ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2031486
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
Имя изобретателя: Гринь Николай Андреевич[UA]; Лобунец Юрий Николаевич[UA]; Струц Георгий Викентьевич[UA]
Имя патентообладателя: Отделение высокотемпературного преобразования энергии Института проблем энергосбережения АН Украины (UA)
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1991.04.01
Использование: в качестве источника электроэнергии малой мощности для питания
оборудования автономных океанических буев. Сущность изобретения: термоэлектрический
генератор для преобразования тепловой энергии океана в электрическую содержит
термоэлектрическую батарею, включающую горячий и холодный спаи, аккумулятор теплоты,
имеющий тепловой контакт с горячим спаем термоэлектрической батареи, балластную
емкость, расположенную над холодным спаем термоэлектрической батареи, выполненную с
открытой нижней частью и снабженную управляемым клапаном, связывающим верхнюю часть
емкости с окружающей средой.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к области термоэлектрического преобразования энергии, а
именно к термоэлектрическим генераторам (ТЭГ), предназначенным для обеспечения
электрической энергией океанических буев за счет использования естественных
перепадов температур между поверхностными и глубинными слоями океана.
Основная проблема при создании таких ТЭГ состоит в необходимости обеспечить
тепловое сопряжение спаев термоэлектрической батареи (ТЭБ) с водой поверхностных и
глубинных слоев, расстояние между которыми по вертикали при использовании
максимальной разности температур (полностью развитого термоклина) достигает 1000 м и
более.
Известен ТЭГ, в котором горячий и холодный спаи размещаются в поверхностных слоях
океана, а охлаждение холодного спая осуществляется путем прокачки воды из глубинных
слоев насосом с электропроводом [1].
Известен также ТЭГ, в котором тепловое сопряжение между холодным спаем ТЭБ и водой
глубинных слоев океана осуществляется в процессе фазовых превращений промежуточного
теплоносителя, а для возврата конденсата этого теплоносителя в поверхностные слои
также используется насос с электроприводом или осмотический насос [2].
Известен способ эксплуатации ТЭГ, заключающийся в нагреве горячего спая ТЭБ в
поверхностных слоях океана и охлаждении холодного спая ТЭБ теплоносителем,
перемещаемым из глубинных слоев океана циркуляционным насосом.
Недостаток известных устройств и способа их эксплуатации связан с затратами части
преобразуемой тепловой (осмотический насос) или полученной электрической (механический
насос с электроприводом) энергии на обеспечение циркуляции охлаждающего
теплоносителя.
Наиболее близок по технической сущности к изобретению ТЭГ [3], выбранный в качестве
прототипа и включающий ТЭБ, содержащую горячий и холодный спаи, систему трубопроводов
для циркуляции теплоносителя, аккумулятор теплоты, имеющий тепловой контакт с горячим
спаем ТЭБ. Способ эксплуатации заключается в зарядке аккумулятора теплоты, нагреве
горячих спаев ТЭБ и охлаждении холодных спаев водой глубинных слоев океана.
Недостаток этих устройств и способа их эксплуатации связан с необходимостью затрат
энергии на собственные нужды. Эти затраты выражаются в виде расхода электроэнергии на
привод насоса (части электроэнергии, генерируемой ТЭГ) или в потере части
располагаемого перепада температур между поверхностными и глубинными слоями океана,
пригодными для преобразования в электрическую энергию, если циркуляцию теплоносителя
осуществляют за счет осмотического насоса. В обоих случаях затраты энергии на
собственные нужды снижают общий КПД ТЭБ.
Цель изобретения - повышение КПД ТЭГ за счет исключения затрат энергии на собственные
нужды, связанные с необходимостью обеспечения циркуляции охлаждающего теплоносителя
между глубинными слоями океана и холодным спаем ТЭБ.
|
Поставленная цель достигается тем, что в генератор, включающий ТЭБ, содержащую горячий
и холодный спаи, аккумулятор теплоты, имеющий тепловой контакт с горячим спаем ТЭБ,
согласно изобретению дополнительно введены балластная емкость, расположенная над
холодным спаем ТЭБ, выполненная с открытой нижней частью и снабженная управляемым
клапаном, связывающим верхнюю часть емкости с окружающей средой.
На чертеже показан предлагаемый ТЭГ, где 1 - аккумулятор теплоты, 2 - балластная емкость, 3
- управляемый клапан, связывающий верхнюю часть балластной емкости с окружающей средой,
5 - холодный спай ТЭБ, 6 - ТЭБ, 7 - горячий спай ТЭБ.
Генератор содержит аккумулятор 1 теплоты, имеющий тепловой контакт с горячим спаем 7
ТЭБ 6. Балластная емкость 2 расположена таким образом, что ее открытая часть 4 находится
непосредственно над холодным спаем 5 ТЭБ 6. В балластной емкости 2 имеется управляемый
клапан 3, связывающий верхнюю часть этой емкости с окружающей средой.
|
Генератор работает следующим образом. В исходном состоянии ТЭГ погружен в
поверхностный слой океана и находится в состоянии покоя за счет нулевой плавучести.
Нулевая плавучесть обеспечивается благодаря наличию в верхней части балластной
емкости 2 некоторого количества газа (в исходном состоянии воздуха). В поверхностном
слое океана аккумулятор 1 теплоты заряжается за счет теплоты этого слоя. После зарядки
аккумулятора управляемый клапан 3 открывается газ, содержащийся в верхней части
балластной емкости 2, стравливается в окружающую среду и балластная емкость
заполняется водой - принимает балласт. После приема балласта плавучесть ТЭГ
уменьшается и он погружается в глубинные слои океана. Соотношение массы и объема (водоизмещения)
ТЭГ таковы, что он с принятым балластом имеет нулевую плавучесть на определенной (заданной)
глубине за счет увеличения плотности окружающей воды. В процессе погружения при
открытом клапане 3 происходит вентиляция балластной емкости 2 - тепловая вода
поверхностных слоев заменяется холодной водой глубинных слоев. После этого
управляемый клапан 3 закрывается.
Известно, что в глубинных слоях океана температура воды стабилизирована на уровне 4оС.
Следовательно, в глубинных слоях океана горячий спай 7 ТЭБ нагревается от аккумулятора
1 теплоты до температуры, равной температуре поверхностного слоя, а холодный 5
охлаждается водой глубинных слоев, что приводит к возникновению термоЭДС на спаях ТЭБ.
При охлаждении спая 5 ТЭБ водой глубинных слоев эта вода нагревается за счет отведенной
теплоты. При нагреве воды глубинных слоев океана, насыщенной углекислым и некоторыми
другими газами, происходит выделение этих газов. Выделившиеся газы накапливаются в
балластной емкости 2, которая своей открытой частью 4 расположена над холодным спаем 5
ТЭБ. При накоплении газов вода вытесняется из балластной емкости 2 через ее нижнюю
часть. Плавучесть ТЭГ увеличивается - ТЭГ поднимается в поверхностные слои океана. За
время, в течении которого ТЭГ находился в глубинных слоях океана, аккумулятор теплоты
зарядился теплотой низкого потенциала. При всплытии в поверхностные слои ТЭБ
генерирует ЭДС до момента зарядки аккумулятора теплоты. Для повторения цикла
необходимо открыть управляемый клапан 3 и стравить газ в окружающую среду.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР для преобразования тепловой энергии океана в
электрическую, включающий термоэлектрическую батарею, содержащую горячий и
холодный спаи, аккумулятор теплоты, имеющий тепловой контакт с горячим спаем
термоэлектрической батареи, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД за счет
исключения затрат энергии на собственные нужды, в него дополнительно введена
балластная емкость, расположенная над холодным спаем термоэлектрической батареи,
выполненная с открытой нижней частью и снабженная управляемым клапаном, связывающим
верхнюю часть емкости с окружающей средой.
Версия для печати
Дата публикации 24.01.2007гг
вверх
|
