю воздушную полость 2, которая связана через кольцевой воздушный проем 3 и конусообразный проем (воздухопровод) 4 с ветровоздухозаборным каналом 5. Боковые ветровоздухонаправляющие поверхности - жалюзи 6, установленные по всей периферии последнего под небольшими углами к его виртуальной внешней цилиндрической поверхности 7, направляют естественный ветер 8 и воздух 9 из прилегающей окружающей среды в ветровоздухозаборный канал 5, в результате чего их потоки преобразуются в нем во вращающийся ветровоздухопоток (вращающийся воздухопоток) 10. Кроме того, ветровоздухозаборный канал 5 содержит еще одну наклонную ветронаправляющую поверхность 11, которая является внешней верхней стороной конусообразного канала 12 подвода нагретого воздушного теплоносителя, поступающего от соответствующего источника, расположенного в машинном зале 13 технологического центра ГАБ ТЭС, с помощью теплоизолированного воздухопровода 14. Днище разгонной шахты 1 входит своей горизонтальной конструкцией в состав теплоизолированного потолка 15 машинного зала 13. В машинном зале размещены различные накопители и преобразователи энергии текучего теплоносителя (одного или нескольких типов), поступающего в машинный зал от гелиотеплопреобразующих сооружений, установленных на территории ГАБ ТЭС, окружающей технологический центр.

У днища разгонной шахты 1 размещена первая вихревая камера 16 с днищем 17, совпадающим с днищем разгонной шахты. Вихревая камера содержит потолок 18 и цилиндрическую боковую поверхность 19 разгонного цилиндра, между которыми проходит вращающийся, ускоряющийся во вращении (разгоняющийся) воздухопоток 20. Днище и потолок вихревой камеры могут иметь в различных исполнениях ГАБ ТЭС или плоскую теплоизолированную поверхность, или наклонную, в частности - конусообразную, а ее боковая поверхность (боковая поверхность разгонного цилиндра) - цилиндрическую или многогранную поверхность, в том числе непрерывно замкнутую или содержащую боковые проемы с наклонными жалюзи в качестве боковых завихряющих воздухоканалов как боковых воздухозавихряющих вводов. На Фиг.1 в вихревой камере 16 применен кольцевой торцевой завихряющий ввод 21, выполненный узким кольцом в ее днище с воздухопроходными проемами и воздухонаправляющими жалюзи (непосредственно у боковой поверхности 19).

Подача в вихревую камеру внешнего воздухопотока 22, который, в частности, представляет собой нагретый воздух, отводимый из машинного зала 13 в порядке вентиляции, осуществляется с помощью напорных вентиляторов 23 и кольцевого воздушного коллектора 24. Через указанный завихряющий ввод 21, содержащий сквозные проемы в днище 17 и верхней стенке коллектора 24 с установленными в них воздухонаправляющими жалюзи, вращающийся воздухопоток 20 входит в вихревую камеру 16 с некоторой начальной тангенциальной скоростью ν_τ1 непосредственно вблизи ее цилиндрической поверхности 19, и далее, на основе закона сохранения количества движения, в цилиндрической внутренней полости вихревой камеры происходит наращивание его тангенциальной скорости до величины ν_τ2 обратно пропорционально величине радиуса R, так что имеет место соотношение ν_τ2>>ν_τ1.

Максимальное значение тангенциальной скорости ν_τ2max достигается в некоторой зоне, отстоящей от центральной оси 25 на величину R_max, ориентировочно составляющую 15-25% от величины радиуса цилиндрической боковой поверхности 19 вихревой камеры. Высокоскоростной вращающийся воздухопоток 20 формирует посредством цилиндрического воздухоотвода 26 устье центрального энергетического воздухопотока 27 с вращательно-поступательной траекторией движения, который после дальнейшего энергетического насыщения и преобразования приводит во вращение ветротурбину 28.

Последняя с помощью повышающих кинематических передач 29 передает свое вращение установленным по различным сторонам от нее электрогенераторам 30. При этом в узкой приосевой области, максимальный радиус которой составляет около 10% от радиуса боковой поверхности 19, формируется зона разрежения - вакуумная зона по всей высоте вихревой камеры 16 воздухоотвода и выпускного воздухоканала 26. В этой зоне формируется опускающийся вниз более холодный хладопоток 31, который является противоположным поднимающемуся вверх и нагревающемуся воздухопотоку 27. Формирование вакуумной зоны в приосевой области 32 (показана пунктиром) и встречного хладопотока 31 является принципиальным явлением в физической сути естественного смерча и должно соблюдаться при создании искусственного смерча, как это делается в ГАБ ТЭС, с определенными особенностями. В случае естественного смерча хладопоток опускается вниз в зоне приосевого пониженного давления - в вакуумной зоне и, достигая поверхности земли с высокой скоростью, ударяется в нее и расплывается по ее нагретой поверхности. В результате этого хладопоток в своем вращательно-поступательном движении нагревается о поверхность земли, претерпевает снижение плотности и, с учетом энергии упругого удара, в большей части своей массы поднимается вверх в центральной зоне смерча, которая приобретает большую разрушительную силу. При этом основание смерча «рыскает» по поверхности земли в направлении повышенных градиентов ее температуры и влаги (через испарение) на ней. В ГАБ ТЭС такая же схема может быть применена, при которой хладопоток в придонной области вихревой камеры 16 нагревается горячим теплоносителем и, отталкиваясь от нее, уходит вверх совместно с воздухопотоком 20 в периферийной части поперечного сечения цилиндрического воздухоотвода 26. Однако такой вариант нисходящего движения хладопотока в ГАБ ТЭС менее выгоден, так как он понижает КПД теплового преобразования в электрическую энергию в сравнении с вариантом отвода хладопотока через отверстие в днище вихревой камеры 16. При высоких тангенциальных скоростях воздухопотоков 20, 27 температура хладопотока может достигать не только пониженных, но и даже отрицательных значений, и его гравитационная составляющая является превалирующей, так что его энергия может быть использована в различных аспектах через устройство 33 утилизации этой энергии. В зависимости от исполнения ГАБ ТЭС, хладопоток, после запуска его движения вниз вспомогательным вентилятором (когда это требуется), может вращать размещенную внизу ветротурбину (в различных вариантах ее привода, в том числе в импульсном режиме), может направляться в конденсирующие установки для получения воды из атмосферы посредством конденсации и/или адсорбции температуры окружающей среды с целью возврата нагретого тем самым хладопотока в вет