Ветрогелиоэнергетическая установка конденсатная

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Лаврентьев Николай Алексеевич(72) Авторы Лаврентьев Николай Алексеевич Лаврентьева Юлия Николаевна(73) Патентообладатель Лаврентьев Николай Алексеевич(56) Шибалова А.М. и др. О роли нетрадиционных возобновляемых энергоисточников в развитии энергетики. Обз. инф. Серия 44.09. Энергоресурсы. Вып. 1, Ветроэнергетика. - Минск БелНИИНТИ, 1991. - С. 52-53.4390 1, 2002.3602 1, 2000.1134771 , 1985.4471617 , 1984.2532365 1, 1984.2261705 , 1993.(57) 1. Ветрогелиоэнергетическая установка конденсатная, содержащая ветроэнергетическую установку с вертикальным ветроротором, крыльчатые ветроколеса которого связаны по вертикали лопастями геликоидально желобчатого исполнения, а через приводной вал с редуктором-мультипликатором и электрогенератором, шатровый концентратор и пространственный концентратор, объединенные сверху и снизу обечайками по внутреннему периметру ветроприемных экранов, отличающаяся тем, что ветроэнергетическая установка расположена на усеченной пирамидальной опоре с энергоприемными гранями на 9580 1 2007.08.30 солнечной стороне и теплоизолированными гранями с теневой стороны под энергоприемными гранями выполнен воздуховод с опорным энергоаккумулятором, под которым вдоль фундамента от теневой стороны к воздуховоду подведена проточная полость воздуховод в верхней части под шатровым концентратором выполнен с воздухозаборником,разделенным с воздуховодом перегородкой от наружной стороны энергоприемных граней воздухозаборник и воздуховод выполнены сходящимися под нижней обечайкой и ветроротором, в усеченной пирамидальной опоре между теплоизолирующей гранью и опорным энергоаккумулятором расположена холодильная установка с воздуховодами,при этом опорный энергоаккумулятор выполнен с теплоизоляцией над проточной полостью и со стороны холодильной установки, под которой в фундаменте ниже проточной полости выполнена связанная с системой водоснабжения емкость для сбора конденсата. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что на усеченной пирамидальной опоре в прилегающей к фундаменту части на солнечной стороне выполнен теплоприемный навес,под которым выполнен фундаментный энергоаккумулятор, а с теневой стороны над проточной полостью выполнен теплоизолирующий навес, примыкающий к теплоизолирующим граням. 3. Установка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что опорный энергоаккумулятор выполнен в виде водонапорной емкости для горячего теплоснабжения. Изобретение относится к механике в области конструирования ветроэнергетических установок и может быть использовано в различных областях хозяйственной деятельности. Известны конструкции ветроэнергетических установок, содержащих воронкообразный конусный концентратор с формирователями вихря на выходе из воронки при входе в трубу, надстроенную над вершиной конуса, и установленные в зоне вихря крыльчатые ветроколеса вертикальной оси вращения, связанной с редуктором-мультипликатором и генератором 3, 4, 5. Известны также ветроэнергетическое устройство, содержащее крыльчатые ветроколеса, к крыльям которых прикреплены геликоидальные желобчатые вихреобразующие лопасти 7, образующие цилиндроид вращения, и ветроэнергетическое устройство, содержащее составленный на опоре в вертикальный ряд комплект диафрагменных ветророторов, так называемых роторов Савониуса, связанных с редуктором-мультипликатором и генератором 8 определен оптимальный угол установки экрана, направляющего ветровой поток на диафрагмы ротора Савониуса 1, стр. 38 2. Ближайшим техническим решением, принятым в качестве прототипа, является ветроэнергетическая установка, называемая башней Йена 1, стр. 52-53, содержащая шатровый конусообразный концентратор, в раструбе которого установлены крыльчатые ветроколеса вертикальной оси вращения, связанные с редуктором-мультипликатором и генератором, а над раструбом соосно крыльчатым ветроколесам установлен пространственный концентратор в виде цилиндроида с вертикальными щелевыми проемами и экранами. Достоинство известного устройства заключается в достаточно высоком значении коэффициента использования энергии ветрового потока, воздействующего на ометаемую поверхность, включая шатровый и пространственный концентраторы. Недостатки известной конструкции связаны с непропорционально развитыми габаритами ветроэнергетической установки, вынуждающими исключать из хозяйственного оборота значительные земельные территории, и экономически неоправданными затратами на чрезвычайно материалоемкое строительство. Эти отрицательные факторы привели к отказу от массового использования как прототипа, так и аналогичных ветроэнергетических устройств башенного или трубчатого типа с встроенными в раструб шатрового конусообразного концентратора крыльчатыми ветроколесами вертикальной оси вращения. Кроме того, общим недостатком, включая избранный прототип, является отсутствие работы ветроэнергетической установки при отсутствии ветра. Более того, ни один из перечисленных 2 9580 1 2007.08.30 прототипов не использует известный прием повышения мощности набегающего ветрового горизонтального или вертикального потока путем повышения плотности воздуха за счет увеличения влажности возле водных массивов с высокой концентрацией конденсатных паров 1, например широко распространенные в мире ветроэнергетические установки морского базирования на берегу моря или на прибрежном шельфе. Показатели мощностиветроэнергетических установок зависят от скорости воздействия на ветродвигатель воздушных потоков и от плотности воздушных масс (1, 2), кВт,где- расчетная удельная мощность ветрового потока по градациям ветра , Вт/м 2,,100- удельная мощность ветрового потока в градации ветра , Вт/м 2 в 2 ,2 где в - плотность воздуха при 20 С, 760 мм.рт.ст.1,226 кг/м 3, зависящая от насыщенности влагой воздушного массива, т.е. влажности- скорость ветра в градациях (штиль 0 1, 2, 3 и т.д.), м/с- распределение ветра по градациям,- площадь ометаемой ветроколесом поверхности ветрового потока, принимаемая из технических данных ветроэнергетической установки или расчетная, м 2. В основу изобретения положена задача повышения производительности ветроэнергетической установки. Поставленная задача решается за счет того, что ветрогелиоэнергетическая установка конденсатная содержит ветроэнергетическую установку с вертикальным ветроротором,крыльчатые ветроколеса которого связаны по вертикали лопастями геликоидально желобчатого исполнения, а через приводной вал - с редуктором-мультипликатором и электрогенератором, шатровый концентратор и пространственный концентратор, объединенные сверху и снизу обечайками по внутреннему периметру ветроприемных экранов. Ветроэнергетическая установка расположена на усеченной пирамидальной опоре с энергоприемными гранями на солнечной стороне и теплоизолированными гранями с теневой стороны выполнен воздуховод с опорным энергоаккумулятором, под которым вдоль фундамента от теневой стороны к воздуховоду подведена проточная полость. Воздуховод в верхней части под шатровым концентратором выполнен с воздухозаборником, разделенным с воздуховодом перегородкой от наружной стороны энергоприемных граней воздухозаборник и воздуховод выполнены сходящимися под нижней обечайкой и ветроротором. В усеченной пирамидальной опоре между теплоизолирующей гранью и опорным энергоаккумулятором расположена холодильная установка с воздуховодами, при этом опорный энергоаккумулятор выполнен с теплоизоляцией над проточной полостью и со стороны холодильной установки, под которой в фундаменте ниже проточной полости выполнена связанная с системой водоснабжения емкость для сбора конденсата. Целесообразно, чтобы на усеченной пирамидальной опоре в прилегающей к фундаменту части на солнечной стороне исполнить теплоприемный навес, под которым выполнен фундаментный энергоаккумулятор, а с теневой стороны над проточной полостью выполнен теплоизолирующий навес, примыкающий к теплоизолирующим граням. Технологично опорный энергоаккумулятор выполнить в виде водонапорной емкости для горячего теплоснабжения. На фиг. 1 приведен общий вид ветрогелиоэнергетической установки конденсатной на фиг. 2 - схема работы воздушных потоков установки на фиг. 3 - разрез по Б-Б усеченной пирамидальной опоры на фиг. 4 - вариант исполнения усеченной пирамидальной опоры в разрезе Б-Б на фиг. 5 - вид сверху на ветроротор (схема работы ветрового потока) 3 9580 1 2007.08.30 на фиг. 6 - общий вид варианта ветрогелиоэнергетической установки на пирамидальной опоре с конусоидальной к солнцу гранью и пристроенным к ней зданием на фиг. 7 - разрез по Д-Д пирамидальной опоры по фиг. 6 на фиг. 8 - общий вид с неосвещенного солнцем торца ветрогелиоэнергетической установки по стрелкес пристроенным к ней зданием. Фиг. 9 предназначена для реферата. Ветрогелиоэнергетическая установка конденсатная содержит ветроэнергетическую установку 1 с вертикальным ветроротором 2, крыльчатые ветроколеса 3 которого связаны по вертикали лопастями 4 геликоидально желобчатого исполнения, а через приводной вал 5 - с редуктором-мультипликатором 6 и электрогенератором 7, шатровый концентратор 8 на фундаменте 9 и пространственным с ветроприемными экранами 10 концентратором 11,объединенными сверху и снизу обечайками 12 и 13 по внутреннему периметру экранов 10. Ветроэнергетическая установка 1 установлена на усеченную пирамидальную опору 14 с энергоприемными гранями 15 на солнечной стороне и теплоизолированными гранями 16 с теневой стороны. Под энергоприемными гранями 15 выполнен восходящий к ветроротору 2 воздуховод 17 с опорным фундаментным 18 и водяным 19 энергоаккумуляторами,под которыми к восходящему к ветроротору 2 воздуховоду 17 подведена вдоль фундамента 9 проточная полость 20 от затененной стороны к солнечной. Восходящий воздуховод 17 в верхней части под шатровым концентратором 8 выполнен с воздухозаборником 21,отделенным перегородкой 22 от наружной стороны энергоприемных граней 15. Воздухозаборник 21 и восходящий тепловой воздуховод 17 выполнены сходящимися под нижней обечайкой 13. Усеченная пирамидальная опора 14 содержит холодильную установку 23,установленную с нисходящим 24 и восходящим холодильным 25, насыщенными конденсатными парами рабочим воздушным потокоми Е в воздуховодах между теплоизолирующей гранью 16 и опорным фундаментным энергоаккумулятором 18, а опорный фундаментный энергоаккумулятор 18 выполнен с теплоизоляцией 26 со стороны холодильной установки 23 и над проточной полостью 20. Под холодильной установкой 23 в фундаменте 9 ниже проточной полости 20 выполнена для сбора конденсата 27 емкость 28, связанная с системой 29 водоснабжения и пополнения водяного энергоаккумулятора 19, а проточная полость с уплотненным водяным аккумулятором 19 конденсатными парами рабочим воздушным потоком Г связана с нисходящим 24 и восходящими к ветроротору 2 воздуховодами тепловым 17 и холодильным 25. Ветрогелиоэнергетическая установка конденсатная в прилегающей к фундаменту 9 части на солнечной стороне содержит теплоприемный навес 30, а с теневой стороны к теплоизолирующим граням 16 над проточной полостью 20 примыкает теплоизолирующий навес 31. В условиях недостаточной солнечной активности, чтобы ветрогелиоэнергетическая установка конденсатная на усеченной пирамидальной опоре 15 грани на солнечной стороне были объединены, фиг. 6 и 7, в форме энергоприемной грани 32 переменной конусности с минимальной величиной, близкой к вертикали со стороны восходаи закатасолнца и максимально перпендикулярного угла уклона к солнечным лучам на стороне пика О солнечной активности. В некоторых случаях (по заказу) водяной энергоаккумулятор 19 может быть выполнен в виде водонапорной емкости 28 для горячего тепло- и водоснабжения. Для сбора конденсата холодильная установка 23 снабжена желобом 33 и сливным патрубком 34. Емкость 28 изолирована теплогидроизоляцией 35. В зонах с высокой потребностью работы ветрогелиоэнергетической установки и, соответственно, опорного энергоаккумулятора 20 в ночное время энергоприемные грани 15,фиг. 3, и 32, фиг. 7, выполненные металлическими, могут быть заменены на остекление 36, фиг. 4. Для разделения воздействия восходящих воздушных потоков Т и Е с ветровым потоком предназначены воздушные заслонки 37 и 38. 4 9580 1 2007.08.30 Холодильная установка 23 содержит регулятор 39 по точке росы, установленный на охладителе 40, душники 41 для подсоса насыщенных парами воды потоковвоздуха в нисходящем воздуховоде 24 заслонку 42 над восходящим холодильным воздуховодом 25,в котором размещен радиатор 43, сбрасывающий тепло в восходящий поток Е. Работает ветрогелиоэнергетическая установка конденсатная следующим образом. В ветреную погоду экраны 10 ветроротора 11, фиг. 5, захватывая ветровой поток В,собирают и ускоряют его движение в зоне У, воздействуя далее на лопасти 4. Крутящий момент 1 от воздействия ветрового потока В передается через приводной вал 5 и редуктор-мультипликатор 6 к электрогенератору 7. В солнечную погоду солнечная радиация С, воздействуя на металлическое зачерненное покрытие 44 энергоприемной грани 15 на фиг. 3, согревает воздушные массы Н и Т над и под энергоприемными гранями 15 и теплоприемным навесом 30, вызывая их движение в воздуховоде 17 и канале 45 под воздействием выдавливания их более холодным наружным воздухом Г и Ж. Часть тепловой энергии солнца сохраняется в опорном фундаментном и водяном энергоаккумуляторах 19 и 25 и в виде тепла. Это тепло разогревает воздушные массы Т в канале 45 и воздуховоде 17, которые в ночное время выдавливаются вверх под воздействием холодного наружного воздуха Ж и Г. При отсутствии ветра и открытых заслонках 37 и 38 воздушные потоки Н, Т и Е концентрируются в воздухозаборнике 21 шатрового концентратора 8, воздействуют с ускорением на крыльчатые ветроколеса 3 и создают на приводном валу 4 крутящий момент М 2. При соответствующих условиях обеспечивается суммарный крутящий момент М 1 М 2, регулируемый открытием заслонок 37 и 38. При ограниченном потреблении энергии от ветрогелиоэнергетической установки в дневное время взамен металлических энергоприемных граней 15 по фиг. 3 используется остекление 35 по фиг. 4, значительно снижающее отраженное излучение от опорного фундаментного 18 и водяного 19 аккумуляторов в атмосферу. Для обеспечения принудительного охлаждения наружного потока воздуха Г и, как следствие, увеличения скорости движения восходящего потока воздуха Т часть воздушных масс с затененной стороны усеченной пирамидальной опоры 14 подается к охладителю 40 холодильной установки 23 через душник 41 с регулирующей по точке росы заслонкой 42. Охлажденный конденсатный воздушный поток , пополняя поток Г, ускоряет съем конденсата с охладителя 40 в желоб 33 и далее через сливной патрубок 34 в емкость 28. Скопленная вода из емкости 31 подается через патрубок 32 и задвижку 46 в систему водоснабжения 29. Часть воды поступает в водяной аккумулятор 19, который может использоваться как накопительная емкость горячего водоснабжения для хозяйственных нужд. Причем, в зависимости от потребности, доля вырабатываемой воды, особенно для районов с повышенным дефицитом пресной воды, может быть значительно повышена в ущерб выработке электроэнергии. Охлажденный и насыщенный влагой воздушный поток ГЕ частично выдавливает нагретый радиатором 43 повышенной плотности воздух Е по воздуховоду 25 в зоны работы крыльчатых ветроколес 3 и геликоидных лопастей 4 ветроротора 2. Восходящий тяговый поток Т при насыщении конденсатными парами потока Г создает дополнительный крутящий момент М 3 на приводном валу 6, который при суммировании ММ 1 М 2 М 3 обеспечит значительное приращение выработки электроэнергии ветрогелиоэнергетической установкой. Повышение плотности восходящего воздушного тягового потока Т за счет насыщения его конденсатными водяными парами еще более повысит на величину М 4 суммарный крутящий момент М на валу ветроротора 2, откуда ММ 1 М 2 М 3 М 4. В темное время суток остывающий поток Ж выдавливает через воздушный канал 45,нагреваемый опорным фундаментным 18 и водяным 1 тепловыми аккумуляторами, более легкий воздух Т, поддерживая работу ветроротора 2 и, соответственно, выработку электроэнергии и накопление в емкости 28 конденсатной воды 27. 5 9580 1 2007.08.30 Предлагаемое и реализованное изобретение обеспечит электроэнергией и водой близ расположенные жилые и небольшие производственные строения, причем с затененной стороны ветрогелиоэнергетической установки конденсатной возможно вплотную к теплоизолированной грани 16 пристроить здание 47 жилого, хозяйственного, производственного, административного назначения, оснащенного вентиляционным каналом 48 и навесами 49 и ветроприемной крышей 50 с концентрирующим ветровой поток прогибом 51. Источники информации 1. Шибалова и др. О роли нетрадиционных возобновляемых энергоисточников в развитии энергетики Обз. инф. Серия 44.09. Энергоресурсы. Вып. 1, Ветроэнергетика. Минск БелНИИНТИ, 1991. - С. 38, 51, 53. 2. Абрамовский Е.Р. и др. Аэродинамика ветродвигателей. - Днепропетровск ДГУ,1987. - С. 168. 3.4390 С 1. Ветроэнергетическая установка, 2002. 4.3602 С 1. Ветроэнергетическая установка, 2000. 5.1134771 А. Ветроэнергетическая установка, 1985. 6.4471617 А. Ветроэнергетическая установка, 1984. 7.2532365 А 1. Ветроэнергетическая установка, 1984. 8.2261705 А. Ветроэнергетическая установка, 1993. 9.1089289 А. Ветроэнергетическая установка, 30.04.1984. 10.2178830 С 2. Ветроэнергетическая установка, 09.09.1999. 11. СН 638871 А. Ветроэнергетическая установка, 14.10.1983. 12.2540757 А 1. Ветроэнергетическая установка, 08.04.1976. 13.303376, МПК 03 9/00. Ветроэнергетическая установка, 03.09.1982. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 8