Спосіб одержання механічної енергії

Изобретение относится к средствам получения механической энергии путем преобразования энергии направленных потоков ветра, пара или воды в механическую энергию. Изобретение может быть использовано для получения, например, электрической энергии в труднодоступных регионах страны. Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения механической энергии, включающий операции создаиия в емкости, содержащей отверстия для входа и вы хода, направленного потока текучей среды, размещения в ней крыльчатки преобразователя энергии потока с возможностью вращения крыльчатки под действием потока текучей среды, преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию [1]. По описанному способу в качестве емкости используют дымоход, в котором устанавливают крыльчатку преобразователя. Описанный способ работоспособен, позволяет получать механическую энергию, используемую для выбрасывания порций дыма на большую высоту. Недостатком прототипа является то, что он не имеет в зоне выхода направленного потока текущей среды из емкости операцию охлаждения последнего. Это приводит к постепенному снижению разницы температур на входе и выходе из емкости, а значит снижению скорости направленного потока текущей (рабочей) среды. Таким образом, по данному способу нельзя производить эффективное и стабильное энергопроизводство. В основу предлагаемого изобретения поставлена задача создания такого способа получения механической энергии, который позволил бы уменьшить затраты на строительство устройств и, в то же время, позволил бы использовать различные виды энергии, например, тепловую энергию, энергию ветра, воды. Эта задача решается за счет того, что в предлагаемом изобретении направленный поток среды создается путем нагрева одних и организованного охлаждения других зон стенок емкости. Операция организованного охлаждения позволяет регулировать и поддерживать необходимую разность температур направленного потока на входе и выходе из емкости, что позволяет осуществлять устойчивое и эффективное энергопроизводство. Предлагаемый способ, как и известный способ получения механической энергии, включает операции создания в емкости, содержащей отверстия для входа и выхода, направленного потока текучей среды, размещения в ней крыльчатки преобразователя энергии потока с возможностью вращения крыльчатки под действием потока текучей среды, преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию, а, согласно изобретению, в процессе создания направленного потока текучей среды поток в зоне выхода его из емкости подвергают охлаждению до создания разности температур потока на входе и выходе из емкости Q≥10°С. В устройства х, реализующи х способ, направленный поток среды создают путем нагрева одних и охлаждения други х зон стенок емкости. Нагретая текучая среда и охлажденная имеют разную плотность и их соприкосновение рождает направленный поток, который, попадая на крыльчатку, вызывает ее вращение. Охлаждение потока в зоне выхода из емкости позволяет получить "тепловое сопло", которое способствует увеличению скорости потока. Это обусловлено тем, что поток при его движении в емкости соприкасается не с поверхностью емкости, а с охлажденным промежуточным слоем той же среды. Поэтому силы трения на выходе потока из емкости существенно снижаются. Форма емкости, размеры зон нагрева и охлаждения в устройствах, реализующи х предлагаемый способ, подбирают экспериментально. Оптимальными, как показали эксперименты, являются конструкции, в которых площадь нагреваемой зоны (зон) Сн составляет Сн = (1,2—1,5)/Ст, где Ст - площадь зоны охлаждения при разности температур указанных зон 10-30°С. Одна из предлагаемых конструкций такого устройства'(см. чертеж), в частности, имеет форму емкости, которая представляет собой конусообразную фигур у, установленную вертикально, нижнее основание которой больше верхнего и подвергается нагреву. При этом высота емкости определяется лишь возможностями средств доставки устройств в тр уднодоступные места и величиной получаемой в устройстве энергии. При разности температур (к 10°С, как показали эксперименты, энергии потока текучей среды недостаточно для получения энергии, которая могла бы быть использована в бытовых целя х. Поэтому оптимальной является разность температур на входе и выходе потока из емкости, составляющая более 10°С. Устройство, реализующее предлагаемый способ содержит емкость 1 в виде полого комусообразного корпуса с входным 2 и выходным 3 соплами. На наружной поверхности емкости 1 имеется отражающее солнечные лучи покрытие (на чертеже не показано). Диаметр нижнего сопла 2 больше диаметра верхнего сопла 3. В нижнем сопле 2 установлены радиаторы 4. Радиаторы 4 выступают за нижнее сопло 2 для их нагрева солнечными лучами. Поверхность радиаторов 4 зачернена. В верхнее сопло 3 вмонтированы радиаторы 5, заполненные хладагентом. В полости емкости 1 установлена крыльчатка 6 преобразователя энергии потока 7. В качестве нагревателя по предлагаемому способу могут быть использованы солнечные лучи или тепло костра. В качестве хладагента радиаторов 5 - вода. Пример. Емкость 1 устанавливали вертикально. Радиаторы 4 подвергали нагреву солнечными лучами. В верхний радиатор заливали холодную воду (Т = 12°С). Через несколько десятков секунд, когда разность температур воздуха у сопла 2 (до входа воздуха в емкость 1) и на выходе из сопла 3 превысила 10°С, крыльчатка 6 начала вращаться, а электрический генератор в преобразователе 7 начал вырабатывать электрическую энергию. За счет создания условий для возникновения непрерывного потока воздуха через емкость 1 в преобразователе 7 шел непрерывный процесс выработки электрической энергии - процесс преобразования энергии потока текучей среды в механическую энергию и затем в электрическую энергию. Изменяя температуру хладагента в радиаторах 5 осуществляли регулирование скорости потока среды через емкость 1. Это достигалось за счет образования "пограничного слоя" у поверхности радиатора 5. От толщины пограничного слоя зависели пропускная способность сопла 3 и скорость потока среды, воздействующего на крыльчатку 6. Охлаждение выходного сопла 3 позволило повысить КПД устройств для получения механической энергии путем уменьшения сил трения потока текучей среды о стенки сопла 3.