Устройство накопления высотной атмосферной энергии
Устройство накопления высотной атмосферной энергии предназначено для накопления энергии низкотемпературного воздуха, расположенного на большой высоте в воздушном пространстве. Устройство накопления содержит воздушный резервуар, выполненный с возможностью хранения воздуха, трубу для подачи воздуха, установленную таким образом, что она проходит в вертикальном направлении и ее нижний конец присоединен к воздушному резервуару, и средство сжатия, размещенное в воздушном пространстве, присоединенное к верхнему концу трубы для подачи воздуха и выполненное с возможностью сжатия воздуха при помощи энергии ветра и подачи сжатого воздуха в воздушный резервуар через трубу для подачи воздуха. Воздух может сжиматься посредством энергии ветра, который дует на большой высоте, и затем накапливаться в воздушном резервуаре (10). Изобретение направлено на расширение арсенала технических средств. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству накопления высотной атмосферной энергии, характеризующемуся новой конструкцией, которое предназначено для накопления энергии низкотемпературного воздуха, расположенного на большой высоте в воздушном пространстве, и ее использования.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Согласно данным наблюдений температура атмосферы снижается приблизительно на 6°С с увеличением высоты на 1 км, и на больших высотах в областях прохождения струйных течений всегда имеются сильные ветра. Эти ветра обладают большим количеством кинетической энергии.
Кроме того, атмосферные частицы заряжаются из-за трения о воздух на большой высоте, и воздух обладает значительным количеством электрической энергии. В результате этого между атмосферой и земной поверхностью образуется разница потенциалов, которая вызывает удар молнии при достижении значения приблизительно 1 миллиард вольт или более. Если между атмосферой и земной поверхностью установлено устройство накопления электрической энергии, до того как разность потенциалов между атмосферой и облаками достигнет сверхвысоких значений напряжения, может обеспечиваться накопление некоторого количества электрической энергии.
Однако до настоящего времени не было предложено ни одного эффективного способа накопления и использования различных типов высотной энергии. Следовательно, существует потребность в разработке новых типов устройств и способов накопления энергии.
Техническая задача
Настоящее изобретение направлено на преодоление вышеописанных проблем, и цель настоящего изобретения заключается в создании устройства накопления высотной атмосферной энергии, характеризующегося новой структурой, которое предназначено для накопления энергии воздуха, находящегося на большой высоте, и ее применения в случае необходимости.
Техническое решение
Для достижения вышеописанной цели настоящее изобретение предоставляет устройство накопления высотной атмосферной энергии, содержащее: воздушный резервуар (10), изготовленный для хранения воздуха; трубу (20) для подачи воздуха, установленную таким образом, что она проходит в вертикальном направлении и ее нижний конец присоединен к воздушному резервуару (10); и средство (30) сжатия, размещенное в воздушном пространстве, присоединенное к верхнему концу трубы (20) для подачи воздуха и выполненное с возможностью сжатия воздуха при помощи энергии ветра и подачи сжатого воздуха в воздушный резервуар (10) через трубу (20) для подачи воздуха.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается устройство накопления высотной атмосферной энергии, дополнительно содержащее: тело (40) для обеспечения подъемной силы, присоединенное к средству (30) сжатия и выполненное с возможностью обеспечения подъемной силы, в результате чего средство (30) сжатия парит в воздушном пространстве.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается устройство накопления высотной атмосферной энергии, дополнительно содержащее: проводящий слой (60), сформированный на периферийной поверхности средства (30) сжатия, и средство (70) накопления электрической энергии, присоединенное к проводящему слою (60) и выполненное с возможностью накопления электрической энергии, прикладываемой к проводящему слою (60).
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается устройство накопления высотной атмосферной энергии, дополнительно содержащее: крепежный трос (50), выполненный таким образом, что его верхний конец присоединен к средству (30) сжатия или телу (40) для обеспечения подъемной силы, а его нижний конец прикреплен к земной поверхности.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается устройство накопления высотной атмосферной энергии, дополнительно содержащее: открывающий/закрывающий клапан (80), установленный в промежуточной части трубы (20) для подачи воздуха и выполненный с возможностью выборочного открытия и закрытия промежуточной части трубы (20) для подачи воздуха, и воздушный насос (90), установленный в промежуточной нижней части трубы (20) для подачи воздуха и выполненный с возможностью всасывания высотного воздуха через средство (30) сжатия и трубу (20) для подачи воздуха, сжатия всасываемого воздуха и накопления сжатого воздуха в воздушном резервуаре (10).
Полезные эффекты
Устройство накопления высотной атмосферной энергии согласно настоящему изобретению содержит воздушный резервуар (10), выполненный с возможностью хранения воздуха, трубу (20) для подачи воздуха, установленную таким образом, что она проходит в вертикальном направлении и ее нижний конец присоединен к воздушному резервуару (10), и средство (30) сжатия, размещенное в воздушном пространстве, присоединенное к верхнему концу трубы (20) для подачи воздуха и выполненное с возможностью сжатия воздуха при помощи энергии ветра и подачи сжатого воздуха в воздушный резервуар (10) через трубу (20) для подачи воздуха, в результате чего воздух может сжиматься посредством энергии ветра, который дует на большой высоте, и затем накапливаться в воздушном резервуаре (10).
Соответственно, сжатый воздух может образовываться без использования отдельного источника энергии, и различные типы устройств функционируют с использованием сжатого воздуха, в результате чего обеспечивается экологически чистая энергия.
Кроме того, электрическая энергия, которая собрана посредством проводящего слоя на поверхностях средства (30) сжатия и тела (40) для обеспечения подъемной силы, накапливается в устройстве (70) накопления электрической энергии, что также дополнительно обеспечивает источник экологически чистой электрической энергии.
Краткое описание фигур
На фиг. 1 представлена схема, показывающая конфигурацию устройства накопления высотной атмосферной энергии в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 2 представлен вид сбоку в разрезе, показывающий средство сжатия, входящее в состав устройства накопления высотной атмосферной энергии в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 3 представлен вид сбоку в разрезе, показывающий в разобранном состоянии средство сжатия, входящее в состав устройства накопления высотной атмосферной энергии в соответствии с настоящим изобретением;
на фиг. 4 представлен вид сверху в разрезе, показывающий средство сжатия, входящее в состав устройства накопления высотной атмосферной энергии в соответствии с настоящим изобретением; и
на фиг. 5-8 представлены иллюстративные изображения, показывающие модификацию устройства накопления высотной атмосферной энергии в соответствии с настоящим изобретением.
Лучший вариант осуществления
Настоящее изобретение предназначено для создания устройства накопления высотной атмосферной энергии, содержащего: воздушный резервуар (10), изготовленный для хранения воздуха; трубу (20) для подачи воздуха, установленную таким образом, что она проходит в вертикальном направлении и ее нижний конец присоединен к воздушному резервуару (10); и средство (30) сжатия, размещенное в воздушном пространстве, присоединенное к верхнему концу трубы (20) для подачи воздуха и выполненное с возможностью сжатия воздуха при помощи энергии ветра и подачи сжатого воздуха в воздушный резервуар (10) через трубу (20) для подачи воздуха.
Принцип работы настоящего изобретения
Далее настоящее изобретение будет подробно описано со ссылками на прилагаемые иллюстративные фигуры.
На фиг. 1-4 представлено устройство накопления высотной атмосферной энергии в соответствии с настоящим изобретением, которое содержит: воздушный резервуар 10, выполненный с возможностью хранения воздуха; трубу 20 для подачи воздуха, установленную таким образом, что она проходит в вертикальном направлении и ее нижний конец соединен с воздушным резервуаром 10; средство 30 сжатия, размещенное в воздушном пространстве, присоединенное к верхнему концу трубы 20 для подачи воздуха и выполненное с возможностью сжатия воздуха при помощи энергии ветра и подачи сжатого воздуха в воздушный резервуар 10 через трубу 20 для подачи воздуха; тело 40 для обеспечения подъемной силы, установленное над средством 30 сжатия, выполненное с возможностью обеспечения подъемной силы, в результате чего средство 30 сжатия парит в воздушном пространстве, и содержащее на своей поверхности проводящий слой; крепежный трос 50, выполненный таким образом, что его верхний конец присоединен к средству 30 сжатия, а его нижний конец прикреплен к земной поверхности; проводящий слой 60, образованный на поверхности средства 30 сжатия; токоотвод 61, соединенный с проводящим слоем 60 и выполненный с возможностью передачи генерируемой электрической энергии, и средство 70 накопления электрической энергии, выполненное с возможностью накопления электрической энергии; открывающий/закрывающий клапан 80, установленный в нижней части трубы 20 для подачи воздуха и выполненный с возможностью выборочного открытия и закрытия трубы 20 для подачи воздуха; и воздушный насос 90, установленный в нижней части трубы 20 для подачи воздуха.
Более конкретно, воздушный резервуар 10 изготовлен в форме стандартного металлического резервуара и установлен на земной поверхности. Как будет описано ниже, воздушный резервуар 10 изготовлен для накопления низкотемпературного сжатого воздуха, который подается через средство 30 сжатия и трубу 20 для подачи воздуха.
В этом случае воздушный резервуар 10 может быть снабжен отдельной выпускной трубой, при этом различные типы оборудования могут присоединяться к выпускной трубе для последующего использования, или воздушный резервуар 10 может быть использован в качестве источника охлаждающего воздуха.
Труба 20 для подачи воздуха может быть выполнена из синтетического полимерного материала, характеризующегося подходящей эластичностью и механической прочностью, а также может быть выполнена из металлического материала с изолирующей функцией.
Как изображено на фиг. 2-4, средство 30 сжатия содержит: нижнюю пластину 31, выполненную таким образом, что выпускное отверстие 31а сформировано в нижней стороне ее центральной части; верхнюю пластину 32, смещенную в направлении вверх от верхней поверхности нижней пластины 31; и множество разделительных пластин 33, установленных таким образом, чтобы проходить от выпускного отверстия 31а в радиальном направлении между нижней пластиной 31 и верхней пластиной 32 и образовывать множество каналов 34 для подачи воздуха, через которые протекает воздух, между нижней пластиной 31 и верхней пластиной 32.
В этом случае нижняя пластина 31, верхняя пластина 32 и разделительные пластины 33 выполнены сходящимися к своим центральным частям.
Иначе говоря, нижняя пластина 31 характеризуется воронкообразной формой, которая сходится (сужается) к выпускному отверстию 31а.
Верхняя пластина 32 характеризуется конической формой, центральная часть которой выступает в направлении вниз.
Разделительные пластины 33 выполнены в форме вертикально установленных пластин, и верхний и нижний концы разделительных пластин 33 выполнены таким образом, чтобы соответствовать верхней поверхностью нижней пластины 31 и нижней поверхности верхней пластины 32.
Кроме того, нижняя пластина 31, разделительные пластины 33 и верхняя пластина 32 выполнены таким образом, чтобы площадь канала 34 для подачи воздуха уменьшалась в направлении его центральной части.
Соответственно, когда ветер дует из окружающего пространства, скорость воздуха постепенно увеличивается при прохождении по каналу 34 для подачи воздуха в средстве 30 сжатия, после чего воздух поступает вниз к трубе 20 для подачи воздуха через выпускное отверстие 31а.
В этом случае средство 30 сжатия расположено на расстоянии приблизительно 2 км над земной поверхностью.
Тело 40 для обеспечения подъемной силы выполнено в форме воздушного шара, заполненной газообразным гелием или подобным газом с низким удельным весом, и прикреплено к верхней стороне средства 30 сжатия, так что средство 30 сжатия может парить на расстоянии приблизительно 2 км над земной поверхностью. Кроме того, проводящий слой, включающий в себя металлическую сетку или проводящий материал, имеется на поверхности тела 40 для обеспечения подъемной силы, при этом указанный слой функционирует для защиты тела 40 для обеспечения подъемной силы от молний и для поглощения зарядов в атмосфере.
Крепежный трос 50 изготовлен из синтетического полимера и нового материала, который характеризуется высокой механической прочностью и пластичностью, а также превосходной диэлектрической прочностью, и закрепляет средство 30 сжатия и тело 40 для обеспечения подъемной силы, чтобы предотвратить их перемещение. Лебедка 51, закрепленная на земной поверхности, находится в области нижнего конца крепежного троса 50 и выполнена с возможностью регулировки высоты тела 40 для обеспечения подъемной силы и средства 30 сжатия или их спуска на земную поверхность путем разматывания или сматывания троса лебедки 51.
Проводящий слой 60 сформирован путем присоединения тонкой металлической сетки к поверхности нижней пластины 31, разделительных пластин 33 и верхней пластины 32 или нанесения проводящего покрытия на поверхности нижней пластины 31, разделительных пластин 33 и верхней пластины 32. Проводящий слой 60 соединен со средством 70 накопления электрической энергии при помощи соединительной линии 61 и функционирует для сбора электрической энергии на большой высоте в атмосфере и подачи собранной электрической энергии в средство 70 накопления электрической энергии.
Средство 70 накопления электрической энергии содержит большое количество аккумуляторов, установлено на земной поверхности, соединено с проводящим слоем 60 посредством соединительной линии 61 и выполнено с возможностью накопления электрической энергии, прикладываемой к проводящему слою 60. Кроме того, средство 70 накопления электрической энергии также выполнено с возможностью оснащения основными защитными элементами, такими как молниезащитное оборудование.
Открывающий/закрывающий клапан 80 предназначен для управления потоком воздуха, собранного средством 30 сжатия и подаваемого в воздушный резервуар 10 через трубу 20 для подачи воздуха, выполнен в форме обратного клапана, который открыт в направлении воздушного резервуара 10, а также позволяет воздуху, собранному средством 30 сжатия, поступать в воздушный резервуар 10 и предотвращает вытекание воздуха из воздушного резервуара 10 обратно через трубу 20 для подачи воздуха и его выпуск к средству 30 сжатия.
Воздушный насос 90 представляет собой оборудование, которое функционирует в случае необходимости. В процессе функционирования воздушный насос 90 всасывает воздух на большой высоте через средство 30 сжатия и трубу 20 для подачи воздуха, сжимает всасываемый воздух и накапливает сжатый воздух в воздушном резервуаре 10. Когда ветер является недостаточно сильным или необходимо увеличить давление воздуха в воздушном резервуаре 10, использование воздушного насоса 90 обеспечивает принудительное всасывание воздуха через средство 30 сжатия и трубу 20 для подачи воздуха и его накопление в воздушном резервуаре 10.
Устройство накопления высотной атмосферной энергии, конфигурация которого описана выше, содержит воздушный резервуар 10, выполненный с возможностью хранения воздуха, трубу 20 для подачи воздуха, установленную таким образом, что она проходит в вертикальном направлении и ее нижний конец присоединен к воздушному резервуару 10, и средство 30 сжатия, размещенное в воздушном пространстве, присоединенное к верхнему концу трубы 20 для подачи воздуха и выполненное с возможностью сжатия воздуха при помощи энергии ветра и подачи сжатого воздуха в воздушный резервуар 10 через трубу 20 для подачи воздуха, в результате чего воздух может сжиматься посредством энергии ветра, который дует на большой высоте, и затем накапливаться в воздушном резервуаре 10.
Соответственно, сжатый воздух может быть получен без использования отдельного источника энергии, при этом различные типы устройств функционируют с использованием воздуха высокого давления, полученного описанным выше способом, в результате чего обеспечивается преимущество использования экологически чистой энергии.
В частности, высотный воздух, накопленный в воздушный резервуаре 10, имеет более низкую температуру по сравнению с воздухом, находящимся рядом с земной поверхностью, и, следовательно, максимальная мощность летом может быть значительно уменьшена, когда высотный воздух используется для охлаждения.
Кроме того, средство 30 сжатия соединено с телом 40 для обеспечения подъемной силы, которое выполнено для обеспечения подъемной силы, позволяющей средству сжатия 30 парить в воздухе, в результате чего обеспечивается преимущество, заключающееся в том, что средство 30 сжатия может эффективно парить на большой высоте.
Кроме того, устройство накопления высотной атмосферной энергии дополнительно содержит проводящий слой 60, сформированный на поверхности средства 30 сжатия, и средство 70 накопления электрической энергии, присоединенное к проводящему слою 60 и выполненное с возможностью накопления электрической энергии, прикладываемой к проводящему слою 60, в результате чего обеспечивается преимущество эффективного сбора электрической энергии, генерируемой в воздухе на больших высотах (высотном воздухе), накопления собранной электрической энергии в средстве 70 накопления электрической энергии и использования накопленной электрической энергии различными способами.
Кроме того, предусмотрен крепежный трос 50, соединенный со средством 30 сжатия и прикрепленный к земной поверхности своим нижним концом, и благодаря этому тело 40 для обеспечения подъемной силы и средство 30 сжатия максимально прочно закреплены, а труба 20 для подачи воздуха установлена в вертикальном состоянии, в результате чего обеспечивается преимущество конструирования эффективного устройства поглощения энергии.
Кроме того, устройство накопления высотной атмосферной энергии дополнительно содержит открывающий/закрывающий клапан 80, установленный в нижней части трубы 20 для подачи воздуха и выполненный с возможностью выборочного открытия и закрытия трубы 20 для подачи воздуха, и воздушный насос 90, установленный в нижней части трубы 20 для подачи воздуха и выполненный с возможностью всасывания высотного воздуха через средство 30 сжатия и трубу 20 для подачи воздуха, сжатия всасываемого воздуха и накопления сжатого воздуха в воздушном резервуаре 10. Когда ветер является недостаточно сильным, может предотвращаться выход воздуха высокого давления, накопленного в воздушном резервуаре 10, обратно через трубу 20 для подачи воздуха и средство 30 сжатия и его последующий выпуск в окружающую среду. Когда ветер является недостаточно сильным, воздушный насос 90 используется для принудительного всасывания высотного холодного воздуха и его накопления в воздушном резервуаре 10, в результате чего обеспечивается преимущество использования холодного воздуха с заданным давлением.
Хотя в настоящем варианте осуществления крепежный трос 50 показан присоединенным к средству 30 сжатия, крепежный трос 50 может быть присоединен к телу 40 для обеспечения подъемной силы.
Кроме того, как показано на фиг. 5, тело 40 для обеспечения подъемной силы может быть опущено, что может зависеть от характеристик области установки и физических характеристик трубы 20 для подачи воздуха.
В этом случае труба 20 для подачи воздуха изготовлена из синтетического полимера или нового материала, характеризующегося малой массой, а также высокой диэлектрической и механической прочностью, и выполнена с возможностью поддерживать средство 30 сжатия. Множество проволочных опор 140, концы которых прикреплены к земной поверхности, присоединены к средству 30 сжатия или трубе 20 для подачи воздуха и выполнены с возможностью поддерживать трубу 20 для подачи воздуха в вертикальном состоянии.
Кроме того, как показано на фиг. 6-8, средство 30 сжатия может включать в себя: соединительную трубу 35, выполненную таким образом, что она проходит в вертикальном направлении, при этом ее верхняя поверхность закрыта, множество воздуховпускных отверстий 35а выполнены по периферии ее верхнего конца, и труба 20 для подачи воздуха соединена с ее нижним концом; верхние и нижние направляющие пластины 36 и 37, выполненные проходящими наружу от периферии верхнего конца и нижней стороны соединительной трубы 35; множество разделительных пластин 38, выполненных проходящими в радиальном направлении между верхними и нижними направляющими пластинами 36 и 37 и разделяющими пространство между верхними и нижними направляющими пластинами 36 и 37; заслонки 39, соединенные с внутренней периферийной поверхностью соединительной трубы 35 таким образом, чтобы поворачиваться в вертикальном направлении и закрывать воздуховпускные отверстия 35а при повороте вниз; и утяжелители 39а, соединенные с внутренними сторонами заслонок 39 и выполненные с возможностью поворота вниз заслонок 39 с закрытием воздуховпускных отверстий 35а.
В этом случае воздуховпускные отверстия 35а образованы на поверхности соединительной трубы 35 с интервалами, определенными заданными углами. В средстве 30 сжатия, конфигурация которого описана выше, когда ветер дует с одной стороны, заслонка 39, предусмотренная перед воздуховпускным отверстием 35а со стороны, с которой дует ветер, открывает воздуховпускное отверстие 35а, повернувшись при этом вверх, в результате чего ветер может попадать через соединительную трубу 35 в трубу 20 для подачи воздуха, как показано на фиг. 8. Кроме того, заслонка 39 на противоположной стороне не открывается, что предотвращает выпуск ветра в окружающую среду, в результате чего обеспечивается преимущество эффективного попадания ветра в трубу 20 для подачи воздуха.
Применение в промышленности
Настоящее изобретение может быть применено в области устройств накопления высотной атмосферной энергии, характеризующихся новой конструкцией, которые предназначены для накопления энергии низкотемпературного воздуха, расположенного на большой высоте в земной атмосфере, и ее использования.
1. Устройство накопления высотной атмосферной энергии, содержащее:
воздушный резервуар (10), изготовленный для хранения воздуха и установленный на земной поверхности;
трубу (20) для подачи воздуха, установленную таким образом, что она проходит в вертикальном направлении и ее нижний конец присоединен к воздушному резервуару (10); и
средство (30) сжатия, размещенное в воздушном пространстве, присоединенное к верхнему концу трубы (20) для подачи воздуха и выполненное с возможностью сжатия воздуха при помощи энергии ветра и подачи сжатого воздуха в воздушный резервуар (10) через трубу (20) для подачи воздуха,
отличающееся тем, что на поверхности средства (30) сжатия образован проводящий слой (60), обеспечивающий разность потенциалов между собой и земной поверхностью при контакте проводящего слоя (60) с воздухом с поглощением воздушных зарядов, образованных трением частиц воздуха,
причем указанное устройство включает крепежный трос (50), выполненный таким образом, что его верхний конец присоединен к средству (30) сжатия, а его нижний конец прикреплен к средству (70) накопления электрической энергии на земной поверхности,
обеспечивая таким образом использование и высотной атмосферной энергии, и электрической энергии высотной атмосферы посредством хранения сжатого воздуха и электричества, соответственно, в воздушном резервуаре (10) и средстве накопления электрической энергии (70).
2. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
тело (40) для обеспечения подъемной силы, присоединенное к средству (30) сжатия, выполненное с возможностью обеспечения подъемной силы, в результате чего средство (30) сжатия парит в воздушном пространстве, и содержащее на своей поверхности проводящий слой.
3. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
проводящий слой (60), сформированный на поверхности тела (40) для обеспечения подъемной силы, и средство (70) накопления электрической энергии, присоединенное к проводящему слою (60) и выполненное с возможностью накопления электрической энергии, прикладываемой к проводящему слою (60).
4. Устройство по п. 1 или 2, дополнительно содержащее:
крепежный трос (50), выполненный таким образом, что его верхний конец присоединен к средству (30) сжатия или телу (40) для обеспечения подъемной силы, а его нижний конец прикреплен к земной поверхности.
5. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
открывающий/закрывающий клапан (80), установленный в промежуточной части трубы (20) для подачи воздуха и выполненный с возможностью выборочного открытия и закрытия нижней части трубы (20) для подачи воздуха, и воздушный насос (90), установленный в нижней части трубы (20) для подачи воздуха и выполненный с возможностью всасывания высотного воздуха через средство (30) сжатия и трубу (20) для подачи воздуха, сжатия всасываемого воздуха и накопления сжатого воздуха в воздушном резервуаре (10).
