ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2004 года по МПК F24J2/42 

Изобретение относится к энергетике и предназначено для производства электроэнергии и тепла путем использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии: теплового солнечного излучения и потоков воздуха.

Известна энергетическая установка, использующая для своей работы наряду с энергией ветра тепловое солнечное излучение [1]. Установка состоит из бассейна с водой, установленной над ним вытяжной колонны с расположенным в ее нижней части воздухоподогревающим входным коллектором и размещенной в ее горловине лопаточной воздушной турбиной, которая, с целью повышения КПД, дополнительно содержит размещенный под турбиной и связанный с валом компрессор, установленный под ним воздушно-водяной теплообменник, кроме того, коллектор соединен с теплопередающим устройством, выполненным в виде конусообразного элемента, наружная стенка которого выполнена прозрачной, а внутренняя - светопоглощающей.

Недостатком данной установки является зависимость ее работоспособности от наличия ветра, открытости местности и интенсивности солнечного излучения, что обусловливает ограничение области применения установки. Кроме того, в данной энергетической установке не в полной мере используются доступные ресурсы энергии, а также она может быть использована только для производства тепла.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому техническому решению является электроэнергетическая установка, выбранная в качестве прототипа, которая содержит блок преобразования механической энергии в электрическую, выполненный в виде рамы с лопастями, с присоединенным к нему электрогенератором и блок преобразования лучистой энергии солнца, выполненный в виде вертикально установленной трубы, изготовленной из двух разных материалов, состыкованных по продольному сечению трубы, один из них - прозрачный, а другой - с внутренней поверхностью с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии, кроме того, для усиления тяги в часы недостаточного подогрева солнечными лучами в нижней части трубы установлена горелка [2].

Недостатком прототипа является то, что энергетические показатели данной установки в значительной степени зависят от места ее расположения, отсутствует полная независимость работоспособности установки от солнечного излучения. Кроме того, при работе данной электроэнергетической установки имеются большие потери тепла, которые безвозвратно рассеиваются в атмосфере и рационально не используются, а также данная установка может производить только электроэнергию.

Целью изобретения является создание экономичной ресурсосберегающей энергетической установки для производства электроэнергии и тепла путем использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии: теплового солнечного излучения и потоков воздуха, повышение КПД установки за счет стабилизации тяги и рационального использования потерь тепла, выделяемых в процессе ее работы.

Поставленная цель достигается тем, что энергетическая установка, содержащая: резервуар с тепловым аккумулятором, блок преобразования лучистой энергии солнца в механическую энергию через тепловую, выполненный в виде конусообразного элемента с вытяжной трубой, наружная стенка которого выполнена прозрачной, а внутренняя - из материала с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии, блок преобразования механической энергии в электрическую, состоящий из закрепленного на вертикальном валу ветроколеса, расположенного в вытяжной трубе, и присоединенного к нему электрогенератора, установку для сжигания топлива, соединенную с потребителем электроэнергии, дополнительно содержит электронагреватель, установленный в резервуаре с тепловым аккумулятором, соединенный приводами с генератором, первый теплообменник, расположенный в пространстве между прозрачной и светопоглощающей поверхностями по всей площади конуса и соединенный при помощи напорного и сливного трубопроводов, размещенных внутри установки, соответственно с первым насосом через всасывающий трубопровод и резервуаром с тепловым аккумулятором, второй теплообменник с охлажденным теплоносителем, размещенный вдоль нижнего основания конуса, третий теплообменник, изолированный от проникновения тепла извне и установленный на выходе из вытяжной трубы, сообщенный при помощи напорного и сливного трубопроводов со вторым насосом и вторым теплообменником, причем второй насос соединен через всасывающий трубопровод со вторым теплообменником, четвертый теплообменник, подогреваемый установкой для сжигания топлива, вход которого подключен к выходу первого теплообменника, а выход - к всасывающему трубопроводу резервуара с тепловым аккумулятором, потребитель тепла, вход которого соединен с выходом первого теплообменника, а выход - со вторым входом резервуара с тепловым аккумулятором.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлен общий вид энергетической установки.

Энергетическая установка для производства электроэнергии и тепла (фиг.1) содержит резервуар 1 с тепловым аккумулятором, блок 2 преобразования лучистой энергии солнца в механическую энергию через тепловую, блок 3 преобразования механической энергии в электрическую. Блок 2 выполнен в виде конусообразного элемента 4, по всей площади основания которого расположены воздухозаборные жалюзи 5, с установленной над ним вытяжной трубой 6. Наружная стенка 7 конусообразного элемента 4 изготовлена из прозрачного материала, внутренняя стенка 8 - из материала с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии. Блок 3 преобразования механической энергии в электрическую состоит из закрепленного на вертикальном валу ветроколеса 9, расположенного в вытяжной трубе 6, и присоединенного к нему электрогенератора 10, от которого осуществляется питание потребителя электроэнергии 11.

Установка также содержит установленный в резервуаре 1 с тепловым аккумулятором электронагреватель 12, соединенный приводами с генератором 10, расположенный в пространстве между прозрачной 7 и светопоглощающей 8 поверхностями по всей площади конуса 4 первый теплообменник 13, соединенный при помощи напорного 14 и сливного 15 трубопроводов, размещенных внутри установки, соответственно с первым насосом 16 через всасывающий трубопровод 17 и резервуаром 1 с тепловым аккумулятором. Вдоль нижнего основания конусообразного элемента 4 размещен второй теплообменник 18с охлажденным теплоносителем, а на выходе из вытяжной трубы 6 установлен третий теплообменник 19, изолированный от проникновения тепла извне, сообщенный при помощи напорного 20 и сливного 21 трубопроводов со вторым насосом 22 и вторым теплообменником 18, причем второй насос 22 соединен через всасывающий трубопровод 23. Энергетическая установка дополнительно снабжена четвертым теплообменником 24, подогреваемым установкой для сжигания топлива 25, вход которого подключен к выходу первого теплообменника 13, а выход - к всасывающему трубопроводу 17 резервуара 1 с тепловым аккумулятором. Имеющийся потребитель тепла 26 входом соединен с выходом первого теплообменника 13, а выходом - со вторым входом резервуара 1 с тепловым аккумулятором.

Установка работает следующим образом. При работе энергетическая установка использует как солнечную, так и ветровую энергию. Ветер любого направления (V) через воздухозаборные жалюзи 5 попадает в пространство между прозрачной 7 и светопоглощающей 8 поверхностями конусообразного элемента 4. В то же время лучи солнца (S), освещая поверхность конуса 4, проходят сквозь прозрачную поверхность 7 и поглощаются через поверхность из материала с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии 8, вследствие нагрева которой лучистая энергия солнца преобразуется в тепловую, воздух в пространстве между поверхностями нагревается и приводит к созданию потока его в направлении вдоль установки снизу вверх (V).

Лучистая энергия солнца преобразуется в механическую энергию перемещения воздуха, за счет этого создается дополнительная топочная тяга. Под действием нагретого потока воздуха ветроколесо 9 блока 3 преобразования механической энергии в электрическую начинает вращаться и приводит в действие электрогенератор 10. Вырабатываемая электроэнергия направляется к потребителю электроэнергии 11. Мощность такой установки зависит от площади поверхности конусообразного элемента и интенсивности солнечных лучей. Однако для уменьшения зависимости работы установки от интенсивности солнечного излучения она дополнительно содержит электронагреватель 12, установленный в резервуаре 1 с тепловым аккумулятором, соединенный приводами с генератором 10, часть вырабатываемой электроэнергии от которого поступает на нагрев теплоносителя в резервуаре, теплообменник 13, расположенный в пространстве между прозрачной 7 и светопоглощающей 8 поверхностями по всей площади конуса 4. Подогретый в резервуаре 1 теплоноситель при помощи насоса 16 через всасывающий трубопровод 17 по напорному трубопроводу 14 поступает в теплообменник 13, где дополнительно нагревается за счет солнечного излучения, затем через сливной трубопровод 15 часть тепла направляется к потребителю тепла 26, а остальной теплоноситель возвращается в резервуар 1 с тепловым аккумулятором.

Кроме того, для усиления тяги за счет разности температур нагретых газов внутри установки и атмосферного воздуха на выходе из вытяжной трубы 6 установлен теплообменник 19, изолированный от проникновения тепла извне, связанный с теплообменником 18 с охлажденным теплоносителем, размещенным вдоль нижнего основания конуса 4, при помощи напорного 20 и сливного 21 трубопроводов. Охлажденный теплоноситель при помощи насоса 22 через всасывающий трубопровод 23 по напорному трубопроводу 20 поступает в теплообменник 19, где охлаждает воздух, в то же время, нагреваясь газами, выходящими из установки, возвращается через сливной трубопровод 21 обратно в теплообменник 18. Подпитка холодной водой осуществляется от источника холодной воды. Кроме того, для более эффективного использования установки в часы недостаточного подогрева солнечными лучами, особенно в ночные часы, а также в осеннее и зимнее времена года, энергетическая установка дополнительно снабжена теплообменником 24, подогреваемым установкой для сжигания топлива 25, вход которого подключен к выходу теплообменника 13, а выход - к всасывающему трубопроводу 17 резервуара 1 с тепловым аккумулятором. Следует отметить, что все трубопроводы проложены внутри установки, что позволяет использовать тепловые потери, выделяющиеся в процессе ее работы, для совершения полезной работы ветроколесом 9. Дополнительная теплота поступает также и от резервуара 1 с тепловым аккумулятором.

Таким образом, применение предлагаемой энергетической установки, по сравнению с прототипом, позволяет вырабатывать, используя нетрадиционные источники энергии, не только электроэнергию, но еще и тепло. Кроме того, снижается зависимость работы установки от интенсивности солнечного излучения, рационально используются потери тепла, выделяемые в процессе ее работы, стабилизируется тяга. Благодаря этому повышается КПД энергетической установки и расширяется область ее применения.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР 1460402, F 03 D 9/00, 1987, БИ № 7, 1989.

2. Патент Российской Федерации 2168061, F 03 D 9/00, 14.07.1998, опубл. 27.05.2001.

Изобретение относится к энергетике и предназначено для производства электроэнергии и тепла путем использования теплового солнечного излучения и потоков воздуха. Установка содержит новые дополнительные элементы и связи: электронагреватель, установленный в резервуаре с тепловым аккумулятором, соединенный приводами с генератором, первый теплообменник, расположенный в пространстве между прозрачной и светопоглощающей поверхностями по всей площади конуса и соединенный при помощи напорного и сливного трубопроводов, размещенных внутри установки, соответственно с первым насосом через всасывающий трубопровод и с резервуаром с тепловым аккумулятором, второй теплообменник с охлажденным теплоносителем, размещенный вдоль нижнего основания конуса, третий теплообменник, изолированный от проникновения тепла извне и установленный на выходе из вытяжной трубы, сообщенный при помощи напорного и сливного трубопроводов со вторым насосом и вторым теплообменником, причем первый и четвертый теплообменники соединены между собой, с аккумулятором тепла и с потребителем, а второй теплообменник соединен с третьим теплообменником. Использование установки должно обеспечить повышение КПД за счет стабилизации тяги и рационального использования тепла. 1 ил.

Энергетическая установка для производства электроэнергии и тепла, содержащая резервуар с тепловым аккумулятором, блок преобразования лучистой энергии солнца в механическую энергию через тепловую, выполненный в виде конусообразного элемента с вытяжной трубой, наружная стенка которого выполнена прозрачной, а внутренняя - из материала с наибольшей степенью поглощения лучистой энергии, блок преобразования механической энергии в электрическую, состоящий из закрепленного на вертикальном валу ветроколеса, расположенного в вытяжной трубе, и присоединенного к нему электрогенератора, установку для сжигания топлива, соединенную с потребителем электроэнергии, отличающаяся тем, что установка дополнительно содержит электронагреватель, установленный в резервуаре с тепловым аккумулятором, соединенный приводами с генератором, первый теплообменник, расположенный в пространстве между прозрачной и светопоглощающей поверхностями по всей площади конуса и соединенный при помощи напорного и сливного трубопроводов, размещенных внутри установки, соответственно с первым насосом через всасывающий трубопровод и резервуаром с тепловым аккумулятором, второй теплообменник с охлажденным теплоносителем, размещенный вдоль нижнего основания конуса, третий теплообменник, изолированный от проникновения тепла извне и установленный на выходе из вытяжной трубы, сообщенный при помощи напорного и сливного трубопроводов со вторым насосом и вторым теплообменником, причем второй насос соединен через всасывающий трубопровод со вторым теплообменником, четвертый теплообменник, подогреваемый установкой для сжигания топлива, вход которого подключен к выходу первого теплообменника, а выход - к всасывающему трубопроводу резервуара с тепловым аккумулятором, потребитель тепла, вход которого соединен с выходом первого теплообменника, а выход - со вторым входом резервуара с тепловым аккумулятором.