Гелиовоздушная станция

 

Изобретение относится к гелиотехнике и позволяет повысить единичную мощность и стабильность работы станции. В нижней части тяговой трубы 1 установлено воздухозаборное устройство 2 внизу, а побудители 3 тяги наверху. Турбины 4 расположены внутри трубы 1 по ее высоте. Фокусирующий коллектор-испаритель 5 за

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1451335 А 3 g 4 F 03 G 7/02, F 24 J 2/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTQPCKQIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2) ) 4236150/24-06 (22) 24.04.87 (46) 15.01.89. Бюл. № 2 (71) Московская сельскохозяйственная академия им. К. А. Тимирязева (72) И. В. Кобозев (53) 62!.472:662.997 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1060888, кл. F 24 1 2/42. 1982. (54) ГЕЛИОВОЗДУШНАЯ СТАНЦИЯ (57) Изобретение относится к гелиотехнике и позволяет повысить единичную мощность и стабильность работы станции. В нижней части тяговой трубы 1 установлено воздухозаборное устройство 2 внизу, а побудители 3 тяги — наверху. Турбины 4 расположены внутри трубы 1 по ее высоте.

Фокусирующий коллектор-испаритель 5 за1451335

30 креплен снаружи и пневматически связан с полостью трубы 1. Станция дополнительно снабжена турбиной 6 и аккумуляторами-охладителями (АО) 7 и 8 воздушного потока.

Устройство 2 выполнено в виде окон в трубе

1, раструба 10 и подключенных к трубе 1 в нижней части воздуховодов 11, имеющих на входе самоориентирующиеся раструбы 12.

Раструбы 10 расположены в зоне окон 9 и самоориентируются по ветру. Побудитель 3 тяги выполнен в виде вентиляционной трубы

13 с поворотным вытяжным насадком 14 в верхней части, шарнирно опирающейся на трубу 1, и попарно скрепленных между собой линз 15 и зеркальных экраном 16 сферической формы, закрепленных на вентиляционной трубе. Фокусирующий коллектор-испаИзобретение относится к гелиотехнике, в частности к гелиовоздушным станциям.

Целью изобретения является повышение единичной мощности и стабильности работы станции путем наиболее полного использования солнечной и ветровой энергии при круглогодичной эксплуатации.

На фиг. 1 показана конструктивная схема гелиовоздушной станции; на фиг. 2 — побудитель тяги; на фиг. 3 — фокусирующий коллектор-испаритель; на фиг. 4 — кинематический механизм ориентации коллектораиспарителя и побудителя тяги; на фиг. 5— аккумулятор-охладитель; на фиг. 6 — теплоизолирующая оболочка аккумулятора-охладителя.

Гелиовоздушная станция содержит тяговую трубу 1 (фиг. 1) с воздухозаборным устройством 2 в ее нижней части и установленным наверху побудителем тяги 3, расположенные внутри трубы 1 по ее высоте турбины 4 и закреплен снаружи фокусирующий коллектор-испаритель 5, пневматически связанный с полостью трубы 1.

Станция снабжена дополнительной турбиной 6 и двумя аккумуляторами-охладителями 7 и 8.

Воздухозаборное устройство 2 выполнено в виде окон 9 в трубе 1, расположенного в зоне последних и самоориентирующегося по ветру раструба 10 и подключенных к трубе

1 в нижней части воздуховодов 11, также имеющих на входе самоориентирующиеся раструбы 12.

Побудитель тяги 3 (фиг. 2) выполнен в виде вентиляционной трубы 13 с поворотным вытяжным насадком 14 в верхней части, 5

25 ритель 5 выполнен в виде заполненной водой кольцевой емкости, охватывающего ее аккумулятора тепла, линзы и зеркального экрана, имеющих форму полусфер. Турбины 4 связаны между собой гибким карданным валом 22. Зеркальный экран связан с валом 22.

На линзе закреплена труба 13. АО 7 закреплен на воздуховодах 11, а АО 8 — на трубе

1 над окнами. На АО 8 установлен зеркальный экран. Турбина 6 закреплена на трубе

13 и расположена снаружи у насадка 14.

Станция позволяет наиболее полно использовать солнечную и ветровую энергию при круглогодичной эксплуатации, противостоять ветровым нагрузкам за счет обтекаемой формы, обеспечивает стабильность работы.

6 ил. шарнирно опирающейся на тяговую трубу ° 1, и попарно скрепленных между собой линз

15 и зеркальных экранов 16 полусферической формы, закрепленных на вентиляционной трубе 13.

Фокусирующий коллектор-испаритель 5 (фиг. 3) выполнен в виде заполненной водой кольцевой емкости 17, охватывающего ее аккумулятора 18 тепла, а также линзы 19 и зеркального экрана 20, имеющих форму полусфер, состыкованных между собой по наклонной к горизонту плоскости 21 и поворотно закрепленных на тяговой трубе 1.

Турбины 4 при помощи гибкого карданного вала 22 связаны между собой.

Зеркальный экран 20 при помощи кинематического механизма 23 (фиг. 4) с инерционным и электрическим регуляторами оборотов связан с карданным валом 22.

На линзе 19 закреплена вентиляционная труба 13 (фиг. 3).

Аккумулятор-охладитель 7 закреплен на воздуховодах 11, аккумулятор-охладитель

8 — на тяговой трубе 1 над окнами, на нем при помощи подшипников 24 установлен зеркальный экран 20 коллектора-испарителя 5.

Дополнительная турбина 6 закреплена на вентиляционной трубе 1 и расположена снаружи у вытяжного насадка 14.

Аккумулятор-охладитель 7 заполнен льдом 25 и имеет пенопластовый изолятор 26.

Воздуховоды 11 имеют ребра 27 и снабжены шиберами 28.

Аккумулятор-охладитель 8 заполнен водой или водным раствором соли (CaCf,, KCE

1451335

КХОз и др.), растворяющейся с поглощением тепла, и выполнен шаровой формы в виде расположенных на хорде емкостей 29 (фиг. 5), соединенных между собой трубками 30 и отстоящих одна от другой с образованием воздушных каналов 31. Для обеспечения улучшенной теплоизоляции аккумулятор-охладитель 8 может быть снабжен поворотной оболочкой 32 (фиг. 1 и 6), выполненной из имеющего светоотражающее покрытие листового материала 33, например алюминия, фанеры, к которому при пгмощи планок 34 прикреплена армирующая сетка 35 с пенопластовым наполнителем 36 и поверхностным слоем 37 смолы, из которой изготовлен пенопластовый наполнитель 36.

На слой 37 напылена зеркальная эластичная пленка 38, например, из полиэтилена.

Линза 19 (фиг. 1 и 3) коллектора-испарителя 5 может быть отлита из пластика, оргстекла или выполнена в виде каркаса-сетки, в окна которой вставлены отдельные линзы.

Кольцевая емкость 17 при помощи трубок 39 сообщена с полостью трубы 1 на разных уровнях. Аккумулятор 18 тепла заполнен свинцом. Поглощающие поверхности коллектора-испарителя 5 и трубы 1 зачернены.

Между емкостью 17 и трубой 1 размещены подвижные обечайки 40 — 42. Верхняя обечайка 40 выполнена из теплопроводного материала, нижняя обечайка 41 — из теплоизолирующего материала, обечайка 42 служит их приводом и закреплена на экране 20, причем обечайки 40 и 41 скреплены между собой. На трубе 1 выполнен выступ, входящий в канавку обечаек 40 и 41 (не показан) и обеспечивающий их вертикальное перемещение.

На обечайках 41 и 42 выполнены косые винтовые срезы 43. Теплоизолирующая обечайка 41 в полдень размещена под емкостью 17, контактируя с ней. Угол ос наклона плоскости 21 коллектора-испарителя 5 к горизонту равен широте месторасположения станции.

Линза 19 подвешена на шаровом кольце

44, закрепленном на тяговой трубе 1.

Экран 20 имеет опоры 45, в которых закреплены подшипники 24.

Вентиляционная труба 13 (фиг. 2) в нижней части выполнена в виде конуса 46, который опирается подшипниками 47 также на шаровое кольцо 44. В месте перехода на конус 46 на вентиляционной трубе 13 закреплен диск 48 с конической зеркальной оболочкой 49. К диску 48 прикреплены опорные элементы 50.

Между нижней парой из линцы 15 и зеркального экрана 16 и диском 48 расположена дополнительная линза 51, фокус которой лежит в плоскости диска 48.

Размеры аккумулятора-охладителя 8 (фиг. 1), коллектора-испарителя 5 и пар

55 линз 15 и экранов 16 образуют сужающийся кверху контур станции.

Ориентация коллектора-испарителя 5 и вентиляционной трубы 13 с линзами 15 и экранами 16 происходит со скоростью вращения земли благодаря кинематическому механизму 23 (фиг. 4), выполненному в виде вала 52 отбора мощности, соединенного через редуктор 53 с карданным валом 22 турбин 4. Вал 52 через обгонную муфту 54 соединен с маховиком 55, который, в свою очередь, через обгонную муфту 56 подключен к червячному редуктору 57. Последний через вал 58 соединен с колесом 59, снабженным зубом 60, периодически входящим в зацепление с ведомой шестерней 61, прикрепленной к зеркальному экрану 20 коллектора-испарителя 5. Общий вал 62 червячного редуктора 57 подключен к электрическому регулятору оборотов, включающему электропривод 63 с редуктором 64 и обгонной муфтой

65, тормозной барабан 66 с установленной внутри него центробежной муфтой 67, под грузами 68 которой установлены клеммы 69 сети питания электропривода 63.

Передаточное число кинематического механизма 23 обеспечивает скорость вращения коллектора-испарителя 5 и вентиляционной трубы 13 со скоростью один оборот в сутки.

Маховик 55 с обгонными муфтами 54 и 56 представляет собой инерционный регулятор оборотов кинематического механизма 23.

Для уменьшения аэродинамического сопротивления и отвода потока воздуха и пара на лопатки турбин 4 последние снабжень каплеобразными обтекателями 70, образующими диффузор.

В качестве аккумулятора-охладителя 7 может быть использован грунт в зоне вечной мерзлоты, снег и лед в горной местности или речная вода. Станция также снабжена обгонной муфтой 71 и генератором (либо насосом) 72.

Гелиовоздушная станция работает следующим образом.

Солнечные лучи падают на линзу 19 коллектора-испарителя 5 (фиг. 1 и 3) и собираются на аккумулятор 18 тепла. При этом нагревается содержащийся в нем свинец, который может даже расплавиться. Происходит накопление тепла. Одновременно часть воды, находящаяся в емкости 17, превращается в пар. Нагревается и верхняя часть тяговой тру— бы 1, которая расположена в зоне коллектора-испарителя 5. Пар подается на разных уровнях, усиливает тягу, так как он легче воздуха. Скорость потока возрастает, этот эффект еще в большей степени усиливается в результате нагрева трубы 1, причем тепло, отпаженное трубой 1, возвращается экраном

20 и линзой 19 на аккумулятор 18 тепла. Газовый поток обтекателем 70 направляется

1451335

При этом образуется и восходящий наружный поток, энергия которого используется турбиной 6, последняя позволяет максимально преобразовать энергию выходящего потока из насадка 14 в механическую, причем часть неиспользованной энергии выходящего потока идет на усиление горизонтального и вертикального наружного потока воздуха.

Благодаря наличию кинематического механизма 23 ориентации коллектор-испаритель 5 и пары линз 15 с экранами 16 непрерывно поворачиваются на солнце, чем обеспечивается максимальное использование солнечного тепла. При этом вращается и обечайка 42, а обечайки 40 и 41 постепенно поднимаются из нижнего положения, в котором они находятся в полночь, в верхнее, которого они достигают в полдень. При этом теплопроводящая поверхность контакта между тяговой трубой 1 и емкостью 17 постепенно уменьшается, а после полудня увеличивается. При отсутствии солнца или в ночное время тепло, накопленное в аккумуляторе 18, через обечайку 40 передается тру бе 1 и используется для усиления тяги.

Для накопления холода в аккумулятореохладителе 8 открывается оболочка 32, и воздух, проходя через каналы 31, охлаждает емкости 29 и трубу 1 в результате поглощения тепла водным раствором соли в емкостях 29.

Одновременно можно вести накопление холода, пропуская наружный воздух через

5 на лопатки турбин 4 и вращает их. Вращение турбин 4 через карданный вал 22 и обгонную муфту 71 передается генератору (или насосу) 72. Создаваемая трубой 1 тяга увеличивается вследствие того, что нижняя часть тяговой трубы 1 охлаждается аккумулятором-охладителем 8 и в нее поступает воздух, предварительно охлажденный в аккумуляторе-охладителе 7. Все это способствует созданию наибольшей разницы в плотности воздуха в верхней и нижней частях тяговой трубы 1 и повышению скорости потока в ней. Этот эффект усиливается также тем, что над тяговой трубой 1 установлена вентиляционная труба 13, нагреваемая при помощи линз 15 и экранов 16. Дополни- 15 тельный на грев воздушного потока происходит благодаря линзе 51 и зеркальной оболочке 49 в месте стыковки труб 1 и 13. Одновременно раструбы 10 и 12 устанавливаются против ветра, который задувается в трубу 1, при этом скорость ветрового потока резко возрастает в результате того, что вытяжной насадок 14 также автоматически устанавливается по ветру.

Таким образом, раструбы 10 и 12 действуют как нагнетательные насосы, а вы- 25 тяжной насадок 14 — как отсасывающий насос. тяговую трубу 1. Если температура в аккумуляторе-охладителе 7 меньше, чем снаружи, закрывается шибер 28. При этом забор наружного воздуха для накопления холода ведется через раструб 10.

Коллектор-испаритель 5 и закрепленная на нем вентиляционная труба 13 вращаются со скоростью вращения Земли и постоянно ориентированы на Солнце, при этом вращение вала 22 передается через редуктор 53, обгонные муфты 54 и 56 и маховик 55, повышающий стабильность вращения и накапливающий энергию, на редуктор 57, колесо

59 с зубом 60 и шестерню 61, которая прикреплена к экрану 20 коллектора-испарителя

5. В случае снижения скорости центробежная муфта 67 включает электропривод 63, а при нормальных оборотах отключает его.

При увеличении оборотов сверх нормы центробежная муфта 67 тормозит вал 62, а маховик 55 продолжает накапливать энергию.

Таким образом, гелиовоздушная станция позволяет использовать не только солнечную и ветровую энергию, но энергию окружающего пространства за счет использования раз. ницы температуры воздуха внешней среды зимой и летом, днем и ночью.

Кроме того, может использоваться разница между температурой грунта и воздуха, между температурой воды рек, озер, моря или ледника и температурой воздуха над ними или над сушей. Одновременно используется разница температур между затененными или отражающими свет и тепло поверхностями станции.

Станция противостоит ветровым нагрузкам за счет своей обтекаемой формы, более надежна, эффективнее использует солнечную, ветровую и тепловую энергию окружающей среды, отличается более стабильной работой.

Формула изобретения

Гелиовоздушная станция, содержащая тяговую трубу с воздухозаборным устройством в ее нижней части и установленным наверху побудителем тяги, расположенные внутри трубы по ее высоте турбины и закрепленный снаружи фокусирующий коллектор-испаритель, пневматически связанный с полостью трубы, отличающаяся тем, что, с целью повышения единичной мощности и стабильности работы, станция снабжена дополнительной турбиной и двумя аккумуляторамиохладителями воздушного потока, воздухозаборное устройство выполнено в виде окон в трубе, расположенного в зоне последних и самоориентирующегося по ветру раструба и подключенных к трубе в нижней части воздуховодов, также имеющих на входе самоориентирующиеся раструбы, побудитель тя1451335

7 ги — в виде вентиляционной трубы с поворотным вытяжным насадком в верхней части, шарнирно опирающейся на тяговую трубу, и попарно скрепленных между собой линд и зеркальных экранов полусферической формы, закрепленных на вентиляционной трубе, а фокусирующий коллектор-испаритель — в виде заполненной водой кольцевой емкости, охватывающего ее аккумулятора тепла, а также линзы и зеркального экрана, имеющих форму полусфер, состыкованных между собой по наклонной к горизонту плоскости и поворотно закрепленных на тяговой трубе, причем турбины при помощи гибкого кар8 данного вала связаны между собой, а зеркальный экран коллектора-испарителя при помощи кинематического механизма с инерционным и электрическим регуляторами

5 оборотов связан с карданным валом, на линзе коллектора-испарителя закреплена вентиляционная труба, один из аккумуляторовохладителей — на воздуховодах, другой— на тяговой трубе над окнами и на последнем при помощи подшипников установлен зеркальный экран коллектора-испарителя, а дополнительная турбина закреплена на вентиляционной трубе и расположена снаружи у вытяжного насадка.

1451335

1451335

Составитель П. Шендерович

Редактор Л. Веселовская Техред И. Верес Корректор М. Самборская

3aказ 7051 29 Тираж 413 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — Зб, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4