ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2279558
УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ТЕПЛА
В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ
Имя изобретателя: Аллаяров Артур Фирдаусович (RU); Бадамшин Ильдар Хайдарович (RU
Имя патентообладателя: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Адрес для переписки: 450000, Республика Башкортастан, г.Уфа, ул. К. Маркса, 12, УГАТУ, отдел интеллектуальной собственности, В.П.Ефремовой
Дата начала действия патента: 2000.01.01
Изобретение относится к
теплоэнергетике, в частности к установкам
для преобразования низкопотенциальной
энергии в электрическую. Установка для
преобразования низкопотенциального тепла
в электрическую энергию содержит корпус,
термоэлектрические модули, соединенные с
аккумуляторной батареей,
термоэлектрические модули расположены за
калорифером газотурбинной электростанции,
состоящей из последовательно
установленных компрессора, камеры сгорания,
турбины, свободной турбины и
электрогенератора и тепловой насос.
Изобретение позволяет расширить
функциональные возможности преобразования
низкопотенциального тепла в электрическую
энергию и повысить КПД установки.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к
теплоэнергетике, в частности к установкам
для преобразования низкопотенциальной
энергии в электрическую.
Известен термоэлектрический
генератор, преобразующий тепло сжигания
топлива, включающий камеру каталитического
сжигания топлива, содержащую катализатор,
термоэлектрические преобразователи,
источник топлива, средства для смешения
топлива с воздухом и средства для подачи
горючей смеси в камеру каталитического
сжигания, средства для предварительного
нагревания катализатора до температуры
каталитической реакции окисления топлива,
например электрический нагреватель, и
средства для его отключения после
достижения температуры каталитической
реакции, заключенные между двумя
керамическими или металлическими
пластинами, камера каталитического
сжигания образована, по крайней мере, одним
термоэлектрическим преобразователем и
катализатор нанесен на
высокотемпературную поверхность
термоэлектрического преобразователя.
(Патент RU №2197054 МПК H 02 N 3/00, публикация
20.01.2003)
Недостатком генератора являются большие
потери в связи с теплопроводностью
термоэлементов, высокая температура
горения, что снижает ресурс
термоэлектрических модулей и требует
частой замены, а также ограниченные
функциональные возможности.
Аналогом также является
теплоэлектрогенератор, включающий корпус-нагреватель
с камерой горения и водяной рубашкой, блок
вентилятора с двигателем, ротором, входным
и выходным воздушными патрубками,
размещенными термоэлектрическими модулями
с возможностью подачи электроэнергии на
двигатель блока вентилятора и внешние
потребители, ротор снабжен
плоскопараллельными дисками, отделенными
от камеры горения герметичной
разделительной стенкой с укрепленными на
ней и на горизонтальных поверхностях
камеры сгорания упомянутыми
термоэлектрическими модулями, а со стороны
ротора на герметической разделительной
стенке выполнены теплосъемные пластины,
расположенные в воздушных промежутках
между плоскопараллельными дисками.
Техническим результатом аналога является
возможность получения от одного генератора
трех энергоносителей - горячей воды,
горячего воздуха, электроэнергии,
повышение технологичности использования,
упрощение запуска в работу, повышение
экологичности и безопасности
использования.
(Патент RU №2166702 МПК F 24 H 6/00, публикация
10.05.2001)
Также известен аналог -
термоэлектрический генератор, содержащий
узел нагревателя, узел охладителя и батареи
термоэлементов, выполненные в виде модулей,
которые собраны в блок, размещенный между
узлами нагревателя и охладителя. Узел
нагревателя может быть выполнен полым, что
дает возможность устанавливать его на
выхлопной трубе двигателя внутреннего
сгорания или дизеля. Предложенная
конструкция в сочетании с 4-компонентным
материалом термоэлементов обеспечивает
получение компактного генератора, который
легко размещается как в корпусе судов в
месте размещения выхлопной трубы, так и
автомобиля. При этом в зависимости от
мощности двигателя можно получить
генератор с выходной мощностью 10-30 кВт и
более и с КПД порядка 10%. Изобретение может
быть использовано в ТЭГ, применяемых с
целью утилизации отработавшего тепла
ядерных реакторов, двигателей внутреннего
сгорания (ДВС), дизельных и других тепловых
двигателей.
(Патент RU №2191447 МПК Н 01 L 35/2, публикация
20.10.2002)
Недостатком этих аналогов являются
ограниченные функциональные возможности в
связи с использованием термоэлектрических
модулей как основного источника
электрической энергии.
Наиболее близким по технической сущности
и достигаемому результату к заявляемому
является установка для преобразования
низкопотенциального тепла в электрическую
энергию, выполненная в виде системы выпуска
двигателя внутреннего сгорания, которая
содержит корпус, входной патрубок, сопло
Лаваля, термоэлектрогенератор с
радиаторами и термоэлементами, соединенный
с аккумуляторной батареей, вихревую
регулируемую трубу, кольцевые сопла Лаваля,
в которых на расширяющихся конических
поверхностях установлены направляющие,
которые придают газовым потокам
противоположные движения газов по
траектории расширяющейся винтовой спирали,
а термоэлектрогенератор соединен с
аккумуляторной батареей при помощи диода.
Холодные спаи термоэлементов
термоэлектрогенератора охлаждаются
потоком набегающего воздуха с помощью
сопла Лаваля или жидкостью. Изобретение
позволяет повысить эффективность системы,
улучшить утилизацию бросовой тепловой
энергии путем превращения ее части в
электрическую для подзарядки
аккумуляторной батареи, предотвратить
разряд аккумуляторной батареи на
термоэлектрогенератор.
(Патент RU №2081337 МПК F 01 N 5/02, 3/04, публикация
10.06.97)
Недостатком прототипа является его
ограниченные функциональные возможности.
Задачи изобретения - расширение
функциональных возможностей и повышение
КПД, за счет применения термоэлектрических
модулей и теплового насоса.
Поставленная задача достигается тем, что
в установке для преобразования
низкопотенциального тепла в электрическую
энергию, содержащей корпус,
термоэлектрические модули, соединенные с
аккумуляторной батареей, в отличие от
прототипа, устанавливают тепловой насос за
термоэлектрическими модулями, а
термоэлектрические модули расположены за
калорифером газотурбинной электростанции,
состоящей из последовательно
установленных компрессора, камеры сгорания,
турбины, свободной турбины и
электрогенератора.
На чертеже приведена схема установки.
 |
Сущность изобретения заключается в
преобразовании энергии бросовых газов в
полезную электрическую энергию при помощи
термоэлектрических модулей и теплового
насоса.
Установка включает в себя газотурбинную
электростанцию, состоящую из компрессора 1,
жестко соединенного с турбиной 2, камеры
сгорания 3, свободной турбины 4, приводящей
во вращение электрогенератор 5, калорифера 6
и термоэлектрических модулей 7, за которыми
устанавливается тепловой насос 8.
Установка работает следующим образом.
Воздух сжимается компрессором 1 и под
давлением подается в камеру сгорания 3. Туда
же, и тоже под давлением, впрыскивают
горючее и поджигают его. Горячие газы
выходят из камеры сгорания 3, вращают
турбину 2 и свободную турбину 4. Турбина 2 в
свою очередь через вал вращает компрессор 1,
сжимающий воздух, а свободная турбина 4
приводит во вращение электрогенератор 5.
Далее горячие газы отдают часть тепла
калориферу 6, термоэлектрическим модулям 7 и
тепловому насосу 8.
Газотурбинная электростанция, например
ГТЭ 10-95, имеет полезную электрическую
мощность 10 МВт и тепловую энергию 15 МВт. В
итоге 83% энергии топлива, сгоревшего в
двигателе, превращается в полезную энергию.
Остальная энергия выбрасывается в
выхлопную трубу и затрачивается на работу
трения.
|
Для доказательства повышения КПД
установки проведем расчеты.
Примем следующие параметры ГТУ:
Тогда теряемая мощность составит:
N=G·L=G·Cp ·(Tг-Tх)=70·1100·(500-300)=15400000
Bт=15,4 МВт.
Принимая КПД термоэлементов 3%, получим
электрическую мощность, снимаемую с
термоэлектрических модулей 15,4·0,03=0,5 МВт.
Таким образом, с использованием
термоэлектрических модулей КПД
газотурбинной электростанции повышается
на 2%.
При использовании теплового насоса
оставшееся тепло, это 15,4-0,5=14,9 МВт, можно
преобразовать в полезную энергию. Считая
КПД теплового насоса 10%, получим 0,1·14,9=1,49 МВт.
Таким образом, с использованием теплового
насоса КПД установки повышается на 6%.
Итак, полученное изобретение позволяет
расширить функциональные возможности и
повысить КПД за счет использования
термоэлектрических модулей и теплового
насоса как дополнительных источников
энергии.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Установка для пребразования
низкопотенциального тепла в электрическую
энергию, содержащая корпус,
термоэлектрические модули, соединенные с
аккумуляторной батареей, отличающаяся тем,
что содержит тепловой насос, расположенный
за термоэлектрическими модулями, а
термоэлектрические модули расположены за
калорифером газотурбинной электростанции,
состоящей из последовательно
установленных компрессора, камеры сгорания,
турбины, свободной турбины и
электрогенератора.
Версия для печати
Дата публикации 02.12.2006гг
вверх
|
