ТЕПЛОВОЙ АККУМУЛЯТОР ЭНЕРГИИ Российский патент 1995 года по МПК F24H7/00 

Изобретение относится к хранению тепла и может быть использовано для получения электроэнергии, горячего водоснабжения, отопления и т.д.

Известны тепловые аккумуляторы энергии с подземными аккумулирующими резервуарами, например, в соляных полостях, которые практически герметичны и могут быть использованы для аккумулирования сжатого воздуха без облицовки [1].

Известны аккумуляторы солнечной энергии, резервуаром которого является полость в скальных породах, содержащая 100 тыс.м³ воды, имеющая кольцевую форму и нетеплоизолированная. Прилежащие к полости слои скальной породы принимают участие в тепловом аккумулировании энергии [2].

Известны также аккумуляторы с твердой аккумулирующей средой в виде насадок (матриц), через которые проходят и омывают ее попеременно два газовых потока. Насадки располагают в шахматном или сотовом порядке [3].

Наиболее близким техническим решением является тепловой аккумулятор солнечной установки на 10 МВт в г.Барстоу (США). Аккумулирующий резервуар выполнен в виде цилиндрического сосуда объемом 3058 м³, аккумулирующая среда выполнена из гранитной щебенки в количестве 6100 т, а в качестве теплоносителя используют масло в объеме 712 м³. Сосуд аккумулятора заряжается острым паром при температуре 510^о С, который затем охлаждается до 348^о С, конденсат покидает систему при 226^о С. В режиме разрядки питательная вода с температурой 127^о С поступает в разрядный теплообменник, где образуется слегка перегретый пар, имеющий температуру 277^о С и давление 2,7 МПа, который направляется к турбине [4].

Недостатком данной станции является то, что она не может работать как сезонный аккумулятор, кроме того, данный тип аккумулятора требует большого количества масла в качестве теплоносителя.

В данном изобретении решается задача создания теплового аккумулятора энергии с использованием дешевых твердых аккумулирующих материалов, способных отдавать тепло в течение длительного времени.

Достигается это тем, что в тепловом аккумуляторе энергии, содержащем резервуар, заполненный уложенным вразброс теплоаккумулирующим материалом, в качестве которого могут быть использованы каменные породы, негорючие твердые отходы, вскрышные породы горнодобывающей промышленности, а также теплообменник, подключенный зарядной стороной к солнечным коллекторам, а разрядной стороной - к паросиловой части солнечной электростанции, согласно изобретению, разрядная сторона теплообменника содержит дополнительно размещенный в теплоаккумулирующем материале нагреватель, а в качестве резервуара использована полость в грунте.

На фиг.1 изображен общий вид аккумулятора; на фиг.2 - схема электростанции, работающей на солнечном аккумуляторе.

Тепловой аккумулятор энергии состоит из резервуара 1, в качестве которого используют естественные полости в грунте, искусственные котлованы, заброшенные карьеры и т.д. В резервуаре 1 установлен теплообменник 2, выполненный, например, в виде спирального трубопровода, заполненного минеральным или синтетическим маслом в качестве теплоносителя. Резервуар 1 заполнен твердым аккумулирующим материалом 3, в качестве которого используют гранитный, базальтовый, туфовый и другие отходы камнедобывающей и обрабатывающей промышленности, битый кирпич, битое стекло и любые другие негорючие отходы промышленности, а также вскрышные породы горнодобывающей промышленности. Стенки 4 резервуара 1 могут не бетонироваться и не изолироваться. Теплообменник 2 подключен к источнику энергии, в частности к солнечным коллекторам 5.

Работа теплового аккумулятора энергии показана на примере солнечной электростанции.

Теплообменник 2 контура зарядки 6, проходя через твердый аккумулирующий материал 3 соединен с солнечными коллекторами 5. Контур разрядки 7, также проходящий через аккумулирующий материал 3, последовательно подключен к блокам пароперегревателя 8, испарителя 9, экономайзера 10. Блок пароперегревателя 8 соединен с паровой турбиной 11, вращение которой посредством генератора 12 преобразуется в электрическую энергию. К турбине 11 подключен также блок конденсации 13, соединенный через деаэратор 14 с экономайзером 10.

Станция работает следующим образом.

Поглощаемая параболическими концентраторами 5 солнечная энергия через теплообменник 2 контура зарядки 6 передает в аккумулирующий материал 3, нагревая его. При этом температура масла в теплообменнике 2 достигает 250-300^о М. В районах с высоким дневным поступлением суммарной солнечной радиации, например, в г.Ереване, продолжительность солнечного сияния составляет свыше 2700 с в году, что обеспечивает сезонную аккумуляцию энергии в значительном объеме твердого материала. В таблицеприводятся данные о теплоаккумулирующих свойствах некоторых материалов.

В течение сезона температура аккумулирующего материала достигает 300^о С, причем тепловая энергия от теплообменного трубопровода 2 передается по всему объему резервуара 1 посредством самого аккумулирующего материала 3, т. е. теплоносителем в данном случае является сам твердый материал. Расчеты показывают, что для сезонного аккумулирования резервуара объемом 100 тыс.м³ требуются солнечные концентраторы 5 общей площадью 40 тыс.м².

Разрядку аккумулятора производят через контур разрядки 7 или раздельно или одновременно с зарядкой. Питательная вода с температурой около 100^о С, проходя через блоки экономайзеpа 10, испарителя 9, пароперегревателя 8, через которые в обратном порядке проходит контур разрядки 7, доходит до состояния острого пара с температурой до 300^о С, после чего поступает на турбины 11 генератора 12. Охлажденный до 120^о С пар поступает в конденсатор 13, где охлаждается до 80^о С. Вода из конденсатора 13 поступает в деаэратор 14, где очищается и снова поступает на экономайзер 10, и цикл повторяется. Одновременно аккумулятор можно использовать для горячего водоснабжения, отопления и т.д.

Таким образом, накопив тепловую энергию в течение летнего (весна-лето-осень), т.е. в дни высокой солнечной радиации, можно ее эффективно использовать в течение зимнего сезона.

Использование: при аккумулировании тепла, используемого для отопления, горячего водоснабжения, получения электроэнергии. Сущность изобретения: тепловой аккумулятор содержит резервуар 1, заполненный вразброс твердой аккумулирующей средой 3, в качестве которой могут быть выбраны каменные породы, негорючие твердые отходы, вскрытие породы горнодобывающей промышленности, а также теплообменник 2, подключенный разрядной стороной к источнику 5 солнечной энергии, а разрядной стороной - к паросиловой части солнечной электроэнергии. При этом разрядная сторона теплообменника образована дополнительно размещенным в упомянутой аккумулирующей среде нагревателем, заполненным теплоносителем. 2 ил., 1 табл.

ТЕПЛОВОЙ АККУМУЛЯТОР ЭНЕРГИИ, содержащий резервуар, заполненный вразброс твердой аккумулирующей средой, в качестве которой могут быть выбраны каменные породы, негорючие твердые отходы, вскрышные породы горнодобывающей промышленности, а также теплообменник, подключенный зарядной стороной к источнику солнечной энергии, а разрядной стороной - к паросиловой части солнечной электростанции, и теплоноситель, отличающийся тем, что разрядная сторона теплообменника образована дополнительно размещенным в упомянутой аккумулирующей среде нагревателем, заполненным упомянутым теплоносителем, а в качестве резервуара использована полость в грунте.