Геліовітрова енергетична установка

Реферат: Геліовітрова енергетична установка містить циліндричний корпус, встановлений з можливістю обертання, на вході якого розташований конфузор, на виході з корпуса встановлено розтруб у вигляді пустотілого зрізаного конуса, всередині корпуса розташоване вітроколесо, зв'язане механічно з електрогенератором, закріплений розтяжками обертовий вертикальному ствол, на якому закріплений корпус. Додатково в порожнину конфузора встановлено з нахилом до горизонту площину з приймачами сонячного випромінювання, із зрізом нижньої частини конфузора та перетином горизонтальної осі вхідного отвору циліндричного корпуса, який продовжено до перерізу з площиною, по краях якої, нахилених до горизонту, розташовані зрізані в сторону її нижнього краю борти. Конфузор виконано в формі параболоїда обертання з дзеркальною внутрішньою поверхнею. UA 109748 C2 (12) UA 109748 C2 UA 109748 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до геліовітрової енергетики і може бути використаний для отримання електричної енергії. Перевагою геліовітрових установок є своєрідне сезонне взаємодоповнення з точки зору виробництва енергії: в осінньо-зимовий період року переважає вітровий енергетичний потенціал, в весняно-літній - сонячний. Відома геліовітрова енергетична установка [патент № 2187693, кл. F03D 9/00, 2002, RU], яка містить електрогенератор, встановлений на вертикальному стволі, хвостову балку коробчатого перерізу, сонячні батареї, прикріплені до балки та сонячні батареї, прикріплені до ствола. Однак, геліовітрова енергетична установка недостатньо використовує енергії вітру і має складну систему орієнтації сонячних батарей відносно Сонця. Найближчою по технічній суті до пропонованого рішення є геліовітрова енергетична установка [патент РФ № 2349792, кл. Р03 D1/02, F03D1/04, 2007, RU]. Геліовітрова енергетична установка містить поворотний циліндричний корпус, закріплений на стволі опори. Перед вхідною частиною корпуса вставлений конфузор, всередині корпуса встановлено вітроколесо, механічно пов'язане з електрогенератором. На корпусі за конфузором встановлений вітродвигун, поєднаний з другим електрогенератором. Над вихідною частиною корпуса розташований флюгер, в верхній частині якого розташовані третій електрогенератор механічно поєднаний з вітроколесом. Сонячна батарея прикріплена до корпуса третього електрогенератора. Однак, ця геліовітрова енергетична установка має складну конструкцію три вітроколеса з окремими електрогенераторами. В ній недостатньо використовується енергія Сонця. Вона являє собою по суті механічне поєднання окремих вітрової та геліоустановок, де відсутні спільні функціонально-конструктивні елементи і ефективність кожної з них визначається тільки їх конструкцією. Тому ефективність роботи установки в цілому недостатня. В основу винаходу поставлено задачу створити геліовітрову енергетичну установку, в якій за рахунок конструктивного виконання було б одночасно покращено ефективність роботи як вітроенергетичної частини, так і геліоенергетичної. Поставлена задача вирішується тим, що в геліовітровій енергетичній установці, яка містить циліндричний корпус, встановлений з можливістю обертання, на вході якого розташований конфузор, на виході з корпуса встановлено розтруб в вигляді пустотілого зрізаного конуса, всередині корпуса розташоване вітроколесо зв'язане механічно з електрогенератором, закріплений розтяжками обертовий вертикальному ствол, на якому закріплений циліндричний корпус, згідно з винаходом, додатково в порожнину конфузора встановлено з нахилом до горизонту під кутом 25-70° площину з приймачами сонячного випромінювання, зі зрізом нижньої частини конфузора та перетином горизонтальної осі вхідного отвору циліндричного корпуса, який продовжено до перерізу з площиною, по краях якої, нахилених до горизонту, розташовані зрізані в сторону її нижнього краю борти, а конфузор виконано в формі параболоїда обертання з дзеркальною внутрішньою поверхнею. Площина з розташованими на ній приймачами сонячного випромінювання додатково виконує функцію елемента концентратора повітряного потоку. Розташовані на краях площини борти підсилюють її ефективність як частини концентратора. Нанесення дзеркального покриття на внутрішню поверхню конфузора, виконаного в формі параболоїда обертання, забезпечує відбивання падаючого на нього сонячного випромінювання на площину з приймачами сонячного випромінювання, збільшуючи тим самим ефективність використання сонячної енергії. Отже конфузор виконує двояку функцію: забезпечує концентрацію повітряного потоку; спрямовує падаючу на нього сонячну радіацію на приймач сонячної енергії. Це дозволяє покращити ефективність роботи як вітроенергетичної, так і геліоенергетичної частин геліовітрової енергетичної установки. На кресленні схематично зображено геліовітрову енергетичну установку, де: 1 циліндричний корпус; 2 - конфузор; 3 - розтруб; 4 - вітроколесо; 5 - електрогенератор; 6 обертовий вертикальний ствол; 7 - площина; 8 - приймачі сонячного випромінювання; 9 кріпильні розтяжки; 10 - борти; 11 - підшипник; 12 - блок керування та орієнтації; 13 електропривід; 14 - зубчата циліндрична пара. Геліовітрова енергетична установка містить циліндричний корпус 1, на вході якого закріплено конфузор 2 виконаний в формі параболоїда обертання і який є як концентратор вітрового потоку. Осі циліндричного корпуса 1 і конфузора співпадають. На внутрішню поверхню конфузора 2 нанесено дзеркальне покриття. На виході з циліндричного корпуса 1 встановлено розтруб 3 в вигляді пустотілого зрізаного конуса. Всередині циліндричного корпуса 1 розташоване вітроколесо 4, з'єднане механічно з електрогенератором 5, з можливістю роботи в реверсному режимі, тобто при зміні напрямку вітрового потоку через циліндричний корпус 1 на 180°. Циліндричний корпус 1 закріплений до обертового вертикального ствола 6, який встановлений з можливістю обертання на 360°. 1 UA 109748 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 В порожнині конфузора 2 встановлена з нахилом до горизонту, наприклад, під кутом 25-70° площина 7, на якій розташовані приймачі сонячного випромінювання 8. По краях площини 7 розташовані борти 10, які підсилюють концентрацію вітрового потоку. Кріпильні розтяжки 9, які забезпечують стійкість геліовітрової установки, закріплені до підшипника 11, який розташований в верхній частині обертового вертикального ствола 6. Це забезпечує можливість обертання циліндричного корпусу 1 разом з обертовим вертикальним стволом 6 при наявності жорстко закріплених до горизонтальної поверхні кріпильних розтяжок 9. В нижній частині обертового вертикального ствола 6 розташована зубчата пара 14, яка через електропривід 13 з'єднана з блоком керування та орієнтації 12. Орієнтація по азимуту циліндричного корпусу 1 геліовітрової енергетичної установки визначається положенням його горизонтальної осі. Геліовітрова енергетична установка працює наступним чином. В початковий момент, блок керування та орієнтації 12 розвертає за допомогою електроприводу 13 та зубчатої циліндричної пари 14 обертовий вертикальний ствол 6, до якого закріплений циліндричний корпус 1, таким чином, щоб горизонтальна вісь останнього, яка і визначає орієнтацію установки в просторі, знаходилась в середньому положенні між азимутом на Сонце та напрямком вітру. На приймачі сонячного випромінювання 8 падає як пряма сонячна радіація, так радіація відбита від внутрішньої дзеркальної поверхні конфузора 2. Вітровий потік, що концентрується як конфузором 2, так і площиною 7 з приймачами сонячного випромінювання 8, спрямовується в циліндричний корпус 1 і забезпечує обертання вітроколеса 4, яке з'єднане механічно з електрогенератором 5. Розташовані на краях площини 7 борти 10 підсилюють її ефективність як частини концентратора вітрового потоку. Блок керування та орієнтації 12 визначає сумарну електричну потужність, яка генерується електрогенератором 5 і приймачами сонячного випромінювання 8 геліовітрової енергетичної установки. Після визначення поточного значення потужності привід 13, по команді з блока керування та орієнтації 12, повертає через зубчату циліндричну пару 14 обертовий вертикальний ствол 6 разом з закріпленим на ньому циліндричним корпусом 1 по азимуту вправо, в сторону руху Сонця. При цьому блоком керування та орієнтації 12 неперервно визначається сумарна електрична потужність. Поворот триває до моменту настання максимальної сумарної потужності, що виробляється установкою. Якщо ж на початку повороту сумарна потужність зменшується, напрям повороту по команді з блоку керування та орієнтації 12 змінюється на протилежний і триває до моменту досягнення максимальної потужності. Таким чином, геліовітрова енергетична установка шляхом обертання циліндричного корпуса 1 здійснює неперервний пошук енергетично-оптимальної орієнтації останнього. Якщо ж кут між азимутом на Сонце та напрямком вітру перевищує 120°, то вітроенергетична частина системи працює в реверсному режимі, який забезпечується надходженням вітрового потоку в розтруб 3, який тепер служить концентратором вітрового потоку. Для цього в початковий момент блок керування і орієнтації 12 орієнтує по азимуту циліндричний корпус 1 під кутом α=β+90-γ/2 від напрямку на південь, де β - азимут на Сонце, γ - кут між напрямком вітру і напрямком на Сонце. Подальша процедура орієнтації циліндричного корпусу 1 така ж, як і в випадку коли кут між азимутом на Сонце та напрямком вітру менший 120°. В нічний час геліовітрову енергетичну установку орієнтують по напрямку вітру, тобто енергія виробляється тільки вітроколесом з електроагрегатом. Аналогічно установка працює в денний час при відсутності видимого диска Сонця. Таким чином, елементи вітроенергетичної частини геліовітрової енергетичної установки служать одночасно для підвищення ефективності геліоенергетичної частини і навпаки, елементи останньої підсилюють ефективність використання енергії вітрового потоку. Це дозволяє підвищити в цілому ефективність роботи геліовітрової енергетичної установки. 50 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Геліовітрова енергетична установка, що містить циліндричний корпус, встановлений з можливістю обертання, на вході якого розташований конфузор, на виході з корпуса встановлено розтруб у вигляді пустотілого зрізаного конуса, всередині корпуса розташоване вітроколесо, зв'язане механічно з електрогенератором, закріплений розтяжками обертовий вертикальному ствол, на якому закріплений корпус, яка відрізняється тим, що додатково в порожнину конфузора встановлено з нахилом до горизонту площину з приймачами сонячного випромінювання, із зрізом нижньої частини конфузора та перетином горизонтальної осі вхідного отвору циліндричного корпуса, який продовжено до перерізу з площиною, по краях якої, 2 UA 109748 C2 нахилених до горизонту, розташовані зрізані в сторону її нижнього краю борти, а конфузор виконано в формі параболоїда обертання з дзеркальною внутрішньою поверхнею. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3