Универсальная гелиотермоэлектростанция

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для утилизации тепловой энергии природных источников, а именно для прямой трансформации солнечной энергии в электрическую в различных условиях. Гелиотермоэлектростанция содержит прямоугольную плоскость, собранную из прямоугольных секций, каждая из которых представляет собой фототеплотрубнотермоэлектрический преобразователь, покрытый гидроизоляционной пленкой, внутри которой помещены фотоэлемент, присоединенный своей тыльной стороной к теплотрубному теплообменнику, выполненному в форме прямоугольного корпуса, крышка и днище которого покрыты изнутри решеткой, выполненной из полос капиллярного материала, частично заполненного рабочей жидкостью, в полости корпуса решетки крышки и днища соединены между собой вертикальными фитилями, также частично заполненными рабочей жидкостью и покрытыми цилиндрическим кожухами с треугольными прорезями, выполненными на их верхних и нижних торцах и прикрепленными к крышке и днищу корпуса. Изобретение обеспечивает эффективности универсальной гелиотермоэлектростанции 7 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для утилизации тепловой энергии природных источников, а именно, для прямой трансформации солнечной энергии в электрическую в различных условиях.

Известна теплотрубная гелиотермоэлектростанция, включающая поддон с отверстием в днище, закрытый сверху крышкой, выполненной из материала с высокой тепловодностью и покрытой фотоэлементами, внутренняя сторона которой покрыта решеткой, выполненной из полос пористого материала, при этом отверстие поддона соединено с верхним торцом вертикальной трубы, нижний торец которой заглушен, выполненной из материала с высокой тепловодностью, погруженной в грунт на глубину Н, в центре которой помещена подъемная труба, заполненная вышеупомянутым пористым материалом, верхний и нижний торцы подъемной трубы отступают от нижнего торца вертикальной трубы и внутренней поверхности крышки поддона на расстояние ∆, образуя щели, пространство которых также заполнено пористым материалом, соприкасающимся с нижним торцом внизу и решеткой верхней крышки вверху, причем стенка вертикальной трубы выполнена с вертикальными гофрами, внутри каждого гофра размещены вертикальные пазы длиной L, в каждый из которых вставлен вертикальный термоэлектрический преобразователь, выполненный из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, в массиве которого помещена контурная арматура, состоящая из термоэмиссионных элементов, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, спаянные на концах между собой таким образом, что их спаи согнуты под углом 900 а сами проволочные отрезки расположены параллельно друг другу, образуя П–образные ряды, нижние крайние проволочные отрезки каждой пары П–образных рядов термоэлектрических преобразователей, соединены между собой перемычками, сверху каждая пара П–образных рядов, соединены между собой через электрические конденсаторы, первый и последний из которых и фотоэлементы соединены с выходными коллекторами, накопительным блоком и потребителем [Патент РФ №2630363, МПК E 04 C2/26, 2017].

Основными недостатками известной теплотрубной гелиотермоэлектростанции являются ее жесткая привязка к определенному участку местности, что резко ограничивает диапазон ее использования и снижает эффективность.

Более близким к предлагаемому изобретению является походная гелиотермоэлектростанция, включающая ковер (плоскость), собранный из прямоугольных секций, каждая из которых представляет собой фототермоэлектрический преобразователь, покрытый гидроизоляционной пленкой, внутри которой помещены фотоэлемент, присоединенный своей тыльной стороной к наружной стороне корпуса термоэлектрического преобразователя, выполненного из диэлектрического материала с высокой теплопроводностью, в массиве которого помещена контурная арматура, состоящая из термоэмиссионных элементов, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов М1 и М2, спаянные на концах между собой таким образом, что их спаи согнуты под углом 900 и располагаются вблизи наружной поверхности корпуса термоэлектрического преобразователя параллельно ей, не касаясь ее, а сами парные проволочные отрезки расположены параллельно друг другу, образуя П–образные ряды, крайние проволочные отрезки крайних П–образных рядов термоэлектрических преобразователей и фотоэлементы через свои клеммы в каждом вертикальном ряду фототермоэлектрических преобразователей ковра соединены между собой последовательно через электрические конденсаторы, перемычки с выходными коллекторами, выходные клеммы которых, в свою очередь, соединены с накопительным блоком [Патент РФ №2622425, МПК E 04 C2/26, 2017].

Основным недостатком известной походной гелиотермоэлектростанции является невозможность использования тепла, выделяющегося из фотоэлементов при генерации электричества, что снижает ее эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются повышение эффективности универсальной гелиотермоэлектростанции.

Технический результат достигается универсальной гелиотермоэлектростанцией, содержащей прямоугольную плоскость, собранную из прямоугольных секций, каждая из которых представляет собой фототеплотрубнотермоэлектрический преобразователь, покрытый гидроизоляционной пленкой, внутри которой помещены фотоэлемент, соединенный перемычками с коллекторами одноименных зарядов и присоединенный своей тыльной стороной к теплотрубному теплообменнику, выполненному в форме прямоугольного корпуса, крышка и днище которого покрыты изнутри решеткой, выполненной из полос капиллярного материала, частично заполненного рабочей жидкостью, в полости корпуса решетки крышки и днища соединены между собой вертикальными фитилями, также частично заполненными рабочей жидкостью и покрытыми цилиндрическим кожухами с треугольными прорезями на их верхних и нижних торцах и прикрепленными к крышке и днищу корпуса, причем внутренняя поверхность крышки и днища корпуса теплотрубного теплообменника, покрытые решеткой, составляют зоны испарения и конденсации, соответственно, а фитили образуют зону транспорта, к наружной стороне днища теплотрубного теплообменника примыкают плоские термоэлектрические преобразователи, к внешней стороне которых прижаты радиаторы, перемычки с коллекторами одноименных зарядов плоских термоэлектрических преобразователей и фотоэлементов, в свою очередь, соединены с накопительным блоком.

На фиг. 1–7 представлена универсальная гелиотермоэлектростанция (УГТЭС): на фиг. 1, 2 – общий вид и разрез УГТЭС; на фиг. 3,4 – фототеплотрубнотермоэлектрический преобразователь (ФТТТЭП) и его разрез; на фиг. 5–7 – основные узлы ФТТТЭП.

Предлагаемая универсальная гелиотермоэлектростанция (УГТЭС) содержит плоскость 1, собранную из прямоугольных секций, каждая из которых представляет собой фототеплотрубнотермоэлектрический преобразователь (ФТТТЭП) 2, покрытый гидроизоляционной пленкой 3, внутри которой помещены фотоэлемент 4, соединенный перемычками 5 с коллекторами одноименных зарядов 6, 7 и присоединенный своей тыльной стороной к теплотрубному теплообменнику (ТТТО) 8, выполненному в форме прямоугольного корпуса 9, крышка и днище которого покрыты изнутри решеткой 10, выполненной из полос капиллярного материала, частично заполненного рабочей жидкостью, в полости корпуса 9 решетки 10 крышки и днища соединены между собой вертикальными фитилями 11, также частично заполненными рабочей жидкостью и покрытыми цилиндрическим кожухами 12 с треугольными прорезями на их верхних и нижних торцах и прикрепленными к крышке и днищу корпуса 9, причем внутренняя поверхность крышки и днища корпуса 9, покрытые решеткой 10, составляют зоны испарения и конденсации 13 и 14, соответственно, а фитили 11 образуют зону транспорта 15, к наружной стороне днища ТТТО 8 примыкают плоские термоэлектрические преобразователи (ПТЭП) 16 (например, элементы Пелтье), к внешней стороне которых прижаты радиаторы 17, перемычки 5 с коллекторами одноименных зарядов 6, 7 термоэлектрических преобразователей 16 и фотоэлементов 4, в свою очередь, соединены с накопительным блоком (на фиг. 1–7 не показан).

В основу работы предлагаемой УГТЭС положено свойство фотоэлементов 4 при воздействии на них солнечных лучей преобразовывать воспринятую солнечную энергию в электрическую и тепловую энергии [А. с. СССР №1603152, МПК F24 J2/32, 1990]. При этом использование ТТТО 8 для охлаждения фотоэлементов 4 позволяет многократно увеличить скорость процесс теплообмена по сравнению со скоростью аналогичного процесса с использованием обычных теплообменниках, что обусловлено высокими значениями коэффициента теплопередачи в процессах испарения и конденсации. [А. Н. Плановский, П. И. Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. – М.: Химия, 1987, с. 146; В. В. Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. – Минск: Выш. школа, 1988, с.106; Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. трудов. М.: – 1990, с. 22]. Так как при нагреве верхних поверхностей ПТЭП 16 происходит конденсация пара рабочей жидкости в ТТТО 8 и охлаждение наружных поверхностей радиаторами 17, то на них устанавливаются разные температуры, в результате чего в ТЭП 16 появляется термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. – М: «Наука», 1970, с. 502–506]. При этом, треххслойная компоновка ФТТТЭП 2 (сверху – фотоэлемент 4, посредине – ТТТО 8, снизу – ПТЭП 16 позволяет одновременно производить съем тепла с фотоэлементов 4 с высокой скоростью и нагревать ПТЭП 16 при требуемой для них температуре также с высокой скоростью, генерируя дополнительное количество электричества.

УГТЭС работает следующим образом. Количество ФТТТЭП 2, входящих в плоскость 1, определяется в зависимости от наружных условий места установки УГТЭС (космическое или воздушное пространство, поверхность земли, воды, температуры, вида наружного грунта, снежного или ледяного покрытия) и требуемой мощности. Сборку УГТЭС осуществляют перед ее размещением, после чего плоскость 1 ориентируют на месте установки по солнечному освещению и соединяют с потребителем (на фиг.1–7 не показан). Местом установки УГТЭС могут быть: космическое или воздушное пространство, наружная поверхность грунта, снежная, ледяная или водная поверхности (на фиг. 1–7 не показаны). При этом, в зависимости от места установки в ТТТО 8 используется различные виды рабочей жидкости, а именно, в районах жаркого климата можно использовать в качестве рабочей жидкости обычную воду, в умеренных и холодных районах – водные растворы диэтиленгликоля, в воздушном и космическом пространстве – жидкий аммиак или водные растворы аммиака.

После установки УГТЭС наружная поверхность фотоэлементов 4 ФТТТЭП 2 нагревается солнечными лучами, генерируя электричество, а нижняя поверхность фотоэлементов 4 охлаждается в результате контакта с крышкой ТТТО 8 и нагревает ее, отдавая тепло, выделившееся в результате генерации электричества. При нагреве крышки корпуса 9 происходит испарение рабочей жидкости в ячейках решетки 10, находящейся в фитилях 11 и капиллярном материале решетки 10, которые транспортирует рабочую жидкость в зону испарения 13 (внутреннюю поверхность крышки корпуса 9, находящаяся в ячейках решетки 10) через треугольные прорези цилиндрических кожухов 12, в результате чего образуется пар. При этом покрытие решеткой 10, выполненной из полос капиллярного материала и образующей ячейки на внутренней поверхности крышки корпуса 9 предотвращает образование паровой пленки на ней и таким образом, интенсифицирует процесс испарения. Образовавшийся пар заполняет паровое пространство полости ТТТО 8 и конденсируется в зоне конденсации 14, а именно, в ячейках решетки 10 на внутренней поверхности днища корпуса 9, покрытой решеткой 10, что также уменьшает толщину пленки конденсата на ней и, таким образом, интенсифицирует процесс конденсации. Образовавшийся конденсат поглощается капиллярным материалом полос решетки 10, соединенной с фитилями 11 зоны транспорта 15 через треугольные прорези на нижних кромках цилиндрических кожухов 12, транспортируется фитилями 11 к крышке корпуса 9 и через треугольные прорези кожухов 12 распределяется решеткой 10 по внутренней поверхности крышки корпуса 9, после чего цикл повторяется. При этом процесс теплообмена с горячей и холодной средами протекает со скоростью многократно превышающей скорость аналогичного процесса в обычных теплообменниках, обусловленной высокими значениями коэффициента теплопередачи в процессах испарения и конденсации. Одновременно, тепло конденсации рабочей жидкости передается через днище корпуса 9 ТТТО 8 передается ПТЭП 16, нагревая их, за счет чего происходит равномерный нагрев их внутренней поверхности. Так как наружная поверхность ПТЭП 16 снабжена радиаторми 17, а снаружи температура среды значительно ниже и равна tС создается значительная разность температур между температурой наружной поверхности ТЭП 16 tП и температурой среды (tП– tС), в результате чего между ними происходит процесс теплообмена. Создаваемая разность температур между зонами нагрева и охлаждения в ПТЭП 16 вызывает в них эмиссию электронов и возникновение в них термоэлектричества. Полученное электричество в фотоэлементах 4 и термоэлектричество ПТЭП 16 через перемычки 5 и коллекторы одноименных зарядов 6, 7 (расположение перемычек 5 и коллекторов 6, 7 на фиг. 1–7 показано условно) поступает в накопительный блок и потребителю (на фиг.1–7 не показаны).

При этом, хотя в зимнее время верхняя поверхность ФТТТЭП 2 нагревается солнечными лучами меньше, чем в летнее время, в этот период нижняя поверхность ПТЭП 16 охлаждается значительно больше, чем в летнее за счет более низкой температуры поверхности грунта (снега, льда, воды) и поэтому величина разности температур (tП– tС) и генерируемого термоэлектричества в ПТЭП 16 может быть также значительной.

Величина разности электрического потенциала на токовыводах коллекторов одноименных зарядов фототеплотрубнотермоэлектрического преобразователя, сила электрического тока зависят от продолжительности и интенсивности солнечного облучения, температуры и других характеристик наружной среды, характеристик и количества фотоэлементов, рабочей жидкости в теплотрубном теплообменнике, характеристик и количества плоских термоэлектрческих преобразователей и радиаторов. Полученный электрический ток можно использовать для обслуживания различных технических устройств, а также обогрева и освещения временных жилых и производственных помещений.

Таким образом, предлагаемая универсальная гелиотермоэлектростанция обеспечивает, как в летнее, так и в зимнее время, на земле, в воздушном ил космическом пространстве утилизацию солнечной энергии, тепла и холода окружающей среды (воздушного или космического пространства, грунта, снега, льда, воды) с получением электрической энергии, которую можно использовать для обслуживания различных технических устройств, обогрева и освещения временных жилых и производственных помещений без затраты топлива, загрязнения окружающей среды, создания шумового эффекта и выделения теплового излучения, что, в конечном счете, повышает эффективность работы электростанции.

Универсальная гелиотермоэлектростанция, содержащая плоскость, собранную из прямоугольных секций, покрытых гидроизоляционной пленкой, каждая из которых состоит из фототермоэлектрического преобразователя, соединенного перемычками с коллекторами одноименных зарядов и накопительным блоком, внутри которого помещены фотоэлемент и термоэлектрический преобразователь, снабженного тепловой трубой и радиаторами, отличающаяся тем, что каждая прямоугольная секция представляет собой фототеплотрубнотермоэлектрический преобразователь, внутри которого между фотоэлементом и плоским термоэлектрическим преобразователем, помещен теплотрубный теплообменник, выполненный в форме прямоугольной плоскости, крышка и днище корпуса которой покрыты изнутри решеткой, выполненной из полос капиллярного материала, частично заполненного рабочей жидкостью, в полости корпуса решетки крышки и днища соединены между собой вертикальными фитилями, также частично заполненными рабочей жидкостью и покрытыми цилиндрическим кожухами с треугольными прорезями, выполненными на их верхних и нижних торцах и прикрепленными к крышке и днищу корпуса.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики, в частности к устройствам для получения тепловой, электрической энергии, ее аккумулирования, а также для опреснения соленой воды, сушки овощей и фруктов.

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии. Гелиоветровая энергетическая установка содержит лопастную ветровую турбину с вертикальной осью вращения, расположенную внутри ветронаправляющего аппарата с нижней и верхней крышками, электрогенератор на оси лопастной ветровой турбины и фотоэлектрический преобразователь световой энергии, установленный на верхней крышке.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических машинах с постоянными магнитами и солнечными модулями. Технический результат заключается в более полном использовании энергии солнечных модулей и увеличении их мощности, в снижении ЭДС самоиндукции и реакции торможения ротора при взаимодействии с магнитным полем статора.

Изобретение относится к энергетике, более конкретно - к возобновляемым источникам энергии на основе солнечных башенных электростанций (гелиотермических электростанций), реализующих термодинамический цикл, например, Ренкина или Стирлинга.

Изобретение относится к электротехнике, лазерной и оптоволоконной технике. Устройство для генерирования и передачи по оптоволоконной линии электромагнитных колебаний заданной частоты (в том числе и промышленной частоты) на основе аппроксимации синусоидальной функции последовательностью импульсных функций с использованием силового и информационного каналов содержит: блок управления, блок генерирования и инжектирования импульсов силового светового потока лазерной частоты, блок генерирования и инжектирования информационных импульсов светового потока лазерной частоты, оптоволоконную линию передачи силового светового потока лазерной частоты, оптоволоконную линию передачи информационного светового потока лазерной частоты, фотовольтаический приемник импульсов силового светового потока лазерной частоты, фотовольтаический приемник импульсов информационного светового потока лазерной частоты, схему формирования периодического электрического выходного сигнала заданной частоты Выходной сигнал устройства формируется из последовательности электрических импульсов одинаковой длительности.

Группа изобретений относится к области энергетического обеспечения летательного аппарата тяжелее воздуха при помощи солнечных батарей. Предложен способ энергетического обеспечения летательного аппарата тяжелее воздуха, основанный на использовании электрических двигателей и солнечных батарей, выполненных с возможностью улавливания рассеянного и отраженного светового излучения как от подстилающей поверхности, так и от находящегося выше или ниже летательного аппарата облачного покрова.

Группа изобретений относится к наружной облицовочной панели здания, кровельному покрытию, блоку электрического соединения для наружной облицовочной панели здания, наборам для соединения с преобразователем панелей, оснащенных фотогальваническим устройством, электрическому устройству.

Изобретение относится к возобновляемым источникам энергии, а именно к комбинированным ветро- и солнечно-энергетическим установкам, снабжающей помещение комфортной температурой, естественным освещением и электроэнергией при выращивании с.-х.

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую, в первую очередь к конструкции солнечных электростанций. В солнечной электростанции двухсторонние солнечные модули установлены на горизонтальной поверхности в экваториальной области от 30° ю.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами солнечного излучения для получения электричества и тепла. Технический результат состоит в повышении удельной мощности приемника за счет отсутствия потерь энергии на блокировку и затенение в отклоняющей оптической системе.

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для утилизации тепловой энергии природных источников, а именно для прямой трансформации солнечной энергии в электрическую в различных условиях. Гелиотермоэлектростанция содержит прямоугольную плоскость, собранную из прямоугольных секций, каждая из которых представляет собой фототеплотрубнотермоэлектрический преобразователь, покрытый гидроизоляционной пленкой, внутри которой помещены фотоэлемент, присоединенный своей тыльной стороной к теплотрубному теплообменнику, выполненному в форме прямоугольного корпуса, крышка и днище которого покрыты изнутри решеткой, выполненной из полос капиллярного материала, частично заполненного рабочей жидкостью, в полости корпуса решетки крышки и днища соединены между собой вертикальными фитилями, также частично заполненными рабочей жидкостью и покрытыми цилиндрическим кожухами с треугольными прорезями, выполненными на их верхних и нижних торцах и прикрепленными к крышке и днищу корпуса. Изобретение обеспечивает эффективности универсальной гелиотермоэлектростанции 7 ил.

Наверх