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, называемая «солнечным камином», которая работает на низкопотенциальном солнечном тепле (1). Она содержит вытяжную башню, внутри которой находится ветровое колесо с вертикальной осью вращения, соединенное с генератором. Вокруг основания башни расположены солнечные коллекторы с прозрачным верхом. Под действием солнечного излучения воздух в солнечных колекторах нагревается и поступает в вытяжную башню, создавая в ней восходящий воздушный поток, который вращает ветровое колесо и генератор, вырабатывающий электроэнергию.
Недостатком установки является низкая энергоэффективность, обусловленная суточной цикличностью поступления солнечной энергии.
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 вверх 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, осущестляется с помощью воздухонаправляющих щитов. Этот воздушный поток вращает ветровое колесо и соединенный с ним генератор, вырабатывающий электроэнергию. От направления и мощности ветрового потока, ударяющего в лопатки ветрового колеса, зависит энергоэффективность установки.
Таким образом, с помощью аэрординамической установки, созданной на основе башенной испарительной градирни, можно использовать тепловые отходы, получающиеся при охлаждении оборотной воды. Однако в энергетических установках, работающих на традиционном топливе, такие отходы не являются единственными, например очень много тепла теряется с дымовыми газами.
Недостатками установки является узкая область ее применения для утилизации тепловых отходов в энергетике и низкая энергоэффективность.
Целью изобретения является расширение области применения аэродинамических установок для утилизации тепловых отходов в энергетике, в данном случае для утилизации тепла дымовых газов, и повышение их энергоэффективности.
Технический результат достигается тем, что в аэродинамическую установку, содержащую вытяжную башню с входными окнами в ее основании, ветровое колесо с вертикальной осью вращения, находящееся внутри башни и соединенное с генератором, а также воздухонаправляющие щиты, расположенные у входных окон снаружи башни, вводится горизонтальное кольцо, расположенное вне башни над воздухонаправляющими щитами, и система распределения дымовых газов, соединенная с дымоходом, выполненная в виде кольцевой трубы с патрубками, выходные отверстия которых расположены над лопатками ветрового колеса.
Введение горизонтального кольца, расположенного над воздухонаправляющими щитами, концентрирует воздушный поток, входящий в входные окна и падающий на лопатки ветрового колеса, повышая энергоэффективность установки.
Введение системы распределения дымовых газов позволяет использовать их тепло с высокой эффективностью, поскольку с ее помощью дымовые газы перемешиваются с воздухом, находящимся внутри башни, в результате все тепло дымовых газов идет на нагревание воздуха внутри башни и увеличение создаваемого в ней воздушного потока, что увеличивает энергоэффективность установки. Турбулизация воздушного потока вращающимися лопатками ветрового колеса усиливает перемешивание дымовых газов с входящим наружным воздухом, что также повышает энергоэффективность установки.
Схема аэродинамической установки приведена на чертеже. Она содержит вытяжную башню 1 с входными отверстиями 2 в ее основании. Внутри башни находится ветровое колесо с вертикальной осью вращения 3, соединенное с генератором 4. Лопасти ветрового колеса 4 расположены и вращаются напротив входных окон 2. Снаружи башни у входных окон расположены воздухонаправляющие щиты 5, угловое положение которых по отношению к входным окнам может меняться. Над воздухонаправляющими щитами находится горизонтальное кольцо 6, над которым расположена система распределения дымовых газов 7, соединенная с дымоходом. Система выполнена в виде кольцевой трубы с патрубками, выходные отверстия которых расположены над лопатками ветрового колеса 3.
Аэродинамическая установка работает следующим образом. Вначале воздухонаправляющие щиты 5 закрывают входные окна 2. Дымовые газы через систему распределения 7 поступают внутрь вытяжной башни 1, поднимаются вверх и выходят через верхний конец вытяжной башни 1. После этого воздухонаправляющие щиты устанавливаются на некоторый угол по отношению к входным окнам. Наружный воздух начинает поступать в входные окна 2, при этом воздушный поток, падающий на лопатки ветрового колеса 3, формируется как воздухонаправляющими щитами 5, так и горизонтальным кольцом 6. Направление и концентрация потока регулируются угловым положением воздухонаправляющих щитов 5 относительно входных окон. Падающий на лопатки ветровой поток начинает вращать ветровое колесо 3 и соединенный с ним генератор 4, с помощью которого вырабатывается электроэнергия. Вращающиеся лопасти ветрового колеса 4 турбулизируют воздушный поток и усиливают перемешивание поступающих из распределительной системы 7 дымовых газов с входящим через входные окна 2 наружным воздухом, в результате все тепло дымовых газов используется на нагревание воздуха внутри вытяжной башни 1, увеличивая тем самым вертикальный воздушный поток внутри нее и повышая энергоэффективность установки.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет использовать для работы аэродинамических установок тепло дымовых газов с высокой эффективностью.
Источники информации
1. Renewable Energy World 2005, V.8, №4, р.172.
2. Патент РФ №2314474, кл. F28 С 1/00.