RU2155271C1 - Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к машиностроению и ветроэнергетике и предназначено для использования при реализации экономичного охлаждения окружающей среды и конденсации паров за счет энергии воздушных потоков. Технический результат, заключающийся в повышении эксплуатационных характеристик установки и снижении энергозатрат на понижение температуры окружающей среды и конденсацию паров воды, обеспечивается за счет того, что установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров, содержащая преобразователь энергии с генератором энергии и воздушной турбиной, установленной в узле подвода воздушного потока в виде конфузора, рабочий привод, питающий вход которого подключен к генератору энергии, и конденсатор воды, согласно изобретению выполнена в виде объемного тела, состоящего, по крайней мере, из трех изолированных друг от друга герметичных оболочек, внутри, по крайней мере, одной из оболочек размещен, по крайней мере, один турбинный узел, соединенный с, по крайней мере, одним генератором энергии, причем генератор расположен как перед турбиной, так и за ней, а рабочая зона, по крайней мере, одной турбины снабжена узлом приема конденсата и кристаллов охлажденного пара. 10 з.п.ф-лы, 11 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению и ветроэнергетике и предназначено для использования при реализации экономичного охлаждения окружающей среды и конденсации паров за счет природных источников энергии, в частности энергии воздушных потоков.

Известны устройства, конденсирующие различные пары и охлаждающие окружающую среду [см. заявки ФРГ 2702701 E 03 B 3/28, 1981 3319975 E 03 B 3/28, 1984; SU 1813473 E 03 B 3/28, D 01 D 5/00, 1991; SU 1484886 E 03 B 3/28, 1989] , осуществляющие этот процесс за счет использования энергии воздушных потоков.

Недостатки известных установок и устройств для охлаждения окружающей среды и конденсации паров заключаются в низкой эксплуатационной надежности, обусловленной малоэффективными ветродвигателями и ограниченной областью их применения.

Наиболее близким из перечисленных установок и устройств охлаждения окружающей среды и конденсации влаги к предложенному является автономная установка для получения воды из влажного воздуха по заявке SU 1484886 E 03 B 3/28, 1989.

Известная установка содержит преобразователь энергии воздушных потоков в виде рабочего ветроколеса, соединенного через редуктор с электрогенератором, узлом подвода воздуха к рабочему колесу в виде конфузора и узлом подачи воздуха в рабочую зону за турбиной, электродвигатель привода компрессора для сжатия и перекачки хладагента в расширитель, установленный в канале, где охлажденный расширитель обеспечивает конденсацию влаги из обтекающего его потока.

Недостатки известной установки связаны также с низкой эффективностью ветроколеса, наличием компрессора и необходимостью применения хладагентов.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик подобной установки и снижение энергозатрат на понижение температуры окружающей среды и конденсацию паров воды (или других веществ и газов).

Поставленная задача решается тем, что установку для охлаждения окружающей среды и конденсации паров, содержащую преобразователь энергии с генератором энергии и воздушной турбиной, в узле подвода воздушного потока в виде конфузора, рабочий привод, питающий вход которого подключен к генератору энергии выполняют в виде объемного тела, состоящего, по крайней мере, из трех изолированных друг от друга герметичных оболочек; внутри, по крайней мере, одной из оболочек размещают, по крайней мере, один турбинный узел, соединенный с, по крайней мере, одним генератором энергии, причем генераторы могут быть расположены как перед турбиной, так и за ней, а рабочую зону, по крайней мере, одной турбины снабжают узлом приема конденсата и кристаллов охлажденного пара.

Входные сечения узлов подвода воздуха к турбинам располагают в передней оболочке преобразователя энергии, а подвод воздуха непосредственно к турбине осуществляют как по оси турбины, так и под углами до 90 градусов относительно оси турбины, при этом наибольшее по площади сечение преобразователя энергии в вертикальной плоскости располагают в зоне выходного канала, образованного внешней оболочкой и центральной оболочкой, хвостовую часть которой располагают в плоскости этого сечения или за ним по направлению отходящего воздушного потока, а, по крайней мере, в одной из оболочек устанавливают емкость для приема и накопления конденсата.

В зоне минимального сечения незагроможденного канала преобразователя энергии может быть установлен, по крайней мере, один распылитель конденсата, который может быть снабжен принудительной системой распыления.

Узел приема конденсата может быть снабжен системой подогрева, использующей либо электронагревательный элемент или отводимое от генератора тепло.

Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров (установка) может быть смонтирована на колонне с возможностью ее вращения в горизонтальной плоскости относительно оси колонны.

Установка может быть выполнена в виде аэростата, соединенного при помощи кабель-троса с энергоприемником, а по крайней мере, одну из ее оболочек заполняют газом легче воздуха, либо подогретым газом.

Установка может быть выполнена в виде воздухоплавательного средства по типу дирижабля или самолета.

Установка может быть смонтирована в термоизолированном помещении, в которое через канал поступает влагонасыщенный воздух или газ, а канал может быть выполнен в виде конденсатора, размещенного внутри этого помещения.

Для движения по круговой траектории с заданной или изменяющейся окружной скоростью, по крайней мере, один преобразователь энергии может быть смонтирован на вращающейся консоли колонны, а колонна может иметь несколько консолей.

Для разгона до необходимой окружной скорости преобразователи энергии могут быть установлены или подвешены на регулируемых тягах различного типа, присоединяемых к приводу через шарнирные устройства.

Для движения по круговой или криволинейной траектории преобразователя энергии может быть использован дополнительный тяговый привод с линейным электродвигателем.

Достижение этих результатов обеспечивается конструктивными особенностями устройства, проиллюстрированными на фиг. 1-11.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки для охлаждения окружающей среды и конденсации паров с узлом приема конденсата, на фиг. 2 изображен узел приема конденсата, на фиг. 3 показан вариант установки с преобразователем энергии, снабженным дополнительной оболочкой, на фиг. 4 и 5 приведены варианты выполнения установок с монтажом на колонне и в виде аэростата, на фиг. 6 показан самолетный вариант установки, на фиг. 7 представлена принципиальная схема стационарной приводной установки, на фиг. 8, 9 и 10 показаны варианты стационарных установок, на фиг. 11 изображен общий вид установки, снабженной линейным двигателем.

В состав предложенной установки фиг. 1 входит преобразователь энергии, состоящий из передней оболочки 1, центральной оболочки 2, внешней оболочки 3, воздушной турбины 4 с сопловым аппаратом 5 и генератором 6. Во внешней оболочке установлена емкость для сбора конденсата 7 и распылитель конденсата 8, выведенный в зону минимального сечения незагроможденного канала 9, а в зоне турбины 4 и соплового аппарата 5 создают первичный узел сбора конденсата A. Первичный узел сбора конденсата (фиг. 2) состоит из канала сбора конденсата 11 и системы подогрева 10.

Для использования небольших скоростей воздушных потоков применяют преобразователь энергии с дополнительной оболочкой B (фиг. 3), а все остальные узлы идентичны установке по фиг. 1.

На фиг. 4 представлен вариант монтажа установки C на колонне D, а на фиг. 5 установка C подвешена на кабель-тросе E. Воздухоплавательный вариант установки в виде дирижабля или самолета представлен на фиг. 6. Принципиальная схема установки для работы в теплоизолированном помещении 12 представлена на фиг. 7, где преобразователь энергии D смонтирован на консоли F колонны 13, внутри которой размещают вал привода 14, соединенный с редуктором 15. Вращение вала 14, редуктора 15 и консоли F с преобразователем энергии D обеспечивает привод 16, который может быть выполнен в виде электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания или двигателя другого типа. Камеру узла привода 16 теплоизолируют от рабочего помещения. Через канал 17 влагосодержащий воздух поступает в теплоизолированное рабочее помещение, где размещают конденсаторное устройство 18 с каналом подачи осушенного воздуха 19 в рабочее пространство, конденсат отводят через канал 20, а холодный воздух к потребителю отводят через канал 21.

На фиг. 8 представлен вариант установки с вертикальным подвесом, где узел привода 16 соединен валом 14 через шарнир 22 и тягу 24 с преобразователем энергии D.

На фиг. 9 узел привода 16 размещен на основании и через вал 14 и регулируемые по длине тяги 23 обеспечивает вращение преобразователя энергии D, который шарнирно соединен с тягами 23.

На фиг. 10 изображен вариант установки с вертикальным подвесом двух преобразователей энергии D, где от узла привода 16 через вал 14 и тяги 24 вращение передается преобразователям энергии D.

Вариант установки с линейными двигателями, обеспечивающими ее движение по круговой или криволинейной траектории, представлен на фиг. 11, где в одной из оболочек установки C создан изолированный от полостей других оболочек канал, являющийся направляющей для обеспечения движения и одновременно опорным элементом конструкции 25, а статор или ротор линейного двигателя располагают соответственно на установке или на опорном рельсе.

Все установки по фиг. 7, 8, 9, 10 и 11 размещают внутри теплоизолированных помещений, узлы привода также теплоизолируют от рабочего помещения, а входные каналы турбин всегда направлены навстречу набегающему потоку.

Работа установки связана с использованием разрежения на донном срезе преобразователя энергии воздушных потоков и осуществляется путем разгона потоков в каналах преобразователя энергии, за счет чего на турбине может быть достигнута местная скорость звука. Процесс происходит за счет резкого уменьшения тепловой энергии потока (энтальпии), и его температура в зоне турбины составит всего около 83% (по Кельвину) от температуры окружающей устройство атмосферы. В зоне турбинного узла в передней оболочке преобразователя энергии располагают узел отбора конденсата и кристаллов льда. Температура водовоздушной смеси в зоне турбинного узла упадет на 40-50 градусов, что вызовет конденсацию влаги и образование кристаллов льда. Капли влаги и кристаллы льда за счет центробежной силы будут отброшены в узел сбора конденсата, а для превращения кристаллов льда в воду в этом узле устанавливают систему подогрева, состоящую из электронагревательных элементов или использующую тепловыделения электрических генераторов при одновременном обеспечении теплового режима работы генераторов.

В одной из оболочек преобразователя энергии устанавливают емкость для сбора конденсата, а вода подается на распылитель, установленный в зоне минимального сечения промежуточного канала преобразователя энергии. Установки с приводом, обеспечивающим их движение с определенной окружной скоростью, работают на этом же принципе. Установки размещают в теплоизолированных помещениях и выработанный ими холод идет на конденсацию паров через соответствующие устройства и поступают к потребителю. Выработанная преобразователем энергия поступает в узел привода движения установки, а избыточная энергия поступает к внешнему потребителю.

Изготовление предлагаемых установок не представляет технических трудностей и не требует создания новых технологий для их выпуска.

Серийно выпускаются турбогенераторные узлы различных типов.

Эти узлы могут быть применены без существенных изменений в предлагаемых транспортных средствах. Мировой промышленностью освоена технология производства летательных аппаратов - самолетов и дирижаблей, подвижного железнодорожного состава и комплектующих эти транспортные средства узлов и агрегатов - алюминиевых корпусов самолетов, оболочек дирижаблей из пластических и композитных материалов, винтовых движителей, магнитных (электромагнитных) систем поддержки (подвешивания) и создания тягового усилия для нормального перемещения.

Источники информации
1. Описание изобретения к авторскому свидетельству SU 1484886 A1.

2. Холодильные машины и установки. Е.Ю. Малыгина, Ю.В. Малыгин. М.: Пищевая промышленность, 1973 г.

Claims (11)

1. Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров, содержащая преобразователь энергии с генератором энергии и воздушной турбиной, установленной в узле подвода воздушного потока в виде конфузора, рабочий привод, питающий вход которого подключен к генератору энергии, и конденсатор воды, отличающаяся тем, что она выполнена в виде объемного тела, состоящего, по крайней мере, из трех изолированных друг от друга герметичных оболочек, внутри, по крайней мере, одной из оболочек размещен, по крайней мере, один турбинный узел, соединенный с, по крайней мере, одним генератором энергии, причем генератор расположен как перед турбиной, так и за ней, а рабочая зона, по крайней мере, одной турбины снабжена узлом приема конденсата и кристаллов охлажденного пара.

2. Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров по п.1, отличающаяся тем, что входные сечения узлов подвода воздуха к турбинам расположены в передней оболочке преобразователя энергии, а подвод воздуха непосредственно к турбине осуществлен как по оси турбины, так и под углами до 90^o относительно оси турбины, при этом наибольшее по площади сечение преобразователя энергии в вертикальной плоскости размещают в зоне выходного канала, образованного внешней оболочкой и центральной оболочкой, хвостовая часть которой расположена в плоскости этого сечения или за ним по направлению отходящего воздушного потока, а, по крайней мере, в одной из оболочек установлена емкость для приема и накопления конденсата.

3. Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров по п.1, отличающаяся тем, что в зоне минимального сечения незагроможденного канала преобразователя энергии установлен, по крайней мере, один распылитель конденсата, который снабжен принудительной системой распыления.

4. Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров по п.1, отличающаяся тем, что узел приема конденсата снабжен системой подогрева, использующей либо электронагревательный элемент, или отводимое от генератора тепло.

5. Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что она смонтирована на колонне с возможностью вращения в горизонтальной плоскости относительно оси колонны.

6. Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что она выполнена в виде аэростата, соединенного при помощи кабель-троса с энергоприемником, а, по крайней мере, одну из ее оболочек заполняют газом легче воздуха либо подогретым газом.

7. Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров по пп.1 - 4, отличающаяся тем, что она выполнена в виде воздухоплавательного средства по типу дирижабля или самолета.

8. Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров по п.1, отличающаяся тем, что она смонтирована в термоизолированном помещении, в которое через канал поступает влагонасыщенный воздух или газ, а канал выполнен в виде конденсатора, размещенного внутри этого помещения.

9. Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров по п.8, отличающаяся тем, что, по крайней мере, один преобразователь энергии смонтирован на вращающейся консоли колонны, а колонна имеет несколько консолей.

10. Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров по п. 8, отличающаяся тем, что преобразователи энергии установлены или подвешены на регулируемых тягах, которые присоединены к приводу через шарнирные устройства.

11. Установка для охлаждения окружающей среды и конденсации паров по п. 8, отличающаяся тем, что для движения преобразователя энергии по круговой или криволинейной траектории применен дополнительный тяговый привод с линейным электродвигателем.

Images