Гелиовоздушная станция Советский патент 1989 года по МПК F03G7/02 F24J2/42 

1

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к гелиовоздущным станциям.

Целью изобретения является повыщение 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 коллектора- испарителя 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.

щарнирно 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 подщипников 24 установлен зеркальный экран 20 коллектора-испарите

ля 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 щиберами 28.

Аккумулятор-охладитель 8 заполнен водой или водным раствором соли (CaCF,, KCF,

KNOa 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 помощи планок 34 прикреплена армирующая сетка 35 с пенопластовым наполнителем 35 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) кол лектора-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 кол- Лектора-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 «л наклона плоскости 21 коллектора-испарителя 5 к горизонту равен щироте месторасположения станции.

Линза 19 подвещена на щаровом кольце 44, закрепленном на тяговой трубе 1.

Экран 20 имеет опоры 45, в которых закреплены подщипники 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

5

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 зацеп/и5 ние с в.едомой шестерней 61, прикрепленной к зеркальному экрану 20 коллектора-испарителя 5. Общий вал 62 червячного редуктора 57 подключен к электрическо.му регулятору оборотов, включающему электропри0 вод 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

0 оборотов кинематического механизма 23. Для уменьшения аэродинамического сопротивления и отвода потока воздуха и пара на лопатки турбин 4 последние снабжены каплеобразными обтекателями. 70, образующими диффузор.

5 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 7Г 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

5 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 тру0 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

5 результате нагрева трубы 1, причем тепло, отоаженное трубой 1, возвращается экраном 20 и линзой 19 на аккумулятор 18 тепла. Газовый поток обтекателем 70 направляется

0

на лопатки турбин 4 и вращает их. Вращение турбин 4 через карданный вал Т1 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 способсттяговую трубу 1. Если температура в аккумуляторе-охладителе 7 меньще, чем снаружи, закрывается щибер 28. При этом забор наружного воздуха для накопления холода ве- с дется 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 вращеву т создани ю н ибольшей разницы в плот- ние вала 22 передается через редуктор 53, об- ности воздуха в верхней и нижней частях гонные муфты 54 и 56 и маховик 55, повы- тяговой трубы 1 и повыщению скорости по-шающий стабильность вращения и накаптока в ней Этот эффект усиливается также ливающий энергию, на редуктор 57, колесо тем что над тяговой трубой 1 установле- 59 с зубом 60 и щестерню 61, которая при- на вентиляционная труба 13, нагреваемая креплена к экрану 20 коллектора-испарителя при помощи линз 15 и экранов 16. Дополни- 15 5. В случае унижения скорости центробе к- тельный нагрев воздушного потока Г1роис- ходит 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.

При этом образуется и восходящий наружный поток, энергия которого используная 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, гелиовоздущная станция позволяет использовать не только солнечную и ветровую энергию, но энергию окружающего пространства за счет использования разницы температуры воздуха внещней среды зимой и летом, днем и ночью.

ется 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

Кроме того, может использоваться разница между температурой грунта и воздуха, между температурой воды рек, озер, моря или ледника и температурой воздуха над 30 ними или над сушей. Одновременно используется разница температур между затененными или отражающими свет и тепло поверхностями станции.

Станция противостоит ветровым нагруз- 35 кам за счет своей обтекаемой формы, более надежна, эффективнее использует солнечную, ветровую и тепловую энергию окружающей среды, отличается более стабильной работой.

40

Формула изобретения

постепенно уменьшается, а после полудня увеличивается. При отсутствии солнца или в ночное время тепло, накопленное в аккумуГелиовоздущная станция,содержащая тяговую трубу с воздухозаборным устройством в ее нижней части и установленным наверху

эт ом теплопроводящая поверхность контак- 45 побудителем тяги, расположенные внутри та между тяговой трубой 1 и емкостью 17 трубы по ее высоте турбины и закрепленный

снаружи фокусирующий коллектор-испаритель, пневматически связанный с полостью

в ночное время тепли, налип.шппис о r. трубы, отличающаяся тем, что, с целью по- ляторе 18 через обечайку 40 передается тру- .. вышения единичной мощности и стаоиль- бе 1 и используется для усиления тяги. ности работы, станция снабжена дополниДля накопления холода в аккумуляторе- тельной турбиной и двумя аккумуляторами- охладителе 8 открывается оболочка 32, и охладителями воздушного потока, воздухо- воздух проходя через каналы 31, охлаж- заборное устройство выполнено в виде окон дает емкости 29 и трубу 1 в результате по- в трубе, расположенного в зоне последних и г-ющения тепла водным раствором соли в 55 самоориентирующегося по ветру раструоа емкостях 29 подключенных к трубе в нижней части возОдновременно можно вести накопление духоводов, также имеющих на входе самохолода пропуская наружный воздух через ориентирующиеся раструбы, побудитель тятяговую трубу 1. Если температура в аккумуляторе-охладителе 7 меньще, чем снаружи, закрывается щибер 28. При этом забор наружного воздуха для накопления холода ве- дется 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, об- гонные муфты 54 и 56 и маховик 55, повы- шающий стабильность вращения и накапливающий энергию, на редуктор 57, колесо 59 с зубом 60 и щестерню 61, которая при- креплена к экрану 20 коллектора-испарителя 5. В случае унижения скорости центробе к-

ная 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, гелиовоздущная станция позволяет использовать не только солнечную и ветровую энергию, но энергию окружающего пространства за счет использования разницы температуры воздуха внещней 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 нагруз- кам за счет своей обтекаемой формы, более надежна, эффективнее использует солнечную, ветровую и тепловую энергию окружающей среды, отличается более стабильной работой.

40

Формула изобретения

ги - в виде вентиляционной трубы с поворотным вытяжным насадком в верхней части, шарнирно опирающейся на тяговую трубу, и попарно скрепленных между собой линз 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, имею- щку- форму полусфер, состыкованных между собой по наклонной к горизонту плоскости и поворотно закрепленных на тяговой трубе, причем турбины при помощи гибкого кар

данного вала связаны между собой, а зеркальный экран коллектора-испарителя при помощи кинематического механизма с инерционным и электрическим регуляторами оборотов связан с карданным валом, на линзе коллектора-испарителя закреплена вентиляционная труба, один из аккумуляторов- охладителей - 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.

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

/V

/

Фие.2

51

23

fpi/г.

59 60 .

df

7 / fi)

/ S - V

2 31 V2

29

//

50

1

X

Фае. J

Фие.6