АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
AERODYNAMIC PLANT

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для утилизации тепловых отходов, в частности для утилизации дымовых газов.
Известна аэродинамическая установка для утилизации дымовых газов (1). Она содержит вытяжную башню, в которую введена металлическая дымовая труба, емкость для дымовых газов, расположенную под вытяжной башней и соединенную с дымоходом, а также ветровое колесо, расположенное во входном окне вытяжной трубы у ее основания. Дымовые газы, проходя через емкость и дымовую трубу, нагревают находящийся в вытяжной башне воздух и создают в ней вертикальный воздушный поток, в результате наружный воздух через входное окно начинает поступать внутрь вытяжной башни, вращая ветровое колесо и соединенный с ним генератор, который вырабатывает электричество.
Недостатком установки является низкая эффективность использования тепла дымовых газов из-за разделенности потоков дымовых газов и рабочего потока воздуха, вращающего ветровое колесо.
Наиболее близкой, принятой за прототип, является аэродинамическая установка, созданная на основе башенной испарительной градирни (2). Она содержит вытяжную башню, в основании которой имеются входные окна. Внутри башни находится ветровое колесо с вертикальной осью вращения, соединенное с генератором. Лопасти ветрового колеса расположены и вращаются напротив входных окон. Снаружи башни у входных окон находятся воздухонаправляющие щиты.
Установка работает следующим образом. Теплая оборотная вода, с помощью которой охлаждаются тепловые машины, разбрызгивается в виде мелких капель внутри башни. Капли воды, падая и испаряясь, отдают тепло находящемуся внутри башни воздуху. Нагретый воздух поднимается и выходит через верхний конец башни, создавая внутри нее вертикальный воздушный поток, при этом через входные окна в основании вытяжной башни в нее поступает наружный воздух. Формирование воздушного потока, падающего на лопатки ветрового колеса, осуществляется с помощью воздухонаправляющих щитов. Этот воздушный поток вращает ветровое колесо и соединенный с ним генератор, вырабатывая электроэнергию. От организации ветрового потока зависит энергоэффективность установки.
Таким образом, в аэродинамической установке, созданной на основе испарительной градирни, используя тепловые отходы, получающиеся при охлаждении оборотной воды, можно сформировать ветровой поток для производства электричества. Однако конструкция установки не позволяет использовать другие тепловые отходы, в частности тепло дымовых газов.
Недостатком установки является узкая область ее применения.
Целью изобретения является расширение области применения и повышение эффективности аэродинамических установок при утилизации тепловых отходов.
Технический результат достигается тем, что в аэродинамическую установку, содержащую вытяжную башню с входными окнами в ее нижней части, ветровое колесо с вертикальной осью вращения, соединенное с генератором, и воздухонаправляющие щиты, вводится расположенная вокруг основания башни плоская кольцевая распределительная система с отверстиями наверху для выхода дымовых газов и расположенная на ней емкость для жидкости с отверстиями, совпадающими с отверстиями распределительной системы, при этом на емкости для жидкости находятся воздухонаправляющие щиты, касательные к сечению башни, с подвижными воздушными заслонками у их внешних концов, и положенное на воздухонаправляющие щиты горизонтальное перекрытие, находящееся над входными окнами вытяжной башни.
Введение системы распределения дымовых газов позволяет использовать их тепло с высокой эффективностью, поскольку с ее помощью дымовые газы перемешиваются с внешним воздухом на большой площади, отдавая все тепло на нагрев воздуха, что увеличивает энергоэффективность установки.
Введение емкости для жидкости увеличивает надежность работы установки при неравномерном поступлении дымовых газов и даже при временном прекращении их поступления.
Введение горизонтального перекрытия, положенного сверху воздухонаправляющих щитов, концентрирует и направляет воздушный поток для увеличения эффективности работы установки.
Схема аэродинамической установки приведена на чертеже. Она содержит вытяжную башню 1 с входными отверстиями 2 в ее нижней части. Внутри башни находится ветровое колесо 3 с вертикальной осью вращения, соединенное с генератором 4. Лопасти ветрового колеса 3 расположены и вращаются напротив входных окон 2. Снаружи вытяжной башни 1, вокруг ее основания, находится плоская кольцевая распределительная система дымовых газов 5, соединенная с дымоходом. В верхней стенке распределительной системы имеются выходные отверстия для дымовых газов. На распределительной системе 5 расположена емкость для жидкости 6 с отверстиями, совпадающими с выходными отверстиями распределительной системы. В емкость для жидкости 6 наливается жидкость с большой теплоемкостью, например синтетическое масло. Сверху емкости для жидкости 6 расположены воздухонаправляющие щиты 7, касательные к сечению башни у входных окон 2, с подвижными воздушными заслонками 8 на их внешних концах. Подвижные воздушные заслонки 8 могут быть выполнены в виде накручивающихся на ось гибких щитов. На воздухонаправляющих щитах 7 над входными окнами 2 находится горизонтальное перекрытие 9.
Аэродинамическая установка работает следующим образом. Вначале с помощью подвижных воздушных заслонок 8 прикрывается доступ воздуха в вытяжную башню 1 и дымовые газы через выходные отверстия в распределительной системе 5 и входные окна 2 поступают в вытяжную башню 1, поднимаются вверх и выходят через ее верхний конец. После этого подвижные воздушные заслонки 8 открываются, наружный воздух начинает поступать в пространство между горизонтальным перекрытием 9 и верхней стенкой емкости для жидкости 5, смешивается с дымовыми газами, выходящими через отверстия в распределительной системы 5, и нагревается. Теплая воздушно-дымовая смесь поступает через входные окна 2 внутрь вытяжной башни 1, вращая при этом ветровое колесо 3 и соединенный с ним генератор 4, вырабатывающий электричество. Эффективность рабочего потока регулируется величиной открытия подвижных воздушных заслонок.
Наличие в установке емкости 6, заполненной жидкостью с большой теплоемкостью, дает возможность работы установке даже в случае временного прекращения поступления дымовых газов, поскольку поступающий наружный воздух будет нагреваться за счет тепла, аккумулированного в жидкости.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет использовать с высокой эффективностью тепло дымовых газов для работы аэродинамических установок.
Источники информации
1. Патент РФ №2382277, кл. F23L 15/00.
2. Патент РФ №2314474, кл. F28C 1/00.