АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ГЕЛИОСТАНЦИЯ Российский патент 1994 года по МПК F03G6/00 F24J2/42 

Изобретение относится к гелиотехнике в частности к аэродинамическим гелиостанциям, предназначенным для преобразования солнечной энергии в энергию ветра, а затем в механическую и электрическую.

Данная станция может быть использована для получения электрической энергии, данная установка является источником пресной воды (конденсата), потенциальная энергия которой может использоваться для вырабатывания электроэнергии на гидрогенераторе.

Известна ветроаэростатная установка башенного типа, установленная в зоне ветров. Установка содержит воздуховод на неподвижном основании, подпорно-вытяжную трубу и ветроколесо. Воздушные потоки через воздуховод попадают на лопасти рабочего колеса и выходят в подпорно-вытяжную трубу, создавая таким образом дополнительную подъемную силу, при этом одновременно конденсируется влага на холодных стенках воздуховода. Влага собирается в нижней части установки.

Недостатком данной установки является низкий КПД энергетической установки и слабая конденсация влаги.

Известна аэродинамическая гелиостанция, выбранная за прототип, в которой тяговая башня выполнена в виде каркаса и закрепленного на нем пленочного материала. У основания башни размещен пленочный прозрачный свод. В башне размещен турбогенератор и система водорода (коллектор, трубопроводы, сосуды).

Недостатком прототипа является сложная конструкция рефлекторных концентраторов, сложная тепловая система аккумуляции энергии, невысокий КПД установки.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение КПД станции.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что гелиостанция снабжена гидрогенератором, установленным у основания башни и связанным трубопроводами с емкостью для воды, и уловителем влаги, причем последние расположены в вершине башни.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что отличительными признаками предлагаемой гелиостанции является установка у основания башни гидрогенератора, связанного трубопроводами с емкостью для воды, а также уловителя влаги, выполненного в виде ребристого лабиринта и установленного над турбогенератором в вершине башни. Эти признаки соответствуют критерию "Существенные отличия".

На чертеже показана конструктивная схема аэродинамической гелиостанции.

Станция содержит тяговую башню 1 с воздухозаборниками 2 у основания. Стенки башни выполнены из теплоизоляционного материала.

В вершине башни установлен турбогенератор 3 для отбора мощности и поднимающегося по стволу башни потока воздуха. Над турбогенератором установлен уловитель влаги 4, выполненный в виде ребристого лабиринта и установленный под углом к вертикальной оси турбогенератора. Емкость 5 для сбора воды (конденсата), расположенная на вершине башни, связана системой трубопроводов 6 с гидрогенератором 7, размещенным у основания башни. У основания башни расположено пленочное оптически прозрачное покрытие 8.

Аэродинамическая гелиостанция работает следующим образом.

Солнечные лучи нагревают воздух под прозрачным покрытием 8. Нагретый воздух от периферии движется к воздухозаборникам 2 башни 1. Это движение вызвано естественной тягой, которая создается в башне за счет аэростатической подъемной силы. Под покрытием воздух, перемещаясь, вбирает в себя влагу. Атмосферный воздух даже в пустыни содержит 2-4% водяного пара.

Поднимаясь в башне, поток воздуха, кроме вертикальной составляющей скорости, за счет кореолисова ускорения приобретает окружную составляющую скорости. Соответствующий спрямляющий аппарат (не показан) турбины позволяет рационально использовать и эту составляющую скорости. Расширяясь на лопатках турбины, воздух охлаждается и тормозится, отдавая свою энергию турбогенератору 3, а далее в зоне ребристого лабиринта (холодильника) будет происходить интенсивная конденсация влаги, которая и наполнит емкость 5. Конденсат из емкости 5 по трубопроводам 6 высокого давления подается на гидрогенератор 7, давление которого соответствует давлению столба воды, которое определяется высотой башни. Потенциальная энергия конденсат отрабатывается на гидрогенераторе 7.

Изобретение позволяет упростить конструкцию гелиостанции и повысить ее КПД путем отбора мощности у воздушного потока, а затем энергия падающей воды на гидрогенераторе.

Расчеты показывают, что для строительства станции мощностью 10⁹ Вт при высоте башни 2000 м нужно иметь башню с площадью поперечного сечения 2,5х10⁴ м². Диаметр внутреннего канала башни при этом должен быть приблизительно 90 м. При конденсации 2% влаги из воздуха дебит конденсата равен 44х10³ кг/с. Коэффициент использования солнечной энергии такой станции может составить приблизительно 9% .

Сущность изобретения: для расширения функциональных возможностей станции за счет отбора мощности у воздушного потока, получения и сбора влаги, а затем энергии падающей воды на гидрогенераторе станция содержит тяговую башню 1 с воздухозаборниками 2. В вершине башни установлены турбогенератор 3 и уловитель влаги 4, а также емкость 5 для сбора воды (конденсата), связанная системой трубопроводов 6 с гидрогенератором 7, размещенным у основания башни. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ГЕЛИОСТАНЦИЯ, содержащая тяговую башню с воздухозаборниками у основания и турбогенератором в вершине и емкость для воды с трубопроводами, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, гелиостанция содержит размещенный у основания башни гидрогенератор, связанный трубопроводами с емкостью для воды, размещенную в вершине башни и снабженную уловителем влаги. 2. Гелиостанция по п. 1, отличающаяся тем, что уловитель влаги выполнен в виде ребристого лабиринта, установленного над турбогенератором с наклоном ребер в сторону емкости.