Вентиляционная шахта

 

Изобретение касается вентиляционных шахт, использующих солнечную энергию. Цель изобретения - увеличение тяги и повышение ее стабильности путем уменьшения теплопотерь, использования концентрированного потока излучения и улучшения теплопередачи . Тяговая труба выполнена в (Л с 4 4 О С .;

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1449?80 А 1 (д) g F 24 F 7/02, F 24 3 2/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ!

lН АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4213060/24-06 (22) 19.03 ° 87 (46) 07.01.89. Бюл. Ф 1 (71) Московская сельскохозяйственная академия им. К.А:.Тимирязева (72) И.В.Кобозев (53) 662.997 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1354006, кл. 7 25 В 13/00, 1985. (54) ВЕНТИЛЯЦИОННАЯ ШАХТА (57) Изобретение касается вентиляционных шахт, использующих солнечную энергию. Цель изобретения — увеличение тяги и повышение ее стабильности путем уменьшения теплопотерь, использования концентрированного потока излучения и улучшения теплопередачи. Тяговая труба выполнена в

20 иде скрепленных между собой секий 1 с зачерненной наружной поверх1

Йостью. На каждой секции установлены

Конусы-поглотители (К-П) 2 излучения уменьшающейся к низу секции конусь|ости. В каждой секции над верхним

К-П 2 шарнирно закреплена полусфери- еская линза 4. Фокусирующее зеркало

5 с тыльной поверхностью сферической формы ориентировано встречно линзе 4 шарнирно закреплено под нижним К-П вместе с линзой 4 прилегающей секии. Водяной котел-приемник 7 излуения кольцевой формы закреплен на рубе внутри нижнего К-П 2 и имеет ходной патрубок 8 и выходные патИзобретение относится к вентиляЦии, в частности к вентиляционным

Фахтам, использующим солнечную энер-.

I HIO4

Целью изобретения является увели- 5

Чение тяги и повышение ее стабильности путем уменьшения теплопотерь, использования концентр фованного потока излучения и улучшение теплот ередачи.

На фиг.1 показана вентиляционная, шахтa, разрез; на фиг.2 — крепление конуса-поглотителя на секции тяговой трубы вентиляционной шахты, на фиг.3 — технологическая схема вентиляционной шахты на фиг.4 — наклонное

Положение- тяговой трубы шахты на фиг.5 — подсоединение нескольких тяговых труб к шахте, на фиг.бКрепление линзы на тяговой трубе ; на фиг.7 — схема расположения конусов@оглотителей на тяговой трубе шахты, на фиг,8 — схема расположения конусовйоглотителей на тяговой трубе шахты, 25 вариант.

Вентиляционная шахта содержит тяговую трубу, выполненную в виде закрепленных между собой секций 1 (фиг.1) с зачерненной наружной поверхностью, установленные на каждой секции 1 конусы-поглотители 2 излуче"

Мия с уменьшающейся к низу секции 1

Конусностью и прозрачную оболочку 3. рубки 9, выведенные внутрь трубы.

Над котлом-приемником 7 закреплен электронагреватель 10. Прозрачная оболочка 3 эластично закреплена на линзе 4 и зеркале 5. Диаметр зеркала превышает диаметр линзы 4. Каплеобразная форма оболочки 3 уменьшает ветровые нагрузки и вертикальные силы, обусловленные ветром и вертикальными вихрями. Шахта лучше защищена от ветровых нагрузок и создает сильную и устойчивую вентиляцию, лучше использует для этого солнечную энергию и тепло окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Шахта снабжена в каждой секции тяговой трубы полусферической полой линзой 4, шарнирно закрепленной над верхним конусом-поглотителем 2 секции 1, встречно ориентированным линзе 4 фокусирующим зеркалом 5 с тыльной поверхностью 6 сферической формы, шарнирно закрепленным под нижним конусом-поглотителем 2 секции 1 вместе с линзой 4 прилежащей секции 1, водяHbM котлом-приемником 7 излучения кольцевой формы, закрепленным на трубе внутри нижнего конуса-поглотителя

2 и имеющим входной патрубок 8 и выходные патрубки 9, введенные внутрь трубы, и электронагреватель 10, закрепленный над котлом-приемником 7, а оболочка 3 эластично закреплена на линзе 4 и зеркале 5, причем диаметр последнего превышает диаметр линзы 4, Конусы-поглотители 2 (фиг.2) могут быть закреплены на секциях 1 трубы при помощи съемных теплоизолирующих деталей в виде цилиндров 11 с конической. законцовкой 12. Секции 1 трубы выполнены из теппопроводящего материала, а большее основание нижнего конуса-поглотителя 2 секции 1 лежит ниже плоскости 13 апертуры зеркала 5. Конусы-поглотители 2 имеют зачерненную поверхность как снаружи, так и изнутри и установлены на каждой секции 1 в количестве 5 штук °

14497

h =90-Ч+8, 15

Х = 90 - h

45 з

Угол конусности 0(верхнего конусапоглотителя 2 выполнен из расчета минимального улавливания тепла в день летнего солнцестояния и находится в пределах 15-60 . В среднем угол C( равен среднему углу возвышения солнца в день летнего солнцестояния между

9 и 15 часами, что можно рассчитывать по упрощенной формуле

3 (90 — Ь)

0(=

4 где Ь вЂ” максимальный угол возвышения солнца, г, — широта местности;

8 — склонение (8 = 23 5 7).

Угол конусности g третьего сверху 20 конуса-поглотителя 2 выполнен с таким же расчетом, но для весеннего и осеннего равноденствия. Угол конусности второго сверху поглотителя имеет промежуточное значение 25 между 0(и ф .

Угол конусности <д нижнего конусапоглотителя 2 выполнен из расчета на максимальное поглощение при зимнем солнцестоянии, а угол Р вышерас- 30 положенного конуса-поглотителя 2 равен- среднему значению между g u GJ .

Можно выполнить углы 0(41 и 63 из расчета на максимальный угол возвышения солнца (в полдень) при летием, .весеннем (осеннем равноденствии) и зимнем солнцестоянии.

Указанные углы o(, и ь) выбраны так потому, что углы возвышения солнца и узловые дни солнечного ка- 40 лендаря, как правило, известны на всех метеостанциях и легко рассчитываются по формуле: где Х вЂ” искомый угол;

h — высота стояния солнца над горизонтом.

sinh = sin< sin4 cos4 cos8 cos f> где - широта местности о

d — склонение (Ю = 23,5 ), — часовой угол. 55

Кроме того, только при таком выполнении кону. в-поглотителей 2 (фиг.31 обесп " ивается хорошее поглощение;светов< и н ргии и тепла из окружающей сре,пл при любом положении солнца на небосводе. При этом в направлении сверху вниз увеличивается площадь поверхностей конусов-поглотителей 2, следовательно, и,количество лучей, поглощаемых ими, т.е. при таком исполнении повышается суммарная теплопоглощаемая способность нижних из них, на которые падают лучи низкого солнца. Только при таком исполнении достигается относи-. тельно стабильная работа вытяжной шахты, так,"как солнечное облучение, усиливаясь, переходит с большей поВ верхности на малую, а, уменьшаясь, с малой на большую. При этом лучи, не поглощенные нижним конусом-поглотителем 2, отражаются большей частью на внутреннюю поверхность верхних конусов-поглотителей 2. Одновременно при таком исполнении солнце переходит постепенно с одного из них на другой. Зеркало 5 выполнено в виде параболического или сферического элемента.

Каплеобразная форма оболочки 3 обеспечивает снижение отражения лу" чей, идущих снаружи, так как в среднем уменьшен наклон наружной поверхности к солнцу. Одновременно при этом увеличивается наклон внутренней поверхности к отраженным и непоглощенным лучам, что способствует их переотражению на конус-поглотитель

2 и трубу. Такая форма оболочки 3 позволяет применять поляризованную пленку, что резко повышает способность к улавливанию и концентрации солнечной энергии, снижению теплообмена с окружающей средой. Сферическая поверхность резко снижает удельную поверхность теплообмена и теплоотдачу.

В фокусе зеркала 5 установлен котел-приемник 7. Подача пара усиливает газовый поток в трубе, увеличивает вентилирующую способность ее, так как пар воды в 1,65 раз легче воздуха. Кроме того, пар повышает температуру потока в трубе. Одновременно он служит своеобразным накопителем тепла, поддерживающим стабильность вентиляции.

Благодаря расположению котла-приемника 7 в фокусе зеркала 5 солнечная и электрическая энергия используется максимально. Так уменьшается отдача тепла в окружающую среду. С этой

1449780 целью котел-приемник 7 и электронагреватель 10 расположены непосредстенно на трубе внутри нижнего кону" а-поглотителя 2. С этой же целью плоскость 13 сферического зеркала 5 расположена выше большего основания нижнего конуса-поглотителя 2, т.е. н как бы находится в полости сферического зеркала 5, что резко 10 нижает теплообмен и потери тепла отлом-приемником 7, электронагреателем 10, трубой и конусом-поглоителем 2. Такая форма зеркала 5 и акое расположение нижнего конуса- 15 оглотителя 2 важно и потому, что ри наклонении трубы (фиг.4) фокусое пространство или пятно концентриованных лучей почти всегда находится полости или на внутренней поверх- 20 ости этого конуса-поглотителя 2.

Для того, чтобы облегчить монтаж, овысить транспортабельность, усилить ентилирующую способность за счет подоединения нескольких труб к одной ахте (фиг.5), все элементы, а именно конусы-поглотители 2, линза 4, зеркало 5, установлены на трубе шарнирно и выполнены самоустанавлифающимися относительно солнца и ro- З0 изонта, т.е. при любом отклонении рубы от вертикали указанные элементы анимают правильное положение, угол

1 наклона их оси не меняется. С этой целью для получения эффекта "ванькивстаньки" все конусы-поглотители 2,. 1инза 4.и зеркало 5 утолщены внизу, цричем к зеркалу 5 подвещена линза

4 нижележащей секции 1 (фиг. 1 и 4).

Чтобы обеспечить снижение тепло- 40 обмена и повысить надежность оболочки 3, она прикреплена.к зеркалу 5 и линзе 4 эластичными элементами 14.

Каплеобразная форма наружного ограждения, образованного оболочкой 3, 45

:-зеркалом 5 и линзой 4, снижает ветровые нагрузки, особенно при наклонении трубы, т.е. такая форма обесПечивает возможность подсоединения нескольких устройств к одной точке 50 (фиг.5).

Для надежности линза 4 и зеркало

5 закреплены на трубе с помощью жесткого съемного шарового кольца 15 (фиг.1, 2, 6). 55

Цилиндр 11 выполнен из резины и закреплен на конусе-поглотителе 2 с помощью винтов 1б (фиг,2), Для ускорения монтажа и демонтажа резиновый цилиндр 11 крепится на трубе с помощью проточки 17 в ней и хомута 18.

При этом теплоизоляционная пористая прокладка 19 (например, поролон) закреплены с внутренней стороны резинового цилиндра 11.

Шаровое кольцо 15 (фиг.б) может быть цельным или разъемным и крепится с помощью обруча или винтов 20.

Для того, чтобы шарнирно закрепить линзу 4 (или зеркало 5) на шаровом кольце 15 и предотвратить их соскакивание с него под действием ветра, к ним с нижней поверхности прикреплены с помощью винтов съемные упоры

21. Расстояние между верхними основаниями соседних конусов-поглотителей

2 выполнено следующим: нижний предел его равен произведению радиуса (r) конусов-поглотителей 2 на котангенсе угла конусности вышестоящего конуса-поглотителя 2, т.е. в этом случае верхнее основание нижнего конуса-поглотителя 2 стоит на уровне нижнего основания верхнего .конусапоглотителя 2 (фиг.7) . При таком расположении в определенные часы (особенно в полдень летнего солнцестояния) узкая верхняя часть конусовпоглотителей 2 будет затеняться.

Однако при таком расположении труба будет более компактной, а эатеняется незначительная площадь конусов-поглотителей 2. При большем их сближении ухудшается теплопоглощающее действие, так как увеличивается затененность, т,е. тень уже будет падать на довольно широкую часть конусов-поглотителей 2, Верхний предел расстояний между соседними конусами-поглотителями 2 равен нижнему пределу плюс величина а, которая равна произведению радиуса конусов-поглотителей 2 и тангенса угла конусности верхнего. конуса-поглотителя 2. Верхний предел N равен возвьппению солнца над горизонтом. При летием солнцестоянии (a северном полушарии 22.IV, в южном

22.12) а = rtg cX (фиг.8). В этом случае никакого затенения конусапоглотителя 2 друг другом даже при максимальном возвьппении солнца нар, горизонтом не будете Поэтому в дальнейшем увеличении расстояний между ними нет необхоримости.

1449780 .8

При таком выполнении устройства достигаются максимальные его транспортабельность и удобство в монтаже и демонтаже. Например, для перевозки устройства на другое место сперва снимается оболочка 3, затем снимается линза 4, на которую устанавливается предварительно снятый верхний конус-поглотитель 2, затем друг на друга нанизываются все конусы-поглотители 2, затем на конуспоглотитель 2 верхней секции 1 устанавливается линза 4 нижележащей секции 1 и т.д. Шаровые кольца 15 и 15 оболочка 3 размещаются или в трубах или в полостях линзы 4.

Зеркала накладываются друг на друга. Для удобства перевозки при складировании все собранные компактно элементы устройства, т,е. зеркала 5, JIHH35I 4, KOHQChI O OTHT H 2, MO1 JT быть нанизаны на трубу одной из секций 1 и зафиксированы с помо:.;,ью шаровых колец 15. 25

Вентиляционная шахта работает следующим образом.

В утренние часы при горизонтальном направлении лучи собираются линзой 4 на верхний конус-поглотитель 30

2 (фиг.1) и трубу, причем на нижние конусы-поглотители 2 лучи падают почти перпендикулярно. Лучи благодаря оболочке 3 проходят через нее почти не отражаясь. В то же время благодаря такой форме внутренняя поверхность оболочки 3 наклонена к лучам, не попавшим на конус-поглотитель 2 и трубу. Это обуславливает усилие отражения. этих лучей внутренней поверхностью оболочки 3 на конусы-поглотители

2. Этот эффект увеличивается при применении поляризованной пленки. Лучи, попавшие на верхнюю поверхность нижерасположенного конуса-поглотителя

2,поглощаются, нагревая ее, воздух и трубу, т.е. лучи, которые не поглотились, отражаются на нижнюю поверхность вышерасположенного конуса-поглотителя 2. Благодаря этому обеспечи- 50 вается наиболее полное, использование солнечной энергии и тепла окружающей среды, причем конусы-поглотители 2 даже без пленки уменьшают тепловой обмен трубы с окружающей средой. 55

При увеличении высоты солнца все больше освещается верхняя поверхность сначала нижних, а затем вышестоящих конусов-поглотителей.2. При этом часть лучей папает на сферическое зеркало 5, которое фокусирует их на кател-приемник 7 или нижний конуспоглотитель 2.

Котел-приемник 7 нагревается, и пар попадает в трубу. Поскольку пар легче воздуха, то усиливается скорость газового потока в трубе. Поскольку котел-приемник 7 расположен на поверхности трубы, то при отсутст-. вии прямых солнечных лучей тепло он отдает трубе, тем самым повышая стабильность г.,ентиляции.

В случае необходимости включается электронагреватель 10, который нагревает котел-приемник 7 и трубу, причем почти все тепло от электронагревателя 10 благодаря расположению

его непосредственно на трубе под нижним конусом-поглотителем 2 и в фокусе зеркала 5 используется на усиление тяги, т.е. тепло расходуется очень экономно.

Максимум солнечного облучения по мере восхождения солнца перемещается с нижнего конуса-поглотителя 2 на верхние. После полуденных часов все происходит в обратном порядке. При этом верхняя поверхность нижнего поглотителя 2 наибольшее количество солнечных лучей поглощает в полуденные часы при зимнем солнцестоянии, следующий конус-поглотитель 2 — между зимним солнцестоянием и осенним или весенним равноденствием, далее максимально поглощаются солнечные лучи в полуденные часы при равноденствии, затем между равноденствием и летним солнцестоянием и наилучшим образом освещается в полуденные часы при летнем солнцестоянии. Таким образом, солнце как бы постепенно переходит с одного конуса-поглотителя 2 на другой, причем отраженные лучи от их верхних поверхностей или зеркала 5 падают на нижние поверхности вышестоящих конусов-поглотителей 2, а также на трубу. Тепло передается от конусов-поглотителей 2 к трубе, нагревая воздух в ней, усиливая вентиляцию. При наклонении трубы (фиг.4) теплоулавливающие элементы под действием силы тяжести самоориентируются относительно горизонта и солнца.

Таким образом, элементы шахты действуют как ловушка солнечных лучей и тепла.

1449780

Эластичные центры 11 и эаконцовки 12 защищают трубу от охлаждения в случае повреждения оболочки 3. Каплеобразная форма оболочки 3 уменьшает ветровые нагрузки и вертикальные силы, обусловленные ветром и вертикальными вихрями, Предлагаемая вентиляционная шах а надежнее, лучше защищена от ветовых нагрузок и создает сильную и стойчивую вентиляцию, лучше испольует для этого солнечную энергию и епло окружающей среды. Кроме того, на проще в монтаже, демонтаже и ранспортировке, при хранении эанима т меньше места. о р м у л а изобретения

1, Вентиляционная шахта, содержаая тяговую трубу, выполненную в виIpe скрепленных между собой секций с зачерненной наружной. поверхностью, :установленные на каждой секции кону сы-поглотители излучения с уменьшающейся к низу секции конусностью и прозрачную оболочку, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью увеличения тяги и повышения ее стабильности шахта снабжена в каждой секции тяговой трубы полусферической полой линзой, шарнирно закрепленной над верхним конусом-поглотителем сек ции, встречно ориентированным линзе фокусирующим зеркалом с тыльной поверхностью сферической формы, =-арнирно закрепленным под нижним конусом-поглотителем секции вместе с

10 линзой прилегающей секции водяным котлом-приемником излучения кольцевой формы, закрепленным на трубе внутри нижнего конуса-поглотителя и имеющим входной и выходные патрубки, последние из которых введены внутрь трубы, и электронагреватель, закрепленный над котлом-приемником, а оболочка эластично закреплена на линзе и зеркале, причем диаметр последнего

20 превышает диаметр линзы.

2. Шахта по п.1, о т л и ч а ю,щ а я с я тем, что конусы-поглотители закреплены на секциях трубы при

25 помощи съемных теплоизолирующих деталей в виде цилиндров с конической законцовкой, секции труб выполнены из теплопроводящего материала, а большее основание нижнего конуса-поглотителя

30 секции лежит ниже плоскости апертуры зеркала.

14li9780! 4(9780

1449780

Редактор Н.Гунько

Тираж 663

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6951/38

ВНИИПИ Государственного

113035, Составитель П,Шендрович

Техред Л.Сердюкова Корректор Н.Король комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5