special

This webpage has been robot translated, sorry for typos if any. To view the original content of the page, simply replace the translation subdomain with www in the address bar or use this link.


ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2213912

СОЛНЕЧНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

СОЛНЕЧНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

Имя изобретателя: Ежов В.С. 
Имя патентообладателя: Курский государственный технический университет
Адрес для переписки: 305040, г.Курск, ул. 50 лет Октября, 94, КГТУ, ОНС, Проректору по научной работе КГТУ
Дата начала действия патента: 2001.11.05 

Устройство относится к гелиотехнике, а именно к средствам получения тепла, холода и электричества с помощью солнечной энергии. Устройство содержит гелиоприемник, состоящий из гелиопокрытия с каналами, которые разделены поперечными перегородками, образующими ступени подъема, выполненными из пористого материала высотой, равной высоте поднятия жидкости в капилляре, и полые паровые камеры высотой, равной диаметру парового пузырька, и снабжены нижним коллектором и верхним барабаном, эжектор, конденсатор, аккумулятор тепла, испаритель, аккумулятор холода, дроссель, турбогенератор с конденсатором, соединенные между собой системой трубопроводов с гидрозатвором, причем турбогенератор связан электропроводом с электрическим аккумулятором. Технический результат достигается за счет повышения эффективности и расширения функциональных возможностей устройства.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предлагаемое изобретение относится к гелиотехнике, в частности к средствам получения тепла, холода и электричества с помощью солнечной энергии.

Известна система солнечного теплоснабжения здания, содержащая гелиоприемник, связанный с ним прямыми и обратными трубопроводами аккумулятор тепла, теплообменник передачи тепла, циркуляционный насос, регулирующий подвижный экран, эжектор, установленный в воздушном объеме аккумулятора тепла, запорно-регулирующая арматура [1].

К недостаткам известного устройства относятся наличие циркуляционного насоса и регулирующего экрана, что снижает эффективность и КПД устройства, а и зависимость температуры охлаждаемого агента от температуры наружного воздуха, что ограничивает параметры получаемого энергоносителя.

Более близким к предлагаемому устройству является солнечная установка кондиционирования воздуха, состоящая из гелиоприемника, выполненного из гелиопокрытия с каналами для теплоносителя, циркуляционного насоса, компрессора, испарителя, конденсатора, аккумулятора тепла, дросселя, теплообменников, запорно-регулирующей аппаратуры (магнитных вентилей), соединенных между собой системой трубопроводов, которая работает в режиме получения тепла в холодный период и в режиме получения холода в теплый период [2, с. 323] .

Недостатками известного устройства являются необходимость использования циркуляционного насоса и компрессора, что усложняет его конструкцию, снижает эффективность и надежность, а и невозможность одновременного получения разных видов энергии: тепла, холода, электричества, что ограничивает функциональный диапазон устройства.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение эффективности использования солнечной энергии и расширение функциональных возможностей устройства.

Поставленная задача реализуется в солнечном энергетическом комплексе, содержащем гелиоприемник, выполненный из гелиопокрытия с каналами, которые разделены поперечными перегородками, образующими ступени подъема, выполненными из пористого материала с порами в виде вертикальных конических капилляров, обращенных вершиной усеченного конуса вверх, высотой, равной или меньшей высоты подъема жидкости силами поверхностного натяжения, и полые паровые камеры высотой, равной диаметру парового пузырька рабочей жидкости, а нижние и верхние торцы каналов гелиоприемника снабжены нижним коллектором и верхним барабаном, соответственно, эжектор, конденсатор, аккумулятор тепла, испаритель, аккумулятор холода, дроссель, турбогенератор с конденсатором, соединенные между собой системой трубопроводов, снабженной запорно-регулирующей аппаратурой и гидрозатвором, причем турбогенератор связан электропроводом с электрическим аккумулятором.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является одновременное получение посредством солнечной энергии тепла, холода и электричества.

СОЛНЕЧНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

На чертеже представлен предлагаемый солнечный энергетический комплекс. Солнечный энергетический комплекс (СЭК) содержит гелиоприемник 1, состоящий из гелиопокрытия 2, каналов 3 циркуляции рабочего тела (парожидкостной смеси), которые разделены поперечными перегородками, образующими ступени подъема 4, выполненными из пористого материала с порами в виде вертикальных конических капилляров 5 высотой равной H1, и полые паровые камеры с высотой, равной Н2, причем нижние и верхние торцы каналов 3 гелиоприемника 1 соединены с нижним коллектором 7 и верхним барабаном 8 соответственно, который в свою очередь связан трубопроводами через вентиль 9 с эжектором 10, конденсатором 11, аккумулятором тепла 12, испарителем 13, аккумулятором холода 14 и через дроссель 15 и гидрозатвор 16 высотой h с нижним коллектором 7, а через вентиль 17 с турбогенератором 18 и конденсатором 19, и соединенных с остальной системой трубопроводов, причем турбогенератор 18 соединен электропроводом с электрическим аккумулятором 20.

В основу работы предлагаемого СЭК наряду с использованием солнечной энергии, принципов действия эжекторной холодильной машины и турбогенератора положено свойство жидкости создавать в капиллярах капиллярное давление, определяемое по формуле Лапласа



где - коэффициент поверхностного натяжения, Н/м;

r' - средний радиус кривизны мениска жидкости в капилляре, м;

и подъем жидкости за счет этого давления на высоту (принятую за высоту ступени подъема)



где g - ускорение свободного падения, м/с2;

- угол смачивания, град;

r - радиус капилляра, м;

r=r'cos (в случае полного смачивания cos=1).

Для обеспечения движения парожидкостной смеси в ступени подъема 4 только вверх капилляры 5 должны обладать положительным капиллярным потенциалом, для чего выполнены в форме вертикальных усеченных конусов (нижний радиус r1 больше верхнего радиуса r2[3, с. 303, 304].

Для обеспечения подъема парожидкостной смеси и повышения давления пара в каналах 3 гелиоприемника 1 от давления рабочей жидкости Рк на I-ой ступени 4 до давления Р0на верхней предусмотрен ступенчатый подъем парожидкостной смеси на высоту Н1 на каждой ступени 4, для чего на входе в капилляры 5 каждой ступени подъема 4 создается свободная поверхность жидкости за счет ее свойства при кипении образовывать пузырьки пара диаметром



где d0 - диаметр пузырька пара, м;

f - частота образования пузырьков пара, 1/с;

- плотность жидкости и пара, соответственно, кг/м3 [4, с. 153], размер которого принят за расстояние Н2 между ступенями подъема жидкости 4 и, соответственно, высоту паровой камеры 6.

В качестве рабочей жидкости СЭК могут быть использованы вода, аммиак, различные виды хладонов в зависимости от назначения получаемого пара и параметров теплоносителя.

СЭК работает следующим образом.

Перед началом работы контур СЭК заполняется таким образом, чтобы были заполнены ступени подъема 4, паровые камеры 6 в каналах 3 гелиоприемника 1 до заполнения наполовину верхнего барабана 8. По мере нагрева гелиоприемника 1 рабочая жидкость нагревается и начинает двигаться в каналах 3 вверх, а в циркуляционном контуре, образованном опускным трубопроводом с гидрозатвором 16, высота которого h обеспечивает сопротивление равное разности рабочих давлений в верхнем барабане 8, Р1 и конденсаторе 11, Р2 и участком конденсатопровода от дросселя 15 до нижнего коллектора 7, вниз за счет сил естественного циркуляционного давления Рe аналогично движению жидкого теплоносителя в системах отопления [5, с. 300], создавая тем самым общее движение жидкости в контуре циркуляции гелиоприемника 1 и выделяя пар из нагреваемой жидкости. По мере нагрева рабочей жидкости у стенок каналов 3, примыкающих к гелиоприемному покрытию 2, начинается ее кипение, что влечет за собой образование паровых пузырьков, которые локализуются в паровых камерах 6, высота которых Н2 обусловлена диаметром парового пузырька d0 и определяется по уравнению (3). При этом часть паровых камер 6, удаленная от гелиопокрытия 2, еще заполнена рабочей жидкостью, и здесь продолжается движение жидкости за счет естественного циркуляционного давления Ре. При увеличении потоков тепла от гелиопокрытия 2 ширина паровой прослойки в паровых камерах 6 увеличивается до значения S, величину которой принимают в зависимости от интенсивности солнечного облучения и свойств гелиопокрытия 2.

Паровые прослойки в паровых камерах 6 обусловливают создание на входе в каждую ступень подъема 4 и, соответственно, на входе в каждый капилляр 5 свободную поверхность жидкости, образованную наружной пленкой парового пузыря, обеспечивая тем самым подъем паровой смеси за счет капиллярных сил в каждой ступени подъема 4 через капилляры 5, форма которых в виде сужающегося к верху конуса с радиусами r1 и r2, соответственно, определяет движение парожидкостной смеси только вверх в сторону вершины конуса (угол конусности принимается по рекомендациям для конических насадков [6, с. 298]. При этом в капиллярах 5 создается капиллярное давление, что позволяет поднять парожидкостную смесь в каждой ступени 4 на высоту, меньшую или равную H1, определяемую по формуле (2) и уточненное значение которой принимают по конструктивным соображениям. В результате давление на каждой вышеследующей ступени 4 возрастает по сравнению с давлением на предыдущей ступени на величину капиллярного давления Рс, определяемого по формуле (1), и, таким образом, давление пара на выходе из барабана 8 будет больше давления на входе жидкости в нижний коллектор 7 гелиоприемника 1 на величину

P=Pcn...(4),

где n - число ступеней капиллярного подъема, шт.

Полное давление пара P1 на выходе верхнего барабана 8 будет равно

Р1к+ Р...(5),

где рк - давление жидкости на входе в нижний коллектор 7.

Перенос жидкости и пара в паровых камерах 6 от верхней поверхности нижней ступени подъема 4 к нижней поверхности вышерасположенной ступени 10 и, соответственно, к входу в капилляры 11 осуществляется диффузией и конвекцией в соответствии с законом тепломассобмена [7, с. 132, 262].

Далее в верхнем барабане при давлении P1 из парожидкостной смеси выделяется пар, который делится на две части, а отделившаяся жидкость опускается в контур циркуляции. При этом одна часть полученного пара из верхней части барабана 8 через регулировочный вентиль 9 поступает в эжектор 10, который засасывает вторичный пар из испарителя 13, создавая там разрежение Р3 и снижая давление до Р2, откуда пар направляется в конденсатор 11, где кондиционируется, отдавая тепло конденсации теплоносителю, который направляют потребителю и в аккумулятор тепла 12, а полученный конденсат с давлением Рк2 (без учета сопротивлений) частично поступает в нижний коллектор 7, смешиваясь в циркуляционном контуре с котловой жидкостью, частично же через дроссель 15, где дросселируется до давления разрежения Р3, в испаритель 13, где при разрежении Р3, снижается температура кипения рабочей жидкости, происходит ее испарение при низкой температуре с образованием вторичного пара, засасываемого эжектором 10, охлаждение хладоагента, который далее направляют потребителю и в аккумулятор холода 14.

Другую часть полученного пара с давлением Р1 из верхнего барабана 8 через регулировочный вентиль 17 направляют в турбогенератор 18, вырабатывающий электрический ток, который отправляют потребителю и в электрический аккумулятор 20, а "мятый пар" после турбогенератора 18 с давлением Р3 поступает в конденсатор 19, где конденсируется, отдавая тепло теплоносителю, направляемому далее в тепловой аккумулятор 12, образовавшийся конденсат смешивается с остальным конденсатом, поступающим в испаритель 13 после дросселя 15.

Количество и параметры пара, получаемого в гелиоприемнике 1 и, соответственно, количество и параметры всех видов энергии, вырабатываемых СЭК, зависят от интенсивности солнечного облучения, числа ступеней подъема 4 и площади их сечения в каналах 3 гелиоприемника 1, количественных и качественных характеристик гелиоприемного покрытия 2 и другого оборудования, а и свойств рабочей жидкости.

Таким образом, предлагаемый СЭК обеспечивает одновременное получение тепла, холода и электричества с использованием сил поверхностного натяжения, что увеличивает эффективность и расширяет диапазон применения солнечной энергии.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.с. СССР 1657895, М.кл. F 24 J 2/42, 1991.

2. В.Н. Богословский и др. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение. М.: Стройиздат, 1985, 367 с.

3. А.В. Лыков, Тепломассообмен. Справочник. М.: Энергия, 1978, 480 с.

4. А.М. Кутепов и др. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании. М. : Высш. школа, 1977, 352 с.

5. В.Н. Богословский, А.Н. Сканави. Отопление. М.: Стройиздат, 1991, 736 тс.

6. А. Д. Альтшуль, П.Г. Киселев. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1975, 328 с.

7. А.И. Плановский, П.И. Николаев. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М.: Химия, 1972, 496 с.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Солнечный энергетический комплекс, содержащий гелиоприемник, состоящий из гелиопокрытия с каналами, испаритель, конденсатор, аккумулятор тепла, дроссель, эжектор, соединенных между собой системой трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой, отличающийся тем, что каналы гелиоприемника разделены поперечными перегородками, образующими ступени подъема, выполненными из пористого материала, с порами в виде вертикальных конических капилляров, обращенных вершиной усеченного конуса вверх, высотой, равной или меньшей высоты подъема жидкости силами поверхностного натяжения, и полые паровые камеры высотой, равной диаметру парового пузырька рабочей жидкости, нижние и верхние торцы каналов снабжены нижним коллектором и верхним барабаном, соответственно, соединенных с остальным оборудованием, в которое и включены аккумулятор холода, турбогенератор с конденсатором, системой трубопроводов с гидрозатвором, причем турбогенератор связан электропроводом с электрическим аккумулятором.

Версия для печати
Дата публикации 12.01.2007гг


НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ

Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
Технология очистки нефти и нефтепродуктов
О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
Магнитный двигатель
Источник тепла на базе нососных агрегатов


Created/Updated: 25.05.2018

';>