Энергоустановка Советский патент 1982 года по МПК F24J3/02 

(54) ЭНЕРГОУСТАНОВКА

1

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к энергоустановкам, использующим одновременно концентрированное солнечное излучение и энергию ветра и преобразующим их соответственно в тепло и электроэнергию.

Известна энергоустановка, содержащая концентратор солнечной энергии в виде ветроколеса с лопастями, приемник солнечной энергии, приводьг азимутально-зенитального слежения за Солнцем и электрогенератор, вал которого кинематически связан с валом ветроколеса. В этой энергоустановке обод параболоидного концентратора снабжен лопастями, обеспечивающими вращение концентратора вокруг оптической оси при воздействии ветрового потока. Вращение концентратора используется для выработки электроэнергии и очистки отра жательной поверхности от пыли 1.

Однако эффективность использования энергии ветра, пропорциональная, как известно, площади сечения воздушного потока, захваченного лопастями, в известной энергоустановке мала, поскольку площадь непосредственно концентратора не используется.

Цель изобретения - повыщение КПД при сохранении габаритов энергоустановки.

Поставленная цель достигается тем, что энергоустановка снабжена дополнительными приемниками солнечной энергии, а лопасти выполнены из фрагментарных частей симметричных криволинейных зеркал с параллельно расположенными оптическими осями, и приемники солнечной энергии установлены в фокусе зеркал и жестко связаны с валом ветроколеса.

10

На фиг. 1 показана-схема энергоустановки в режиме, преобразования энергии Солнца и ветра; на фиг. 2 - варкант выполнения ветроколеса с двумя лопастями, вид по оси ветроколеса; на фиг. 3 - то же, с тремя лопастями; на фиг. 4 - то же, с

15 четырьмя лопастями; на фиг. 5 - то же, с пятью лопастями; на фиг. 6 - схема энергоустановки с горизонтально расположенной осью ветроколеса в режиме преобразоВ.ЗНИЯ энергии ветра.

20

Энергоустановка содержит концентратор 1 (фиг. 1) солнечной энергии в виде ветроколеса с лопастями 2, приемник 3 солнечной энергии, приводы азимутальлого 4 и зентального 5 слежения за О лнцем и электрогенератор 6, вал 7 которого кинематически связан с валом 8 ветроколеса. Энергоустановка снабжена дополнительными приемниками 9 солнечной энергии, а лопасти 2 выполнены из фрагментарных частей симметричных криволинейных зеркал 10 с параллельно расположенными оптическими осями. Приемники 3 и 9 солнечной энергии установлены в фокусе зеркал 10 и жестко связаны с валом 8 ветроколеса. Приемники 3 и 9 прикреплены к валу 8 на кронштейнах 11 через разъемы 12. Вал 8 через опоры 13 вращения, например, подшипники, частично введен в кожух 14, снабженный фиксатором 15, например стопорным винтом, предназначенным для остановки или растормаживания вращения вала 8 с лопастями 2. При этом кожух 14 жестко связан со статором 16, а вал 8, преимущественно через редуктор (не показан), соединен с ротором 17 электрогенератора 6. С внешней стороны к боковой поверхности кожуха 14, под у глом к нему, жестко прикреплен дополнительный вал 18, соединенный со следящим приводом 4 азимутального слежения через редуктор 19 и введенный через опоры 13 в свой наклонный кожух 20, снабженный фиксатором 21. С внешней стороны в верхней части к кожуху 20 прикреплен шарнир 22, а в нижней части кожух 20 жестко соединен с отогнутым концом опорного вала 23. Нижняя вертикальная часть вала 23 заведена через опоры 13 в опорный кожух 24, снабженный фиксатором 25. На отогнутом участке вала 23 укреплен шарнир 26. Шарниры 22 и 26 соединены разрезным стержнем 27 регулируемой длины, для чего смежные концы резрезного стержня 27 снабжены, например, встречной, соответственно правой и левой, резьбой и соединены винтовой обоймой 28, соединенной с рукояткой 29 вращения. Разрезной стержень 27 с обоймой 28, выполняют функции привода 5 зентального слежения и предназначены для изменения угла наклона вала 8 в диапазоне изменений склонения солнца в годичном цикле. Для определения промежуточных углов наклона вала 8, стержень 27 снабжен жестко . связанным с ним стрелочным указателем 30, а обойма 28, соответственно, известным индикатором 31 склонений солнца, отградуированным в угловых градусах и временных интервалах годичного цикла. Кожух 24 снабжен внизу опорной плитой 32 и может быть раскреплен растяжками 33. Для улучшения аэродинамических качеств энергоустановки, концентратор в центральной части снабжен обтекателем 34, а электрогенератор 6 может быть снабжен защитным обтекателем 35. Энергоустановка выполнена из обычных материалов, применяемых в гелиоустановках и ветряках, включая металлы, легкие сплавы, пластмассы. Так, лопасти 2 могут быть выполнены из алюминиевых сплавов, например штампованием листов или тонких пластин, и покрыты с вогнутой стороны отражательным слоем металлизированной пленки из поликарбоната или других пластиков, стойких к температурным и радиационным воздействиям, либо облицованы зеркальными пластинами на основе силикатного стекла. Валы 8, 18 и 23, кронштейны И, разъемы 12, кожухи 14, 20 и 24, опорную плиту 32, обтекатели 34 и 35 выполняют из алюминиевых, титановых сплавов либо облегченных стальных трубчатых или профильных элементов. При этом кожухи, обтекатели и лопасти могут быть выполнены из металлопластов, армированных пластиков или иных эффективных композитных материалов. При, отсутствии солнечных лучей 36 энергоустановку .переводят в п.оложение с горизонтальным расположением вала 8 (фиг. 6) ветроколе са. В этом случае, ветровой поток наиболее эффективно воздействует на энергоустановку. Энергоустановка работает следующим образом. В режиме слежения за Солнцем вал 8 (фиг. 1) ориентирован на Солнце параллельно солнечным лучам 36. Регулировкой длины разрезного стержня 27, производимой вращением винтовой обоймы 28 с помощью рукоятки 29, вал 8 наклонен под углом, обеспечивающим его вращение в плоскости эклиптики при данном склонении Солнца. Это достигают установкой стрелочного указателя 30 относительно шкал индикатора 31 В положение, соответствующее требуемой дате или угловой величине склонения Солнца в конкретный день или другой более протяженный отрезок года, например неделю или декаду, в зависимости от цены деления и точности шкал индикатора 31. Фиксаторами 15 и 25 соответственно заторможены валы 8 и 23. Фиксатор 21 поставлен в нейтральное положение, вал 18 расторможен. При этом привод 4 азимутального слежения через редуктор 19 обеспечивает медленное вращение .вала 18 и, фиксированно соединенного с ним через кожух 14, вала 8, концентратора с отражательными поверхностями лопастей 2, обращенными к солнечным лучам 36. Лучи 36, отражаясь от лопастей 2, концентрируются на приемниках 3 и 9 солнечной энергии. Приемники 3 и 9 выполнены съемными, укреплены в разъемах 12 и могут быть снабжены термоэлектрическими или иными энергопреобразователями известного типа, например высокотемпературными плавильными агрегатами, кассетами для исследования ускоренного старения материалов, обработки семян концентрированной солнечной энергией и, при необходимости, могут быть легко заменены. В периоды, когда отсутствует прямая солнечная радиация, но есть ветер, энергоустановка работает в режиме ветряка. Для этого вала 8 (фиг. 6) переводят в горизонтальное положение. После чего, фиксатором 21 Вал 18 Затормаживают, фиксаторы 15 и 25 переводят в нейтральное поло-жение, обеспечивая свободное вращение вала 8 относительно кожуха 14, и вала 23 относительнее вертикального кожуха 24. При воздействии ветрового потока, вал 8 с системой жестко прикреплённых к нему лопастей 2 автоматически разворачивается навстречу ветру, т.е. в положение наиболее выгодное для отбора энергии ветра. Это достигается за счет расположения лопастей за осью опоры вращения, совпадающей с осью вертикального вала 23. При этом струи ветра, сбегая с лопастей 2, приводят во вращение вал 8 и ротор 17 электрогенератора 6, который через контакты известного типа передает вырабатываемую энергию потребителю или в аккумулятор.

При благоприятном стечении обстоятельств, а именно, при одновременном наличии прямой солнечной радиации и ветра приблизительно того же азимутального направления возможен комбинированный режим работы энергоустановки, как гелиоустановки и как ветряка. Для этого установка настроена в положение, соответствующее первому режиму, ориентирована на солнце и дополнительно расторможен вал 8 переводом фиксатора 15 в нейтральное положение. Выполнение концентратора 1 энергоустановки в виде лопастей 2 ветроколеса повыщает эффективность использования энергии ветра, за счет увеличения площади ветроколеса, и улучщает очистку отражательной поверхности, благодаря выполнению лопастей 2 в виде фрагментарных частей, криволинейных зеркал 10, непосредственно обдуваемых ветровым потоком, что, в свою очередь, увеличивает количество собираемой солнечной энергии.

10

Формула изобретения

Энергоустановка, содержащая концентратор солнечной энергии в виде ветроколеса с лопастями, приемник солнечной энергии, приводы азимутально-зенитального слежения за Солнцем и электрогенератор, вал которого кинематически связан с валом ветроколеса, отличающаяся тем, что, с целью повыщения КПД энергоустановка снабжена дополнительными приемниками солнечной энергии, а лопасти выполнены из фрагментарных частей симметричных криволинейных зеркал с параллельно расположенными оптическими осями, и приемники солнечной энергии установлены в фокусе зеркал и жестко связаны с валом ветроколеса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 4034735, кл. 126-270, опублик. 1977.

Фиг. /