ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2232950
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
Имя изобретателя: Булычев А.В. (RU); Кукарин А.К. (RU); Третьяков В.Л. (RU)
Имя патентообладателя: Булычев Александр Витальевич (RU); Кукарин Андрей Кимович (RU); Третьяков Владимир Львович
Адрес для переписки: 160034, г.Вологда, ул. Ленинградская, 113, кв.8, А.В.Булычеву
Дата начала действия патента: 2002.09.30
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.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
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.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
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.
Версия для печати
Дата публикации 07.01.2007гг
вверх
|
