Способ смерчевого преобразования энергии сплошной среды, смерчевой преобразователь энергии (варианты), преобразователь солнечной энергии, способ магнитотеплового преобразования энергии, смерчевой преобразователь магнитотепловой энергии, смерчевой нагнетатель и смерчевая турбина

Способ смерчевого преобразования энергии сплошной среды, смерчевой преобразователь энергии (варианты), преобразователь солнечной энергии, способ магнитотеплового преобразования энергии, смерчевой преобразователь магнитотепловой энергии, смерчевой нагнетатель и смерчевая турбина

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретения относятся к области аэрогидродинамики, энергетики и магнитных технологий, а точнее к формированию смерчеобразных закрученных потоков газов, жидкостей и/или их двухфазных смесей и комплексному преобразованию их кинетической и тепловой мощности.

В периодической научной и патентной литературе представлены патенты и предложения, касающиеся комплексного преобразования и использования мощности низкопотенциальных источников, в том числе возобновляемых источников, путем объединения их в единые системы. Однако нет предложений об использовании:

- комплексных способов смерчевого и магнитотеплового преобразования низкопотенциальной энергии сплошной среды в механическую и/или электрическую энергию,

- смерчевых устройств для преобразования энергии солнечной радиации в тепло и дальнейшего использования этого тепла для смерчевого и магнитотеплового производства энергии или других целей,

- смерчевых воздушных, гидравлических и магнитотепловых устройств - преобразователей низкопотенциальной кинетической, тепловой энергии и энергии магнитного поля в механическую и/или электрическую энергию полноценной кондиции, объединенных в единый энергопреобразующий комплекс.

Существуют предложения, касающиеся использования энергии природных явлений, таких как потоки солнечной радиации, ветра, геотермальных вод, морских и океанических приливов и отливов, течения малых и крупных рек, объединяемых в комплексные системы, преобразующие энергию.

Однако известные предложения не используют смерчевые способы и устройства, концентрирующие в смерчеобразных закрученных струях низкопотенциальную энергию перечисленных природных явлений. Например, практически не используются:

- способы и устройства для формирования самоорганизующихся квазипотенциальных смерчеобразных струй с целью наиболее эффективного преобразования сконцентрированной в них энергии в энергию полноценной кондиции,

- потоки со встроенными в их течение смерчеобразными струями и смерчевая интенсификация тепло- и массообмена между низкопотенциальными тепловыми потоками и обтекаемыми поверхностями, существенно превосходящая эффективность традиционных способов интенсификации тепло- и массообмена.

Среди известных предложений близкими к предлагаемому изобретению являются изобретения: GB N16709, 1887; US N428057, 1890; SU 1295027, SU 1341377, SU 1414046, SU 1453998, SU 1793525, JP 59025091, RU 2020304, RU 2023216, RU 2040127, RU 2044248, SG 47069, RU 2059881, EP 0839309, EP 92911873, EP 96927047, US 6006823, US 6119987, RU 2109173 C1, RU 2109227, RU 2167338, RU 2172904, RU 2183801, RU 2199025, RU 2199024, RU 2210840, RU 2210839, WO 03004868, EP 03012638, EP 1458972, WO 2004048871, WO 2004083651, WO 2004083628, US 2004/0240984 A1, EP 1606512, PCT/RU 2005/000096, EP 1873397 A2, EP 1878983 A1, EP 1890035 A2, CN 1888359.

Условно первая часть перечисленных документов RU 2059881, WO 03004868 - 2003-01-16, EP 03012638 - 2003-03-06, EP 1458972 - 2004-09-22, WO 2004083628 - 2004-09-30, US 2004/0240984 A1, EP 1606512 - 2005-12-21 защищает различные способы смерчевого преобразования энергии потоков газов и жидкостей, например ветра и воды, а также указывает на необходимые и достаточные условия формирования нового типа течений сплошной среды - смерчеобразных квазипотенциальных радиально сходящихся закрученных струй. Условия формирования этих струй основаны на анализе точных решений нестационарных уравнений гидродинамики (уравнения Навье-Стокса и неразрывности); в перечисленных документах, патентах и научных публикациях, эти струи применены для создания разнообразных статических аппаратов, формирующих смерчеобразные закрученные течения в вязких сплошных средах. Известен способ преобразования энергии потока сплошной среды в механическую энергию, носящий название TWES (Tornado Wind Energy Systems). Известные TWES представляют собой вертикальные башни цилиндрической формы, внутри которых формируется смерчеобразное (Tornado Like) закрученное течение. Оно возникает за счет потоков воздуха, втекающих вовнутрь башни через одну или множество боковых щелей, образующих произвольный, но постоянный для данной конструкции башни, угол с локальным радиусом сооружения. Например, в цитированных работах в одной из предлагаемых башен щели в башне открыты с наветренной стороны и закрыты с подветренной. Проходя сквозь щели, поток ветра приобретает тангенциальную составляющую скорости и закручивается внутри башни. В ядре такого потока образуется зона пониженного давления, что обеспечивает всасывание дополнительных масс воздуха вовнутрь башни через ее нижний торец, установленный на специальное устройство - "поддувало". Подсасываемый поток подают на турбину, преобразующую его кинетическую мощность в механическую. Закрученный поток над турбиной в виде смерчеобразной струи, устремляясь к выходу из башни, уносит с собой массу среды, попавшую в башню пройдя турбину и поэтому замедлившуюся (см., например, Power coefficient of Tornado-Type Wind Turbines / Rangwalla A.A., Hsu C.T. // Journal Energy, 1983, v.7, № 6, p.735-737; Performance of Tornado Type Wind Turbines with radial Supply / Hsu C.T.H. Ide. // Journal Energy, v.7, № 6, 1983, p.452-453).

Авторы цитируемых работ и другие исследователи (см., например, "On Vortex Wind Power" / So R.M.C. // Journal of Fluids Engineering, 1978, v.100, p.79-82) ошибочно считают, что поле скорости и давления в TWES характеризуется распределениями скорости и давления, известными для вихря Бюргерса ("A mathematical model illustrating the theory of turbulence" / Burgers J.M. // Advances Appl. Mechan. 1948, v.1, p.157-199). Однако реализация этого способа в модельных устройствах не подтвердила это предположение и указала на серьезные потери, вызванные отсутствием условий для прямой сшивки линий тока в струях, втекающих через щели внутрь торнадо-башни, с линиями тока формируемого смерчеобразного течения (см., например, Investigations of the Tornado Wind Energy System / A.Mitchell // Publisher: American Solar Energy Society, June 1985).

Известны солнечные башни и TWES (см., например, JP 59025091 А, ЕР 1873397 А2, ЕР 1878983 А1, ЕР 1890035 А2), в которых за счет солнечного подогрева стимулируют возникновение термоиндуцированного потока воздуха, направляемого на турбину, или генерируют водяной пар, образующий при рабочих температурах в вертикально расположенных башнях термоиндуцированное течение.

Помимо этого, недостатком способов смерчевого преобразования энергии, предложенных в цитированных Патентах и в более ранних публикациях, описывающих способы и установки TWES, является относительно высокая стоимость кВтч преобразованной энергии по сравнению с энергией, производимой традиционными способами, обусловленная их низкой эффективностью из-за торможения потока, натекающего на крупногабаритные конструкции устройств, преобразующих кинетическую мощность потоков воздуха, и отсутствие условий для формирования смерчеобразного течения в потоке, взаимодействующем с турбиной в предлагаемых TWES, или потоков пара в солнечных башнях. Перечисленные недостатки обуславливают диссипацию энергии в процессе ее преобразования и не обеспечивают безударное и безотрывное движение сплошной среды, необходимое для формирования смерчеобразного квазипотенциального течения.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, согласно которому для преобразования энергии поток сплошной среды подают в выбранный аксиально-симметричный внутренний объем конфузорной формы по двум системам направляющих каналов, обеспечивающих движение подаваемой среды по винтовым траекториям, сходящимся к оси симметрии выбранного объема, причем с помощью первой системы каналов формируют закрученное течение, придавая потокам в каналах вращательный момент и концентрируя в них мощность за счет сходимости течения. Сформированный таким образом поток направляют в зону преобразования кинетической мощности в механическую мощность, а с помощью второй системы каналов формируют закрученный поток, понижают в нем давление, за счет чего поток всасывает сплошную среду, истекающую из зоны преобразования, и эвакуирует ее за пределы преобразователя (см. WO 2004083628, 2004.09.30).

Недостатками известного способа смерчевого преобразования энергии являются:

- существенные потери мощности потока сплошной среды, натекающего на башню и используемого для преобразования энергии, обусловленные торможением течения граничными поверхностями преобразующего аппарата, размещенными на его пути, например потоков ветра, натекающего на граничные поверхности смерчевых (торнадо) башен, в которых концентрируют и преобразуют кинетическую мощность ветра, а также потоков других газообразных или жидких сред;

- отсутствие условий для безотрывного и безударного течения сплошной среды на входе вовнутрь башни, которые должны быть соблюдены для реализации способа, осложняющие сооружение предлагаемых смерчевых преобразователей энергии. Так, при преобразовании энергии ветра в башне, сопротивление ее конструкций потоку ветра вызывает существенное снижение скорости воздуха U_∞ на входе в нее и, как следствие, существенно уменьшает преобразуемую мощность N потока ветра, зависящую от величины скорости U_IN втекающей сплошной среды, возведенной в куб (N~U_IN ³). Эта универсальная закономерность проявляется в процессах преобразования энергии сплошной среды, находящейся в любом агрегатном состоянии, и является причиной низкой эффективности смерчевого способа преобразования энергии в преобразователях со статическим направляющим аппаратом. В солнечных башнях потери обусловлены турбулентными процессами в термовосходящем потоке водяного пара.

Перечисленные недостатки и высокая цена преобразованной энергии в случае TWES послужили основанием для снижения практического интереса к этому, безусловно, важному направлению производства энергии за счет возобновляемых источников.

Условно вторая часть перечисленных документов RU 2059881, WO 03004868, ЕР 03012638, ЕР 1458972, WO 2004083628, US 2004/0240984 A1, EP 1606512 защищает различные варианты устройств для смерчевого преобразования энергии внешней сплошной среды. Предложения, содержащиеся в этих документах, основаны на использовании статического направляющего аппарата, создающего совместно с конструкциями смерчевой башни сопротивление натекающему потоку, что снижает скорость на входе в смерчевую башню и резко уменьшает эффективность преобразования энергии.

Наиболее близким к предлагаемым преобразователям энергии (вариантам) является устройство для преобразования энергии потоков сплошных сред, содержащее конфузорные камеры, системы неподвижных каналов, размещенных симметрично центральной оси устройства, первая из которых выполнена с осями в виде винтовых линий, турбину, сопряженную с электрогенератором, связанным с турбиной посредством центральной оси, проходящей через обтекатель, и опорную конструкцию (см. WO 2004083628, 2004.09.30).

Недостатками известного устройства являются:

- высокая цена преобразуемой энергии, обусловленная большими объемами смерчевых конфузорных камер и других конструктивных элементов, и трудоемкость их сооружения из-за необходимости обеспечения высокой точности форм и пространственной ориентации формируемого смерчеобразного течения;

- низкая эффективность преобразования энергии, вызванная снижением скорости втекающего в камеру потока сплошной среды, по сравнению со скоростью потока в отдалении от камеры, что обусловлено сопротивлением ее форм и поверхностей, встречающих натекающее течение; этот недостаток особенно ярко проявляется при преобразовании медленных потоков среды, например потоков слабого ветра. В самом деле эффект торможения потока ветра граничными поверхностями камер резко снижает уровень преобразования мощности потока, так как величина преобразованной мощности зависит от величины возведенной в куб скорости среды, втекающей в башню.

Условно третья часть перечисленных документов: UK No 16709, 1887; US No 428057, 1890, SU 1295027, SU 1341377, SU 1414046, SU 1453998, SU 1793525, RU 2167338, RU 2199025, RU 2199024, RU 2210839, RU 2210840 защищает различные варианты магнитотепловых преобразователей энергии, основанные на теории магнетизма и использовании традиционных способов тепло- и массообмена.

Известны способы преобразования магнитной и тепловой энергии в энергию движения путем выполнения рабочего тела из магнитно-мягких веществ, обладающих свойством приобретать при охлаждении в диапазоне температур, близких к комнатным, ферромагнитные свойства и переходить в парамагнитное состояние при нагреве. Другими словами, эти вещества имеют низкие температуры Т_c (точка Кюри) магнитного фазового перехода. Практически во всех перечисленных предложениях есть указание на возможность использования известного феномена притяжения магнитов друг к другу для превращения магнитной энергии в энергию движения, однако технические решения способа по организации магнитных полей и обеспечению магнитотеплового процесса преобразования магнитной и тепловой энергии в механическую энергию отсутствуют. Этим и объясняется отсутствие действующих магнитотепловых преобразователей энергии, несмотря на столь длительный период, прошедший с момента опубликования указанных выше предложений.

Наиболее близким к заявленному способу является патент, авторы которого считают задачей изобретения "существенное изменение и расширение функциональных возможностей работы магнитотеплового устройства за счет способа организации его работы, позволяющего, в частности, создать эффективные автономные двигатели и генераторы различного типа и назначения с использованием только низкопотенциальных природных источников энергии независимо от погодных условий и времени суток" (см. RU 2199025 С1, 20.02.2003).

Известный способ основан на использовании энергии различных форм магнитных фазовых превращений и тепла с последующим их преобразованием в энергию движения рабочего тела, в качестве которого используется магнитно-мягкое вещество с ферромагнитными свойствами, обладающее спонтанной намагниченностью в точке Т_c фазового перехода и зависимостью величины намагниченности от температуры. Помещая рабочее тело в поляризующее магнитное поле, в замкнутом объеме которого под атмосферным давлением находится парожидкостная смесь низкокипящей рабочей жидкости, авторы переводят рабочее тело из парамагнитного в ферромагнитное состояние, вследствие чего рабочее тело под действием магнитных сил перемещается в направлении их действия из зоны с минимальным значением индукции магнитного поля в зону, в которой значение магнитной индукции максимально.

Недостатками этого известного способа являются:

- отсутствие указаний на возможные источники нагрева и охлаждения и способа использования этих источников при нестационарном нагреве и охлаждении рабочих элементов, адекватных задаче преобразования энергии. Кроме общего утверждения о необходимости нагрева и охлаждения магнитно-мягкого вещества в способе нет указаний, позволяющих за относительно малые времена контакта с греющим и охлаждающим теплоносителями обеспечить:

- магнитные фазовые превращения в рабочем магнитно-мягком веществе,

- необходимую скорость движения рабочих элементов и

- приемлемую удельную мощность преобразователя.

Предложения авторов не могут считаться эффективными, поскольку основным их недостатком, как и в предложениях других патентов, являются трудности реализации нестационарного нагрева и охлаждения рабочих элементов традиционными методами при использовании любого теплоносителя. В первую очередь, этот недостаток присущ газообразным теплоносителям со сравнительно невысокой температурой (среда с низким тепловым потенциалом), которые за время контакта с теплоносителями должны обеспечить в массе рабочих элементов магнитные фазовые превращения: парамагнетик-ферромагнетик-парамагнетик. Такой процесс в предлагаемом изобретении может быть лишь умозрительным, поскольку фиксированный объем системы, в котором размещается магнитно-мягкое вещество, ограничивает возможности использования низко-потенциальных теплоносителей, а потому отсутствие в патенте вариантов организации системы нагрева и охлаждения рабочего тела не позволяет отличить этот способ от других предложений, преследующих аналогичные цели.

Наиболее близким к заявленному устройству - преобразователю магнитно-тепловой энергии в механическую и/или другие ее виды - является магнитотепловое устройство, содержащее размещенный на валу ротор с активными элементами, установленными по периферии, источник тепловой энергии и, по меньшей мере, одну магнитную систему (см. SU 1793525 А, 07.02.93).

Недостатки известного устройства:

- отсутствие указаний о размещении вращающегося магнитно-мягкого вещества в магнитном поле, форме и количестве рабочих элементов, участвующих в создании результирующего момента силы в направлении их движения, обусловленных величиной планируемой мощности преобразования магнитной энергии в механическую или в другие ее виды;

- отсутствие указаний о конкретных способах нагрева и охлаждения вращающегося магнитно-мягкого вещества в магнитном поле и связи характеристик нестационарного теплообмена с планируемой мощностью преобразования магнитной энергии в механическую или в другие ее виды;

- использование жестко закрепленных на корпусе оптических линз для фокусировки солнечного излучения на поверхность рабочих элементов, что делает неэффективным работу генератора и актуальным вопрос о конкретных способах нагрева и охлаждения вращающегося магнитно-мягкого вещества в магнитном поле;

- использование в качестве рабочего вещества железо-родиевого сплава, что ограничивает потребительскую ценность предлагаемого устройства.

Условно четвертая часть перечисленных документов JP 59025091, ЕР 1878983 А1, ЕР 1873397 А2, ЕР 1890035 А2 защищает различные варианты солнечных башен, использующих тепло солнечной радиации для нагрева воздуха, формирования его закрученной струи, преобразования солнечного тепла в пар, направления потока пара на паровую турбину и получения механической мощности.

Недостатками солнечных башен являются:

- их неработоспособность в пасмурные дни, в сумрачное время суток и ночью;

- необходимость регулярной очистки поверхности зеркал от пыли и песка;

- необходимость предотвращения "накипи" на парообразующих поверхностях и на лопастях паровой турбины.

Условно пятая часть перечисленных документов RU 2023216, RU 2109227, RU 2172904, RU 2183801, RU 2285210 защищает различные варианты преобразователей солнечной энергии в тепло, основанные на поглощении лучистой энергии поверхностью твердых пластин с покрытием, обладающим высоким коэффициентом поглощения, или оптически прозрачных жидкостей с мелкодисперсными частицами из аналогичного материала.

Известна комбинированная солнечная энергоустановка, преобразовывающая и одновременно концентрирующая солнечную энергию для нагрева воды и получения электрической энергии (RU 2285210 С, 10.10.2006).

Солнечная комбинированная энергоустановка по патенту RU 2285210 содержит первичный конический концентратор, плоскую изоляторную соединительную круговую шайбу, центральное сквозное отверстие первичного конического концентратора, датчик слежения, фотоэлементы датчика слежения, перегородки датчика слежения, полый трубчатый теплонагреватель в форме круга, фотоэлементы на внешней поверхности полого "трубчатого теплонагревателя" в форме круга, вторичный полупараболоидный, развернутый на 360°, концентратор, термоэлементы на внешней стороне вторичного полупараболоидного, развернутого на 360°, концентратора, входное и выходное отверстия кругового трубчатого полого теплонагревателя.

Недостатком известного устройства является ограниченность площадей освещаемых поверхностей для прямого преобразования энергии солнечной радиации в тепло и электрическую энергию и отсутствие интенсификации процессов освещения нагреваемых поверхностей и интенсификации теплообмена между нагреваемой поверхностью и обтекающим потоком воды, что обуславливает низкую эффективность преобразования энергии солнечной радиации.

Наиболее близким к заявленному устройству - преобразователю энергии солнечной радиации в тепло - является устройство, содержащее герметичный корпус с размещенными в нем каналами (см. RU 2183801 С1, 20.06.2002).

Недостатками известного устройства является низкая эффективность преобразования солнечного излучения в тепло из-за отсутствия интенсификаторов теплообмена.

Условно шестая часть перечисленных документов защищает различные варианты нагнетателей сплошной среды в объем выбранного пространства.

Наиболее близким к заявленному устройству смерчевого нагнетателя является нагнетатель, который содержит профилированные лопасти, имеющие винтовую поверхность. Узкие винтовые щелевые каналы, образованные боковыми поверхностями лопастей, препятствуют обратному истечению воздуха. Лопасти имеют на наружном диаметре угол подъема 70÷80°, а на внутреннем не менее 55° (см. RU 2109173 С1, 20.04.1998).

Недостатком известного решения является невозможность формирования смерчеобразной струи в объеме выбранного пространства и управления профилями скорости и давления в потоке.

Условно седьмая часть перечисленных документов защищает различные варианты турбин, преобразующих мощность потоков сплошной среды в механическую энергию.

Наиболее близким к заявленному устройству смерчевой турбины является турбина, содержащая корпус и размещенные в корпусе на валу лопатки, принимающие поток (см. SU 1662172 А, 27.10.1996).

Недостатком известного решения является невысокая эффективность преобразования с ее помощью мощности закрученных смерчеобразных потоков, обусловленная высокими значениями их азимутальной и продольной компонент скорости.

Техническим результатом реализации предлагаемого способа смерчевого преобразования энергии сплошной среды является:

- создание экологически чистых источников механической, электрической и/или других видов энергии, полностью независимых от поставщиков органического и ядерного топлива;

- существенное повышение эффективности преобразования энергии внешней среды в выбранном осесимметричном объеме за счет формирования в нем самоорганизующейся смерчеобразной струи, структура, величина скорости и поле давления в которой увеличивают скорость ее потоков, втекающих в выбранный объем, независимо от агрегатного состояния и состояния движения среды за пределами этого объема. Это обеспечивается возможностью управлять перепадом давления между внешней средой и закрученным потоком в башне и регулировать скорость U_OUT ее потока, истекающего из осесимметричного объема. Описанная возможность резко повышает мощность (N~U_OUT ³) преобразуемой энергии;

- уменьшение напряжений трения потоков сплошной среды, втекающих и движущихся внутри башни за счет нанесения на обтекаемые поверхности рельефов в виде чередующихся участков исходно гладких поверхностей и участков криволинейных поверхностей, представляющих собой углубления двойной кривизны. В потоках, обтекающих такие рельефы, самоорганизуются смерчеобразные струи, обеспечивающие снижение аэрогидродинамического сопротивления, интенсификацию тепломассообмена, самоочищение обтекаемых формованных поверхностей от адсорбции грязи и различных примесей и др. эффекты, обусловленные перестройкой пограничного слоя на криволинейных поверхностях и изменением законов взаимодействия потока с рельефами указанной формы;

- существенное повышение КПД, функциональной и технико-экономической эффективности традиционной энергетики, использующей органическое и ядерное топливо, за счет превращения в энергию полноценной кондиции части энергии низкопотенциальных тепловых отходов, сбрасываемых тепловыми и атомными электростанциями в атмосферу и/или водоемы;

- повышение энергетических ресурсов и защита окружающей среды за счет повышения эффективности использования низкопотенциального тепла возобновляемых источников энергии и тепловых отходов антропогенной деятельности;

- снижение количества органического топлива, используемого в бытовой и промышленной сферах;

- снижение уровня выбросов в атмосферу и водоемы углекислого газа (СО₂), тепловых бытовых и промышленных отходов;

- снижение кавитационного износа и предотвращение разрушения гидравлических механизмов и устройств, применяемых в смерчевых преобразователях энергии и в традиционных энергосистемах, таких как гидронасосы, гидротурбины и др.;

- повышение технико-экономических характеристик агрегатов нетрадиционной энергетики и их конкурентной способности с традиционными способами производства энергии.

Техническим результатом реализации предлагаемых смерчевых преобразователей энергии (варианты) является:

- создание экологически чистых источников механической, электрической и/или других видов энергии, полностью независимых от поставщиков органического и ядерного топлива;

- повышение эффективности преобразования энергии внешней среды за счет создания смерчевых башен с подвижными направляющими лопатками внутри их объема, например, смерчевыми нагнетателями, приводимыми в движение, например, с помощью магнитотеплового привода, использующего низкопотенциальные потоки тепловой энергии, например, теплоносители, нагреваемые или охлаждаемые с помощью солнечной радиации, обеспечивающие использование магнитотеплового преобразования энергии;

- уменьшение напряжений трения потоков сплошной среды, втекающих и движущихся внутри башни за счет нанесения на обтекаемые поверхности рельефов в виде чередующихся участков исходно гладких поверхностей и участков криволинейных поверхностей, представляющих собой углубления двойной кривизны; в потоках, обтекающих такие рельефы, самоорганизуются смерчеобразные струи, обеспечивающие снижение аэрогидродинамического сопротивления, интенсификацию тепломассообмена, самоочищение обтекаемых формованных поверхностей от адсорбции грязи и различных примесей и др. эффекты, обусловленные перестройкой пограничного слоя на криволинейных поверхностях и изменением законов взаимодействия потока с рельефами указанной формы;

- увеличение скорости потока среды, истекающей из смерчевых башен, за счет использования смерчевых технологий на граничных поверхностях башен, направляющего аппарата, обтекателя, лопаток смерчевого нагнетателя и смерчевой турбины, на других обтекаемых поверхностях, а также за счет вращения нагнетателя с помощью магнитотеплового преобразователя низкопотенциальной энергии;

- понижение внутри смерчевых башен давления, компенсирующего сопротивление ее конструкций натекающему потоку, путем формирования в сплошной среде, наполняющей башню, закрученного течения, независимого от состояния внешней среды, натекающей на башню, например, в воздухе, при преобразовании энергии ветра, а также в других газообразных или жидких средах;

- повышение степени защиты окружающей среды при использовании преобразователей энергии сплошной среды за счет утилизации тепловых отходов производственной деятельности и отсутствия вредных отходов и выбросов.

Техническим результатом реализации предлагаемого способа магнитотеплового преобразования энергии является:

- создание экологически чистых источников механической, электрической и/или других видов энергии, полностью независимых от поставщиков органического и ядерного топлива, создание электроэнергетических агрегатов, двигателей и движителей, магнитотепловых турбин, компрессоров, насосов для перекачки жидкости, совмещенных электрических машин и др.;

- увеличение эффективности низкопотенциальных источников тепла, включая тепловые отходы антропогенной деятельности, за счет организации смерчевого способа нагрева и охлаждения, адекватного задаче преобразования магнитной и тепловой энергии при нестационарном нагреве и охлаждении рабочих элементов;

- увеличение эффективности взаимодействия магнитно-мягкого вещества с градиентным полем постоянного магнита за счет оптимального по отношению к величине преобразуемой энергии выбора толщин магнитно-мягкого вещества, его массы, размещаемой в однородной и градиентной частях магнитной системы, и конфигурации каналов, в которых происходит нагрев и охлаждение магнитно-мягкого вещества, увеличение скорости тепломассообмена между движущимися элементами магнитно-мягкого вещества и потоками греющего и охлаждающего теплоносителей за счет придания обтекаемым поверхностям форм, обеспечивающих самоорганизацию смерчеобразных струй, встроенных в потоки теплоносителей;

- увеличение, при прочих равных условиях, мощности преобразования магнитной и тепловой энергии за счет повышения скорости перемещения платформы с магнитно-мягким веществом;

- уменьшение времени магнитных фазовых превращений в рабочем магнитно-мягком веществе;

- сокращение потребления органического и ядерного топлива за счет ввода в действие магнитотепловых преобразователей, использующих в качестве "топлива" неисчерпаемые природные источники низкопотенциальной энергии или бросовое тепло производственной деятельности;

- повышение коэффициента полезного действия, функциональной и технико-экономической эффективности традиционной энергетики за счет возвращения в цикл производства энергии низкопотенциального тепла, сбрасываемого тепловыми и атомными электростанциями в атмосферу и/или водоемы.

Техническим результатом реализации предлагаемого преобразователя магнитотепловой энергии является:

- увеличение эффективности используемых низкопотенциальных источников тепла за счет организации смерчевых потоков теплоносителей, адекватных задаче преобразования магнитной и тепловой энергии при нестационарном нагреве и охлаждении рабочих элементов;

- увеличение эффективности взаимодействия магнитно-мягкого вещества с градиентным полем постоянного магнита за счет оптимального по отношению к величине преобразуемой энергии выбора толщин магнитно-мягкого вещества, его массы, размещаемой в однородной и градиентной частях магнитной системы, и конфигурации каналов, в которых происходит нагрев и охлаждение магнитно-мягкого вещества, увеличение скорости тепломассообмена между движущимися элементами магнитно-мягкого вещества и потоками греющего и охлаждающего теплоносителей за счет придания обтекаемым поверхностям форм, обеспечивающих самоорганизацию смерчеобразых струй, встроенных в потоки теплоносителей;

- увеличение, при прочих равных условиях, мощности преобразования магнитной и тепловой энергии за счет повышения скорости перемещения платформы с магнитно-мягким веществом;

- сокращение потребления органического и ядерного топлива за счет ввода в действие магнитотепловых преобразователей, использующих в качестве "топлива" неисчерпаемые природные источники низкопотенциальной энергии или бросовое тепло производственной деятельности;

- повышение коэффициента полезного действия, функциональной и технико-экономической эффективности традиционной энергетики за счет возвращения в цикл производства энергии низкопотенциального тепла, сбрасываемого тепловыми и атомными электростанциями в атмосферу и/или водоемы;

- увеличение уровня концентрации мощности низкопотенциальных тепловых источников, включая тепловые отходы антропогенной деятельности, и превращения этой мощности в механическую и/или электрическую энергию полноценной кондиции за счет использования явления самоорганизации смерчеобразных течений и магнитотепловых эффектов, сопровождающих фазовые превращения в магнитных телах и жидкостях;

- увеличение эффективности магнитной системы за счет создания двух зон распределения магнитного поля: зоны градиентного поля и зоны однородного поля, позволяющих обеспечить оптимизацию скоростей охлаждения магнитно-мягкого вещества, толщины рабочих элементов и их суммарную массу, подвергающихся охлаждению и нагреву в процессе преобразования энергии, что обеспечивает притяжение охлажденной части магнитно-мягкого вещества к зоне с максимальным значением напряженности магнитного поля и использование силы магнитного притяжения для получения механической энергии и вращения направляющего аппарата внутри смерчевой башни;

- увеличение за счет смерчевых технологий скорости тепломассообмена между движущимися элементами магнитно-мягкого вещества и потоками греющего и охлаждающего теплоносителей путем придания обтекаемым поверхностям форм, обеспечивающих самоорганизацию смерчеобразных струй, встроенных в потоки теплоносителей и существенно увеличивающих скорость обмена теплом между потоком и поверхностью;

- увеличение эффективности взаимодействия магнитно-мягкого вещества с градиентным полем постоянного магнита за счет оптимального по отношению к величине преобразуемой энергии выбора конфигурации теплообменных каналов и использования смерчевого способа охлаждения;

- повышение уровня защиты окружающей среды за счет практически полного отсутствия вредных отходов и выбросов.

Техническим результатом реализации предлагаемого преобразователя солнечной энергии, для ее преобразования в тепло, является:

- увеличение коэффициента поглощения тепловой энергии на поверхности солнечных коллекторов за счет использования явления самоорганизации смерчеобразных вихревых структур;

- увеличение теплопередачи от поверхности, принимающей солнечную энергию, в поток сплошной среды - теплоносителя;

- повышение автономности предлагаемого преобразователя по сравнению с известными установками такого типа;

- повышение уровня защиты окружающей среды за счет практически полного отсутствия вредных отходов и выбросов.

Техническим результатом реализации предлагаемого смерчевого нагнетателя является:

- возможность управления процессом смерчевого преобразования энергии за счет изменения интенсивности смерчеобразного течения, формируемого нагнетателем внутри смерчевой башни;

- повышение энергетических ресурсов и защита окружающей среды практически во всех регионах мира за счет повышения эффективности использования низкопотенциального тепла возобновляемых источников энергии и тепловых отходов антропогенной деятельности для обеспечения работы смерчевого нагнетателя;

- повышение технико-экономических характеристик агрегатов нетрадиционной энергетики и их конкурентной способности с традиционными способами производства энергии.

Техническим результатом реализации предлагаемой смерчевой турбины является:

- высокоэффективное преобразование энергии смерчеобразных струй, генерируемых в смерчевых башнях;

- повышение энергетических ресурсов и защита окружающей среды практически во всех регионах мира за счет повышения эффективности использования низкопотенциального тепла возобновляемых источников энергии и тепловых отходов антропогенной деятельности для обеспечения работы смерчевого нагнетателя;

- повышение технико-экономических характеристик агрегатов нетрадиционной энергетики и их конкурентной способности с традиционными способами производства энергии.

Технический результат от реализации способа смерчевого преобразования энергии сплошной среды достигается тем, что сплошную среду из окружающего пространства подают по множеству траекторий в осесимметричную область Q_Σ, имеющую форму конфузора, высотой Z_OUT и переменным по высоте радиусом

R_IN≥R≥R_OUT,

или нескольких конфузоров, числом "К" вложенных один в другой, каждый из которых имеет объем Q_K, высоту Z_K,OUT и переменный по высоте радиус R_J,K, изменяющийся в интервале:

R_K,IN≥R_J,K≥R_K,OUT,

при этом области Q_Σ и Q_K имеют входные и выходные участки на граничных поверхностях Σ_Q и Σ_QK соответственно, а высоту и радиус областей выбирают так, чтобы всюду на границах Σ_Q и Σ_QK и внутри области Q_Σ выполнялись соотношения:

R_IN ²Z_IN=R_i,Σ ²Z_i,Σ=R_OUT ²Z_OUT=const_Σ, i=0, 1, 2, 3, … p,

R_J,K ²Z_J,K=const_K, J=0, 1, 2, 3, … s,

где Z, R, ψ - цилиндрические координаты, центр которых расположен в точке пересечения с основанием выбранной осесимметричной области продольной оси ее симметрии, индекс "IN" присвоен цилиндрическим координатам Z_IN, R_IN, ψ_IN, принадлежащим входному участку граничной поверхности Σ_Q, а индекс "i,Σ" указывает на его принад