Вентиляционная шахта Советский патент 1989 года по МПК F24F7/02 F24J2/42 

З иде скрепленных между собой сек- ий 1 с зачерненной наружной поверх- йостью. На каждой секции установлены йонусы-поглотители (К-П) 2 излучения ct уменьшающейся к низу секции конус- Йости, В кажд.ой секции над верхним К-П 2 шарнирно закреплена полусфери-- веская линза 4. Фокусирующее зеркало 5 с тыльной поверхностью сферической ормы ориентировано встречно линзе 4 шарнирно закреплено под нижним К-П вместе с линзой 4 прилегающей ceic- йии. Водяной котел-приемник 7 излу- ения кольцевой формы закреплен на трубе внутри нижнего К-П 2 и имеет входной патрубок 8 и выходные пат144978а

рубки 9, вывел.енные внутрь трубы. Над котлом-приемником 7 закреплен электронагреватель 10, Прозрачная оболочка 3 эластично закреплена на линзе 4 и зеркале 5, Диаметр зеркала превышает диаметр линзы 4. Каплеобразная форма оболочки 3 уменьшает ветровы е нагрузки и вертикальные силы, обусловленные ветром и вертикальными вихрями. Шахта лучше защищена от ветровьо;; нагрузок и создает сильную и устойчивую вентиляцию, лзгчше использует для этого солнечную энергию и тепло окружающей среды. 1 з,п. ф-лы, 8 ил.

лы, обусловленные ветром и вертикальными вихрями. Шахта лучше защищена от ветровьо;; нагрузок и создает сильную и устойчивую вентиляцию, лзгчше использует для этого солнечную энергию и тепло окружающей среды. 1 з,п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение касается вентиляционных шахт, использующих солнечную энергию. Цель изобретения - увеличение тяги и повышение ее стабильности путем уменьшения теплопотерь, использования концентрированного потока излучения и улучшения теплопередачи. Тяговая труба выполнена в (Л с 4 4 О С .;

1

Изобретение относится к вентиля- 1|;ии, в частности к вентиляционным плахтам, использующим солнечнзпо энер- .

; Целью изобретения является увели- ение тяги и повьшение ее стабиль- ости путем уменьшения теплопотерь Использования концентрированного Потока излучения и улучшение тепло- г ередачи.

: На фиг,1 показана вентиляционная. ijiaxTa, разрез-, на фиг,2 - крепление онуса-поглотителя на секции тяговой фрубы вентиляционной шахты, на фиг.З - технологическая схема вентиляционной шахты; на фиг.4 - наклонно Положение- тяговой трубы шахтыg на фиг,5 - подсоединение нескольких яговых труб к шахте j на фиг, 6 - Крепление линзы на тяговой трубе на фиг.7 - схема расположения конусов- йоглотителей на тяговой трубе шахты, да фиг.8 - схема расположения конусо йоглотителвй на тяговой трубе шахты, вариант.

Вентиляционная шахта содержит тя- tOByro трубу, выполненную в виде (Скрепленных между собой секций 1 Сфиг,1) с зачерненной наружной поверхностью, установленные на каждой Секции 1 конусы-поглотители 2 излуче (1ия, с уменьшающейся к низу секции 1 Конусностью и прозрачную оболочку 3.

O

Шахта снабжена в каждой секции 1 тяговой трубы полусфери геской полой линзой 4, шарннрно закрепленной над верхним конусом-поглотителем 2 секции 1, встречно ориентированным линзе 4 фокусирующим зеркалом 5 с тыльной поверхностью 6 сферической формы, шарнирно закрепленным под нижним конусом-поглотителем 2 секции 1 вместе с линзой 4 прилежащей секции 1, водяным котлом-приемником 7 излучения кольцевой формы, закрепхшнным на трубе внутри нижнего конуса-поглотителя 2 и имеющим входной.патрубок 8 и выходные патрубки 9, введенные внутрь трубы, и электронагреватель 10, закрепленный над котлом-приемником 7, а оболочка 3 эластично закреплена на линзе 4 и зеркале 5, причем диаметр последнего превышает диаметр линзы 4.

Конусы-поглотители 2 (фиг.2) могут быть закреплены на секциях 1 трубы при помощи съемных теплоизолирующих 5 деталей в виде цилиндров 11 с кони- ческ.ой. законцовкой 12, Секции 1 трубы выполнены из теплопроводящего материала, а большее основание нижнего конуса-поглотителя 2 секции 1 лежит ниже плоскости 13 апертуры зеркала 5. Конусы-поглотители 2 имеют зачерненную поверхность как снаружи, так и изнутри и установлены на каждой секции 1 в количестве 5 штук.

0

0

Угол конусности 0( верхнего конуса- поглотителя 2 выполнен из расчета минимального улавливания тепла в день летнего солнцестояния и находится в пределах 15-60. В среднем угол с равен среднему угл,у возвьппения солнца в день летнего солнцестояния между 9 и 15 часами, что можно рассчитывать по упрощенной формуле

о( П20.1.Ь1.

h 90 -4 + ,

где h ЧS максимальный угол возвышения солнца , широта местности , склонение (о 23,5°7). Угол конусности у третьего сверх; конуса-поглотителя 2 выполнен с таким же расчетом, но для весеннего и осеннего равноденствия. Угол конусности р) второго сверху поглотителя имеет промежуточное значение между о( и .

Угол конусности а нижнего конуса- поглотителя 2 выполнен из расчета на максимальное поглощение при зимнем солнцестоянии, а угол W вышерасположенного конуса-поглотителя 2 равен среднему значению между и cJ

Можно выполнить углы о( , Л1 и OJ из расчета на максимальный угол возвышения солнца /в полдень) при летнем, .весеннем (осеннем равноденствии и зимнем солнцестоянии.

Указанные углы оС , -у и uJ выбраны так потому, что углы возвышения солца и узловые дни солнечного календаря, как правило, известны на всех метеостанциях и легко рассчитываются по формуле:

X 90 - h.

где X - искомый угол , h - высота стояния ризонтом.

солнца над гоsinh sin4 sin4 + cosif cosd- cos C,

где ei - широта местности, tf - склонение ( 0 23,5 ), - часовой угол. Кроме того, только при таком выполнении кокугон-поглотителей 2 (фиг.З) обести чмлается хорошее поглощение /светов -чиергии и тепла из

0

5

0

окружающей срелы при любом положен 1и солнца на нсбосподе. При этом в направлении сверху вниз увеличивается площадь поверхностей конусов-поглотителей 2, следовательно, и.количество лучей, поглощаемых ими, т.е. при таком исполнении повышается суммарная теплопоглотаемая способность нижних из них, на которые падают лучи низкого солнца. Только при таком исполнении достигается относи-, тельно стабильная работа вытяжной шахты, так.-как солнечное облучение, усиливаясь, переходит с большей поверхности на малую, а, уменьшаясь, - с малой на большую. При этом лучи, не поглощенные нижним конусом-поглотителем 2, отражаются большей частью на внутреннюю поверхность верхних конусов-поглотителей 2. Одновременно при таком исполнении солнце переходит постепенно с одного из них на другой. Зеркало 5 выполнено в виде 5 параболического или сферического элемента.

Каплеобразная форма оболочки 3 обеспечивает снижение отражения лучей, идущих снаружи, так как в среднем уменьшен наклон наружной поверхности к солнцу. Одновременно при этом увеличивается наклон внутренней поверхности к отраженным и непоглощенным лучам, что способствует их переотражению на конус-поглотитель 2 и трубу. Такая форма оболочки 3 позволяет применять поляризованную пленку, что резко повышает способность к улавливанию и концентрации солнечной энергии, снижению теплообмена с окружающей средой. Сферическая поверхность резко снижает удельную поверхность теплообмена и теплоотдачу.

В фокусе зеркала 5 установлен котел-приемник 7. Подача пара усиливает газовый поток в трубе, увеличивает вентилирующую способность ее, так как пар воды в 1,65 раз легче воздуха. Кроме того, пар повьш1ает температуру потока в трубе. Одновременно он служит своеобразным накопителем тепла, поддерживаюшим стабильность вентиляции.

Благодаря расположению котла-приемника 7 в фокусе зеркала 5 солнечная и электрическая энергия используется максимально. Так уменьшается отдача тепла в окружаюиото среду. С этой

0

40

46

50

55

Гжелью котел-приемник 7 и электронаг- 1|еватель 10 расположены непосредстЗенно на трубе внутри нижнего кону- а-поглотителя 2, С этой же целью Плоскость 13 сферического зеркала 5 1 асположена выше большего основания Нижнего конуса-поглотителя 2, т.е. как бы находится в полости сфе- IJHMecKoro зеркала 5, что резко нижает теплообмен и потери тепла :отлом-приемником 7, злектровагре- ателем 10, трубой и конусом-погло- ителем 2. Такая форма зеркала 5 и акое расположение нижнего конуса- гюглотителя 2 важно и потому, что г:ри наклонении трубы (фиг.А) фокус- :6е пространство или пятно концентри- ованных лучей почти всегда находится

цилиндр 11 крепится на трубе с пом щью проточки 17 в ней и хомута 18. При этом теплоизоляционная пориста

g прокладка 19 (например, поролон) з реплены с внутренней стороны резин вого цилиндра 11.

Шаровое кольцо 15 (фиг.6) может быть цельным или разъемным и крепи

10 ся с помощью обруча или винтов 20. Для того, чтобы шарнирно закрепить линзу 4 (или зеркало 5) на шаровом кольце 15 и предотвратить их соска кивание с него под действием ветра

15 к ним с нижней поверхности прикреп лены с помощью винтов съемные упор 21. Расстояние между верхними осно ваниями соседних конусов-поглотител 2 вьгаолнено следующим: нижний преполости или на внутренней поверх- 20 дел его равен произведению радиуса :ости этого конуса-поглотителя 2.

Для того, чтобы облегчить монтаж, повысить транспортабельность, усилить кентилирующую способность за счет под- (юединения нескольких труб к одной 25 пахте (фиг.5), все элементы, а имен- конусы-поглотители 2, линза 4, еркало 5, установлены на трубе фарнирно и выполнены самоустанавли- ающимися относительно солнца и го- 30 1|изонта, т.е. при любом отклонении 4рубы от вертикали указанные элементы Занимают правильное положение, угол { аклона их оси не меняется. С этой

(г) конусов-поглотителей 2 на кота генсе угла конусности вышестоящего конуса-поглотителя 2, т.е. в этом случае верхнее основание нижнего к нуса-поглотителя 2 стоит на уровне нижнего основания верхнего -конуса- поглотителя 2 (фиг.7). При таком р положении в определенные часы (осо бенно в полдень летнего солнцестоя ния) узкая верхняя часть конусов- поглотителей 2 будет затеняться.

Однако при таком расположении т ба будет более компактной, а затеняется незначительная площадь кону сов-поглотителей 2. При большем их сближении ухудшается теплопоглощаю щее действие, так как увеличиваетс затененность, т.е. тень уже будет падать на довольно широкую часть к нусов-поглотителей 2.

1|;елью для получения эффекта ваньки- йстаньки все конусы-поглотители 2,, Линза 4.и зерк-ало 5 утолщёны внизу, Причем к зеркалу 5 подвещена линза; 4 нижележащей секции 1 (фиг.1 и 4).

Чтобы обеспечить снижение тепло- Обмена и повысить надежность оболочки 3, она прикреплена-К зеркалу 5 и линзе 4 эластичными элементами 14„

Каплеобразная форма наружного ограждения, образованного оболочкой 3, Зеркалом 5 и линзой 4, снижает ветровые нагрузки, особенно при наклонении, трубы, т.е. такая форма обес- Печивает возможность подсоединения Нескольких устройств к одной точке фиг.5).

Для надежности линза 4 и зеркало 3 закреплены на трубе с помощью жесткого съемного щарового кольца 15 (фиг.1, 2, 6).

Цилиндр 11 выполнен из резины и закреплен на конусе-поглотителе 2 ct помощью винтов 16 (фиг.2). Для ускорения монтажа и демонтажа резиновы

цилиндр 11 крепится на трубе с помощью проточки 17 в ней и хомута 18. При этом теплоизоляционная пористая

прокладка 19 (например, поролон) закреплены с внутренней стороны резинового цилиндра 11.

Шаровое кольцо 15 (фиг.6) может быть цельным или разъемным и крепится с помощью обруча или винтов 20. Для того, чтобы шарнирно закрепить линзу 4 (или зеркало 5) на шаровом кольце 15 и предотвратить их соскакивание с него под действием ветра,

к ним с нижней поверхности прикреплены с помощью винтов съемные упоры 21. Расстояние между верхними основаниями соседних конусов-поглотителей 2 вьгаолнено следующим: нижний предел его равен произведению радиуса

(г) конусов-поглотителей 2 на котангенсе угла конусности вышестоящего конуса-поглотителя 2, т.е. в этом случае верхнее основание нижнего конуса-поглотителя 2 стоит на уровне нижнего основания верхнего -конуса- поглотителя 2 (фиг.7). При таком расположении в определенные часы (особенно в полдень летнего солнцестояния) узкая верхняя часть конусов- поглотителей 2 будет затеняться.

Однако при таком расположении труба будет более компактной, а затеняется незначительная площадь конусов-поглотителей 2. При большем их сближении ухудшается теплопоглощаю- щее действие, так как увеличивается затененность, т.е. тень уже будет падать на довольно широкую часть конусов-поглотителей 2.

Верхний предел расстояний между соседними конусами-поглотителями 2

равен нижнему пределу плюс величина а, которая равна произведению радиуса конусов-поглотителей 2 и тангенса угла конусности верхнего, конуса-поглотителя 2. Верхний предел (X

равен возвьщ1ению солнца над горизонтом. При летнем солнцестоянии (в северном полушарии 22.IV, в южном 22.12) а rtg of (фиг.8). В этом случае никакого затенения конусапоглотителя 2 друг другом даже при максимальном возвышении солнца над горизонтом не будете Поэтому в дальнейшем увеличении расстояний межд.у ними нет необходимости.

При таком выполнении устройства достигаются максимальные его транспортабельность и удобство в монта- же и демонтаже. Например, для пере возки устройства на другое место сперва снимается оболочка 3, затем снимается линза 4, на которую устанавливается предварительно снятый верхний конус-поглотитель 2, затем друг на друга нанизываются все конусы-поглотители 2, затем на конус- поглотитель 2 верхней секции 1 устанавливается линза 4 нижележащей секции 1 и т.д. Шаровые кольца 15 и оболочка 3 размещаются или в трубах или в полостях линзы 4.

Зеркала накладываются друг на друга. Для удобства перевозки при складировании все собранные компактно элементы устройства, т.е. зеркала 5, линзы 4, конусы-поглотители 2, могут быть нанизаны на трубу одной из секций 1 и зафиксированы с помсилью шаровых колец 15.

Вентиляционная шахта работает следующим образом.

В утренние часы при.горизонтальном направлении лучи собираются линзой 4 на верхний конус-поглотитель 2 (фиг.1) и трубу, причем на нижние конусы-поглотители 2 лучи падают почти перпендикулярно. Лучи благодар оболочке 3 проходят через нее почти не отралсаясь. В то-же время благодаря такой форме внутренняя поверхност оболочки 3 наклонена к лучам, не попавшим на конус-поглотитель 2 и трубу.- Это обуславливает усилие отражения- этих лучей внутренней поверхностью оболочки 3 на конусы-поглотители 2. Этот эффект увеличивается при применении поляризованной пленки. Лучи, попавшие на верхнюю поверхность нижерасположенного конуса-поглотителя 2,поглощаются, нагревая ее, воздух и трубу, т.е. лучи, которые не поглотились, отражаются на нижнюю поверхность вышерасположенного конуса-пог

лотителя 2. Благодаря этому обеспечи-50 конусов-поглотителей 2 к трубе.

вается наиболее полное, использование солнечной энергии и.тепла окружающей среды, причем конусы-поглотители 2 даже без пленки уменьшают тепловой обмен трубы с окружающей средой.

При увеличении высоты солнца все больше освещается верхняя поверхность сначала нижних, а затем вышестоящих конусов-поглотителей.2. При этом

449780,8

часть лучей падает на сферическое зеркало 5, которое фокусирует их на

кател-приемник 7 или нижний конус- поглотитель 2.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Котел-приемник 7 нагревается, и пар попадает в трубу. Поскольку пар легче воздуха, то усиливается скорость газового потока в трубе. Поскольку котел-приемник 7 расположен на поверхности трубы, то при отсутст-; ВИИ прямых солнечных лучей тепло он отдает трубе, тем самым повышая стабильность г..ентиляции.

В случае необходимости включается электронагреватель 10, который нагревает котел-приемник 7 и трубу, причем почти все тепло от электронагревателя 10 благодаря расположению его непосредственно на трубе под нижним конусом-поглотителем 2 и в фокусе зеркала 5 используется на усиление тяги, т.е. тепло расходуется очень экономно.

Максимум солнечного облучения по мере восхождения солнца перемещается с нижнего конуса-поглотителя 2 на верхние. После полуденных часов все происходит в обратном порядке. При этом верхняя поверхность нижнего поглотителя 2 наибольшее количество солнечных лучей поглощает в полуденные часы при зимнем солнцестоянии, следующий конус-поглотитель 2 - между зимним солнцестоянием и осенним или весенним равноденствием, далее максимально поглощаются солнечные лучи в полуденные часы при равнояенствии, затем между равноденствием и летним солнцестоянием и наилучшим образом освещается в полуденные часы при летнем солнцестоянии. Таким образом, солнце как бы постепенно переходит с одного конуса-поглотителя 2 на другой, причем отраженные лучи от их верхних поверхностей или зеркала 5 падают на нижние поверхности вышестоящих конусов-поглотителей 2, а также на трубу. Тепло передается от

нагревая воздух в ней, усиливая вентиляцию. При наклонении трубы (фиг.4) теплоулавливающие элементы под действием силы тяжести самоориентируются относительно горизонта и солнца.

Таким образом, элементы шахты действуют как ловушка солнечных лучей и тепла.

Г2Фиг. 2.

-1

фиг. 3

Фиг4

Фиг, 5

21

фие. 7

Фие.8