СОЛНЕЧНО-ВЕТРОВОЙ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ
SOLAR WIND-DRIVEN AIR HEATER

Изобретение относится к гелиоветровой энергетике и может быть использовано в сушилках и отоплении промышленного и другого назначения объектов.
Известен многомембранный плунжер, выполненный в виде цилиндра, плунжера и уплотнения, состоящего из крышки, упирающейся в плунжер, и набора кольцевых мембран, соединенных жестко попарно (А.С. №375430, СССР).
Известно воздухораспределительное устройство, включающее насадок с тангенциально расположенным патрубком, причем насадок размещен в диффузоре, имеющем во входном патрубке вентилятор (А.С. №354231, СССР). В конструкции воздухораспределительного устройства не предусмотрен нагрев воздуха.
Известен плоский солнечный коллектор, содержащий корпус остекление, тепловоспринимающую пластину и теплоизоляцию (Богословский В.Н., Сканави А.Н. Отопление: Учеб. - для вузов. М., Стройздат, 1991, стр.713, рис.20.8). Известный плоский солнечный коллектор не обеспечивает нагрев воздуха в пасмурную погоду и в ночное время.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является солнечный тепловой коллектор, содержащий корпус с прозрачным покрытием, ограниченный боковыми стенками и основанием, и размещенный в корпусе поглотитель с каналами для прохода теплоносителя, установленный на основании при помощи теплоизолирующих опор (А.С. №1367639, СССР). В конструкции солнечного теплового коллектора отсутствуют устройства, обеспечивающие нагрев воздуха в ночное время и его искусственное перемещение по коллектору.
Технический результат заключается в комбинировании известного оборудования для обеспечения нагрева воздуха и его перемещения, используя солнечную и ветровую энергии.
Технический результат достигается тем, что солнечно-ветровой воздухонагреватель, содержащий солнечный тепловой коллектор, цилиндрический корпус с крышкой, в котором установлен электрический генератор на вертикальном валу, сверху соединенный через муфту с силовым валом, и воздухопроводы, соединяющие коллектор и корпус с объектом. Согласно изобретению коллектор содержит корпус в виде пенала с двумя прозрачными покрытиями, боковые стенки и основание. В канале, размещенном между нижним покрытием и тепловоспринимающей пластиной, установлены два и более тепловых электрических нагревателя с кольцевыми мембранами, электрически соединенных через провода, распределительный щит с электрогенератором, закрепленным на крестовине, над которым на силовом валу закреплена крыльчатка, размещенная в центральной части станины, соединенная воздухопроводом с нижней частью коллектора. Верхняя часть коллектора пневматически сообщена с объектом воздухопроводами, огибающими с двух сторон корпус, в которых установлены змеевиковые тепловые электрические нагреватели, через провода, распределительный щит электрически соединенные с электрогенератором и аккумулятором, установленным сбоку у станины. Корпус сверху пневматически сообщен с атмосферой через отверстие в крышке, над которой установлен подвижный диск с отверстиями, выполненными концентрично, так же как и в крышке.
На фиг.1 изображен солнечно-ветровой воздухонагреватель (общий вид), на фиг.2 изображен тепловой электрический нагреватель с кольцевыми мембранами.
Солнечно-ветровой воздухонагреватель состоит из солнечного теплового коллектора 1 и ветрового электрогенератора 2 с верхней 3 и нижней 4 крыльчатками соответственно. Коллектор 1 содержит корпус в виде пенала с прозрачными покрытиями 5 и 6, боковые стенки 7 и основание 8. В корпусе размещен канал 9 между покрытием 6 и тепловоспринимающей пластиной 10 для прохода теплоносителя, в котором установлены два и более тепловых электрических нагревателя (ТЭН) 11 с кольцевыми мембранами 12, электрически соединенных через провода 13, распределительный щит (не показан) с электрогенератором 2. Воздухопровод 14 (см. фиг.2) внутри имеет отверстия 15, диаметр которых уменьшается по ходу движения теплоносителя и сверху закрыт крышкой 16. Все кольцевые мембраны 12 соединены электрически в кольцах 17, прикрепленных снаружи воздухопровода 14, и в кольцах 18 на наружных их концах, имеют концентрические отверстия (не показаны) для прохода через них теплоносителя. Верхний патрубок 19 пневматически сообщен с камерой 20 и воздуховодом 21, огибающим с двух сторон цилиндрический корпус 22 ветрового электрогенератора 2, имеющими внутри змеевиковые тепловые электрические нагреватели (ТЭНы) 23. В герметичном пространстве 24, между пластиной 10 и основанием 8, установлены треугольные вакуумированные призмы 25 с ребрами 26, выполненные из теплоизолирующего материала. На внутренней поверхности основания 8 закреплена металлическая сетка 27. Рабочая жидкость скапливается в нижних частях камер 28. Сверху корпуса 22 установлена крышка 29, в центре которой установлен подшипник 30, контактирующий с вертикальным силовым валом 31 с муфтой 32 отбора мощности от ветродвигателя (не показан). Внизу вала 31 закреплена крыльчатка 3 и он через муфту соединен с валом 32 генератора 2, закрепленного на крестовине 33, в которой установлен подшипник 34, контактирующий с валом 32, с установленной на нем крыльчаткой 4. Цилиндрическая станина 35, механически соединенная с корпусом 22, пневматически сообщена при помощи воздухопровода 36 с нижней частью коллектора 1. Корпус 22 сверху пневматически сообщен с атмосферой через отверстия 37 в крышке 29, над которой установлен подвижный диск 38 с отверстиями 39, выполненными концентрично, как и в крышке 29. Обратные воздуховоды 40 соединяют объект (не показан) с корпусом 22, по которым возвращается охлажденный воздух. В теплое время года воздуховоды 40 перекрыты. Электрический аккумулятор 41 установлен справа у станины 35, электрически через провода и распределительный щит соединен с электрогенератором 2. Коллектор 1, ветровой генератор 2 с корпусом 22 и станиной 35, а также электроаккумулятор 41 установлены и закреплены на плите 42. Ветродвигатель использует известные конструкции с вертикальной осью вращения, тепловые электрические нагреватели с кольцевыми мембранами имеют более высокий КПД по сравнению со змеевиковыми.
Солнечно-ветровой воздухонагреватель работает следующим образом. В дневное время солнечные лучи проникают через прозрачные покрытия 5 и 6, нагревают мембраны 12 тепловых электрических нагревателей 11 и тепловоспринимающую пластину 10 с повышением их температуры. Холодный воздух через отверстия 39 подвижного диска 38 и отверстия 37 в крышке 29 поступает вниз в корпус 22 и станину 35 и по воздухопроводу 36 естественной циркуляцией поднимается вверх по каналу 9. Движущийся воздух, контактируя с нагретыми мембранами 12 и пластиной 10 в теплом виде, поступает через воздухопроводы 21 к потребителю. При возникновении ветра достаточной силы ветродвигатель через муфту 32 начнет вращать вал 31, крыльчатку 3, вал 32 генератора 2 и крыльчатку 4. Генератор 2 начнет вырабатывать электрический ток, который будет поступать через распределительный щит на мембраны 12 ТЭНов 11 и витки ТЭНов 23 и нагревать их. При этом воздух начнет принудительно перемещаться через корпус 22, воздухопровод 36, канал 9, воздухопроводы 21 и в горячем виде поступать потребителю. Периодически электроэнергию от генератора 2 через распределительный щит переключают на подзарядку аккумулятора 41.
В ночное время и пасмурные дни при отсутствии ветра температура воздуха, перемещающегося по каналу 9, будет ниже температуры окружающего воздуха, тепло его передается основанию 8, нагревает рабочую жидкость в камерах 28. Жидкость испаряется, пар за счет разности давлений переносится к поверхности 10, где конденсируется, осуществляя тем самым перенос теплоты. Конденсат рабочей жидкости по поверхности 10, призмам 25 стекает в нижнюю часть камер 28 и при помощи металлической сетки 27 равномерно распределяется по основанию 8.
В холодное время года воздуховоды 40 открывают до перекрытия им отверстий 37 в крышке 29. В данном случае нагретый воздух в коллекторе 1 по воздухопроводам 21 поступает в объект, а по воздухопроводам 40 охлажденный естественно или принудительно через корпус 22, станину 35 и воздухопровод 36 поступает для нагрева в коллектор 1, и цикл повторяется. В зависимости от величины заданной температуры воздуха, поступающего через воздухопроводы 21 в объект, в распределительном щите вручную или автоматически производится включение и отключение ТЭНов 11 и 23.
Предлагаемый солнечно-ветровой воздухонагреватель найдет широкое применение в сушилках, строительстве, фермерских хозяйствах, где необходим горячий воздух и воздушное отопление разного назначения объектов.