ЭНЕРГОПРЕОБРАЗУЮЩЕЕ ГЕЛИОУСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК F03G7/06 

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к гелиоустройствам, позволяющим преобразовывать солнечное излучение в электрическую энергию.

Известна конструкция солнечной электростанции башенного типа с теплоприемником в виде пароводяного котла [1] . Однако использование такого типа электростанций ограничено из-за их дорогостоимости, необходимости концентрации тепловой энергии, ненадежности гелиостатов, сложности конструкции следящей системы и т. д.

Недостатком устройства [2] , преобразующего тепловую энергию солнца для перекачки воды из природных водоемов, является невысокая эффективность из-за низкой производительности перекачивающей системы, связанной с длительностью процессов испарения и конденсации воды, недостатками конструкции объемного насоса и ограничением циклов работы.

Целью изобретения является повышение эффективности гелиоустройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено узлом отбора мощности, выполненным в виде турбогенератора, установленного на выходе водоприемной емкости с патрубком отвода потока жидкости к зонам охлаждения рабочих камер, на которых со сторон поглощения и теплоотвода установлены ребра из теплопроводного материала, рабочее тело выполнено в виде гранул, обладающих свойством объемного расширения, объемный насос выполнен в виде попарно взаимосвязанных сильфонов через двуплечие рычаги, причем сильфоны, сопряженные шарнирно с меньшими плечами, снабжены возвратными пружинами и гидравлически сообщены с рабочими камерами, а сильфоны, сопряженные с большими плечами, сообщены через всасывающие и нагнетательные трубопроводы с водоприемной и водоемной емкостями. Кроме того, распределительное устройство содержит датчики давления с пьезоэлементами, установленные на сильфонах, сообщенных гидравлически с водоприемной емкостью, и электрически связанные с логическим блоком управления коммутирующими аппаратами, контакты которых подключены в цепь катушек электроклапанов.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленное гелиоустройство отличается тем, что водонапорная емкость дополнена гидрогенератором, в рабочие камеры введен материал в виде гранул с относительно высоким коэффициентом объемного расширения и сильфоны попарно взаимосвязаны посредством двуплечих рычагов. Кроме того, устройство отличается тем, что в нем предусматривается периодическое охлаждение рабочих камер и перекачка воды в водонапорную емкость в автоматическом режиме посредством датчиков давления и схемы управления процессом охлаждения камер. При этом эффективность энергопреобразования при прочих равных условиях в основном достигается за счет повышения производительности объемных насосов и в целом технологичности устройства.

На фиг. 1 показано предлагаемое гелиоустройство; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Энергопреобразующее гелиоустройство содержит теплоприемники 1 с рабочими камерами 2, заполненными гранулами с высоким коэффициентом объемного расширения, сильфоны 3 и 4 объемных насосов, датчики 5 давления с пьезоэлементами, сильфоны 6 и 7 с рабочей жидкостью, двуплечие рычаги 8, возвращающие (компенсирующие) пружины 9, всасывающий и нагнетательный трубопроводы 10 и 11, обратные клапаны 12 и 13, сообщающий трубопровод 14, водоприемную емкость 15, турбогенератор 16, отводящий трубопровод 17, электроклапаны 18 и 19 и трубопровод 20 для отвода воды из теплоприемников.

Кроме того, для обеспечения работы устройства в автоматическом режиме предусматривается система управления, которая содержит источник 21 электроэнергии, коммутирующий блок 22 в виде аппаратов электромагнитного типа и логический блок 23 управления аппаратами. Сущность логического блока управления заключается в том, что в нем предусматривается усиление и формирование электроимпульсов от пьезоэлементов датчиков давления 5, срабатывание электронных реле по схеме ИЛИ и подключение катушек электрических аппаратов коммутирующего блока 22 к источнику 21 электроэнергии.

Гелиоустройство работает следующим образом.

За счет энергии солнца в камерах повышается температура рабочей среды, состоящей, как уже отмечалось, из жидкости и гранул, например из термопластичного полимера с относительно высоким коэффициентом объемного расширения. Далее за счет объемного расширения рабочей среды возникает потенциальная энергия, которая через жидкостную среду сообщающих трубопроводов 14 приводит к перемещения сильфонов 7, связанных через двухплечие рычаги 8 с сильфонами 4. При сжатии последних также возникает потенциальная энергия, которая и обеспечивает перекачку воды в водоприемную емкость 15 через обратные клапаны 13 и напорный трубопровод 11.

После прекращения процесса расширения рабочей среды приостанавливается процесс перекачки воды в водоприемную емкость и в камерах сильфонов 4 наблюдается сброс давления. За счет этого на выходе датчика давления 5 появляется электроимпульс, который приводит к срабатыванию логического блока 23 управления, далее посредством коммутирующего блока 22 обеспечивается переключение электроклапанов 18 и 19 и естественно изменение порядка охлаждения рабочих камер. В соответствии с фиг. 1 прекращается охлаждение правых рабочих камер и обеспечивается охлаждение левых. После изменения порядка охлаждения рабочих камер обеспечивается перекачка воды в водоприемную емкость 15 посредством сильфонов 3 и 6.

Наряду с охлаждением рабочих камер предусматривается зашторивание их от солнца посредством подвижных штор 24 с автоматическим приводом (не показан). При этом охлаждение рабочей среды в правых камерах приводит к снижению их объема, перемещению сильфонов 7 и 4 в обратном порядке посредством пружин 9, забору воды из водоема через всасывающий трубопровод 10 и обратные клапаны 12.

Перечисленные режимы перемещения сильфонов многократно повторяются по мере поглощения солнечной энергии и ее теплоотвода потоком воды.

Интенсификация процесса теплопоглощения достигается за счет оребрения рабочих камер, использования тепличного эффекта и покрытия поверхностей в черный цвет, а тепловода - за счет оребрения и отвода тепла посредством охлаждения камер водяным потоком. Эффективность устройства в значительной степени достигается за счет использования материала с относительно высоким коэффициентом объемного расширения, автоматизации процесса перекачки воды и замкнутой системы охлаждения рабочих камер. (56) 1. Дэвинс Д. Энергия. М. : Энергоатомиздат, 1985, с. 139-147.

2. Авторское свидетельство СССР N 969958, кл. F 03 G 7/06, 1982.

Сущность изобретения: энергопреобразующее гелиоустройство, содержащее рабочие камеры, теплообменники, объемные насосы, водонапорную емкость, гидрогенератор и систему управления электроклапанами в контуре охлаждения рабочих камер, предназначено для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. Эффективность устройства в основном достигается за счет использования материала с относительно высоким коэффициентом объемного расширения с помощью замкнутой системы охлаждения рабочих камер и ее работоспособности при переменных потоках солнечной энергии, поступающих на поверхность земли. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ЭНЕРГОПРЕОБРАЗУЮЩЕЕ ГЕЛИОУСТРОЙСТВО, содержащее рабочие камеры, заполненные жидкостью с рабочим телом, размещенные под прозрачным покрытием теплоприемника и соединенные посредством всасывающего и нагнетательного трубопроводов через распределительное устройство с объемным насосом подачи жидкости с перепускными клапанами в водоемную и водоприемную емкости, отличающееся тем, что, оно снабжено узлом отбора мощности, выполненным в виде турбогенератора, установленного на выходе водоприемной емкости с патрубком отвода потока жидкости к зонам охлаждения рабочих камер, на которых со сторон теплопоглощения и теплоотвода установлены ребра из теплопроводного материала, рабочее тело выполнено в виде гранул, обладающих свойством объемного расширения, а объемный насос выполнен в виде попарно взаимосвязанных сильфонов через двуплечие рычаги, причем сильфоны, сопряженные шарнирно с меньшими плечами рычагов, снабжены возвратными пружинами и гидравлически сообщены с рабочими камерами, а сильфоны, сопряженные с большими плечами , сообщены через всасывающие и нагнетающие трубопроводы с водоприемной и водоемной емкостями. 2. Гелиоустройство по п. 1, отличающееся тем, что распределительное устройство содержит датчики давления с пьезоэлементами, установленные на сильфонах, сообщенных гидравлически с водоприемной емкостью, и электрически связанные с логическим блоком управления коммутирующими аппаратами, контакты которых подключены в цепь катушек электроклапанов.