Автономный источник тепловой энергии

 

Полезная модель относится к теплотехнике. Сущность технического решения заключается в снабжении первой камеры прозрачным окном, соединении верхних частей первой и второй емкостей между собой, снабжении их циркуляционным отверстием и в использовании зеркал, направляющих лучистый поток на прозрачное окно, при этом энергия лучистого потока после прохождения через прозрачное окно поглощается подвижным поглощающим теплоносителем. Технический результат заключается в повышении потребительских свойств путем повышения коэффициента полезного действия и повышения выходной мощности. 1 н.з. п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к теплотехнике и может быть использована для отопления помещений, нагревания жидкостей, например, воды в бассейне, и для аккумуляции тепла в заполненных теплоносителем емкостях.

Известны многочисленные варианты нагревателей, например, описанный в [1], в котором теплоноситель размещен в емкости, а дно емкости нагревается продуктами сгорания топлива. Недостаток известных технических решений такого типа заключается в низком коэффициенте полезного действия - много тепла, образующегося при сгорании топлива, теряется впустую.

Известны различные варианты устройств для передачи тепловой энергии от продуктов сгорания топлива к теплоносителю с помощью пучка теплообменных трубок [2]. В дымогарных (огнетрубных) системах такого типа теплоноситель омывает теплообменные трубки, по которым движутся продукты сгорания топлива, в водотрубных системах по теплообменным трубкам движется теплоноситель, а продукты сгорания топлива проходят между трубками. Недостаток таких систем заключается в низкой эффективности, так как теплообмен между продуктами сгорания и теплоносителем осуществляется только через поверхность теплообменных трубок.

Известны различные варианты устройств, в которых получение электрической энергии осуществляется солнечными батареями, например, [3]. Использование подобных устройств для получения тепловой энергии сопряжено с большими энергетическими потерями, так как в данном случае осуществляется двойное преобразование энергии: вначале энергия лучистого потока преобразуется в электрическую энергию, после чего электрическая энергия преобразуется в тепловую энергию.

Известны различные варианты устройств для преобразования лучистой энергии в тепловую энергию, например, [4], в которых данное преобразование осуществляется путем передачи энергии от нагреваемой пластины

к встроенным в нагреваемую пластину теплообменным трубкам, по которым циркулирует теплоноситель. Недостаток известных устройств заключается в низкой эффективности преобразования лучистой энергии в тепловую энергию за счет того, что передача тепловой энергии происходит только через стенку нагревателя.

Известны различные варианты солнечных нагревателей, например, [5, 6], в которых используются прозрачные окна, чехлы, кожухи и т.п.В этих устройствах прозрачные элементы используются для снижения тепловых потерь а передача тепловой энергии теплоносителю происходит только через стенку нагревателя. Недостаток известных устройств заключается в низкой эффективности преобразования лучистой энергии в тепловую энергию за счет того, что передача тепловой энергии происходит только через стенку нагревателя.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является техническое решение, описанное в [7] и содержащее связанные в циркуляционный контур первую емкость в виде канала в нагревательном элементе, вторую емкость в виде бака-аккумулятора и циркуляционные трубопроводы. Поток лучистой энергии нагревает нагревательный элемент, который, в свою очередь, нагревает подвижный поглощающий теплоноситель. Нагретый подвижный поглощающий теплоноситель направляется в бак-аккумулятор, а из него - к потребителям. Охлажденный подвижный теплоноситель попадает в канал нагревательной пластины, после чего цикл работы повторяется. Недостаток известного технического решения заключается в низких потребительских свойствах, обусловленных низким коэффициентом полезного действия и низкой выходной мощностью. Низкий коэффициент полезного действия обусловлен тем, что в известном устройстве лучистый поток нагревает нагревательную пластину, затем эта тепловая энергия переходит к подвижному поглощающему теплоносителю через стенки канала, в котором находится подвижный поглощающий тепловую энергию теплоноситель. Низкая выходная мощность обусловлена большой сложностью изготовления известного устройства с большой площадью нагревательного элемента.

Задачей полезной модели является повышение потребительских свойств путем повышения коэффициента полезного действия и повышения выходной мощности.

Решение поставленной задачи в соответствии с п.1 формулы полезной модели обеспечивается тем, что в автономный источник тепловой энергии, содержащий связанные в циркуляционный контур первую емкость, вторую емкость и нижний циркуляционный трубопровод, при этом циркуляционный контур заполнен подвижным поглощающим теплоносителем, внесены следующие усовершенствования: он дополнительно содержит N первичных зеркал, N вторичных зеркал, первая стенка первой емкости снабжена прозрачным окном, верхние части первой и второй емкостей соединены между собой и снабжены циркуляционным отверстием, нижний циркуляционный трубопровод снабжен вентилем, прозрачное окно расположено на пути лучистого потока, i-e первичное зеркало расположено на пути лучистого потока, i-e вторичное зеркало расположено на пути отраженного от i-го первичного зеркала лучистого потока, отраженный от i-го вторичного зеркала лучистый поток направлен на прозрачное окно, где 1iN, N=1, 2, 3, ...

Такое построение автономного источника тепловой энергии обеспечивает повышение потребительских свойств путем повышения коэффициента полезного действия и повышения выходной мощности. Повышение коэффициента полезного действия обусловлено тем, что поглощение лучистой энергии осуществляется подвижным поглощающим теплоносителем, находящимся в первой камере, в результате чего повышается эффективность использования лучистой энергии по сравнению с прототипом, в котором поглощение лучистой энергии солнца осуществляется стенкой нагревательной камеры, которая, в свою очередь, нагревает подвижный поглощающий теплоноситель. Повышение выходной мощности обусловлено тем, что первичные и вторичные зеркала увеличивают мощность падающего на прозрачное окно лучистого потока.

Таким образом, заявленное техническое решение обладает более высокими потребительскими свойствами, чем прототип.

В частном случае в соответствии с п.2 формулы полезной модели) вторая емкость снабжена теплообменной системой. Такое построение автономного источника тепловой энергии расширяет область его применения: наличие второго контура позволяет, например, использовать в нем воду, предназначенную для приготовления пищи и проведения гигиенических процедур, так как в воде, проходящей через второй контур, отсутствуют поглощающие добавки, входящие в состав подвижного поглощающего теплоносителя, циркулирующего в первом циркуляционном контуре.

Сущность полезной модели поясняется описанием конкретного, но не ограничивающего заявленное техническое решение, варианта выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

- на фиг.1 приведен поперечный разрез автономного источника тепловой энергии;

- на фиг.2 приведен вариант размещения первичных и вторичных зеркал.

Автономный источник тепловой энергии содержит первую емкость 1, вторую емкость 2, нижний циркуляционный трубопровод 3, при этом верхние части первой 1 и второй 2 емкостей соединены между собой и снабжены циркуляционным отверстием 4. Первая емкость 1, вторая емкость 2 и нижний циркуляционный трубопровод 3 связаны в циркуляционный контур, который заполнен подвижным поглощающим теплоносителем 5. Первая стенка первой емкости 1 снабжена прозрачным окном 6, а внутренняя поверхность третьей стенки первой емкости 1 снабжена отражателем 7. Вторая емкость 2 содержит теплообменную систему 8. Нижний циркуляционный трубопровод 3 снабжен вентилем 9. Первая емкость 1, вторая емкость 2 и нижний циркуляционный трубопровод 3 снабжены теплоизоляцией 10.

Автономный источник тепловой энергии содержит циркуляционный насос, включающий солнечную батарею 11 и электрические лампы 12, причем выход солнечной батареи 11 соединен со входом электрических ламп 12. Электрические лампы 12 размещены внутри первой емкости 1 в ее нижней части. Циркуляционный контур снабжен тепловым аккумулятором 13. Поток лучистой энергии обозначен позицией 14, прозрачное окно 6 расположено на пути лучистого потока 14, i-e первичное зеркало 15 расположено

на пути лучистого потока 14, i-e вторичное зеркало 16 расположено на пути отраженного от i-го первичного зеркала 15 лучистого потока, отраженный от i-го вторичного зеркала 16 лучистый поток направлен на прозрачное окно 6.

Автономный источник тепловой энергии работает следующим образом. Поток лучистой энергии 14, например, от Солнца, после прохождения через прозрачное окно 6 в первой емкости 1 проходит через подвижный поглощающий теплоноситель 5, где происходит поглощение лучистого потока 14. Та часть лучистого потока 14, которая не поглотилась подвижным поглощающим теплоносителем 5, попадает на отражатель 7, отражается от него и снова проходит через подвижный поглощающий теплоноситель 5, при этом тоже происходит поглощение энергии лучистого потока 14 подвижным поглощающим теплоносителем 5. Таким образом, лучистый поток дважды проходит через подвижный поглощающий теплоноситель 5, в результате чего увеличивается количество поглощенной энергии.

Подвижный поглощающий теплоноситель 5, поглотив энергию лучистого потока 14, нагревается и движется в первой емкости 1 вверх, как показано на фиг.1 стрелкой, после чего нагретый подвижный поглощающий теплоноситель 5 через циркуляционное отверстие 4 попадает во вторую емкость 2, где он омывает теплообменную систему 8 и отдает проходящему через теплообменную систему 8 подвижному теплоносителю второго контура свою тепловую энергию. При этом подвижный поглощающий теплоноситель 5 охлаждается и движется вниз по второй емкости 2, как показано стрелками на фиг.1, затем проходит по нижнему циркуляционному трубопроводу 3 в нижнюю часть первой емкости 1, после чего процесс повторяется. Вентиль 9 позволяет регулировать скорость движения подвижного поглощающего теплоносителя 5 в зависимости от условий эксплуатации.

Для повышения эффективности работы автономного источника тепловой энергии и ускорения его выхода рабочий режим может быть включен циркуляционный насос, который в описываемом варианте конструктивного выполнения работает следующим образом. Солнечная батарея 11 преобразует энергию лучистого потока в электрическую энергию, которая в электрических

лампах 12 преобразуется в тепловую энергию. Эта тепловая энергия передается подвижному поглощающему теплоносителю 5, в результате чего нагретый подвижный поглощающий теплоноситель 5 поднимается вверх по первой емкости 1, что увеличивает скорость циркуляции подвижного поглощающего теплоносителя 5 в циркуляционном контуре. Увеличение скорости циркуляции подвижного поглощающего теплоносителя 5 в циркуляционном контуре повышает эффективность работы автономного источника тепловой энергии и ускоряет его выход на рабочий режим.

Ввиду того, что Солнце постоянно перемещается относительно Земли, необходимо периодически или постоянно изменять пространственное положение первичных 15 и вторичных 16 зеркал таким образом, чтобы через прозрачное окно 6 проходила максимальная мощность лучистого потока.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Элиот Л., Уилкокс У. Физика. М.: Наука, 1967. С.327.

2. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С.Теплопередача. М.: Энергия, 1969. C.211, 419.

3. Солнечный генератор. Авт. свид. СССР №1825071, приор, от 04.04.90, публ. 20.02.96 Бюл. №5, МПК 6 F24J 2/00.

4. Солнечный коллектор. Авт. свид. СССР №1815526, приор, от 20.08.90, публ. 15.05. 93 Бюл. №18, МПК 5 F24J 2/08, 2/38.

5. Бак солнечного коллектора с прозрачным кожухом. Патент США №4520795, публ. 04.06.85 т.1055 №1, МПК 3 F24J 3/02, НКИ 126-443.

6. Отопительная система, использующая солнечную энергию. Заявка Японии №60-25705, публ. 19.06.85 №5-643, МПК F24J 2/04.

7. Солнечный водонагреватель. Авт. свид. №1814003, приор, от 19.03.91, публ. 07.05.93 Бюл. №17, МПК 5А24 2/20.

1. Автономный источник тепловой энергии, содержащий связанные в циркуляционный контур первую емкость, вторую емкость и нижний циркуляционный трубопровод, при этом циркуляционный контур заполнен подвижным поглощающим теплоносителем, отличающийся тем, что он дополнительно содержит N первичных зеркал, N вторичных зеркал, первая стенка первой емкости снабжена прозрачным окном, верхние части первой и второй емкостей соединены между собой и снабжены циркуляционным отверстием, нижний циркуляционный трубопровод снабжен вентилем, прозрачное окно расположено на пути лучистого потока, i-e первичное зеркало расположено на пути лучистого потока, i-e вторичное зеркало расположено на пути отраженного от i-го первичного зеркала лучистого потока, отраженный от i-го вторичного зеркала лучистый поток направлен на прозрачное окно, где 1iN, N=1, 2, 3, ...

2. Автономный источник тепловой энергии по п.1, отличающийся тем, что вторая емкость снабжена теплообменной системой.



 

Похожие патенты:

Карбидокремниевый нагреватель относиться к электротехнике, а именно к конструкциям нагревательных элементов для теплообменных устройств. Устройство отличается от аналогов тем, что толстопленочный резистор заменяется на секционные нагревательные элементы (импульсные секционные нагреватели), разделенные карбидокремниевыми переборками, размещенные в карбидокремниевом кожухе. Тем самым нагреватель защищается от воздействия агрессивной среды (атмосферы с отклонениями от нормальной), где уровень защиты определяется толщиной карбидокремниевого кожуха. При этом КПД увеличивается за счет более экономичного расхода электроэнергии при кратковременном (импульсном) включении нагревателей для поддержания температурного поля в заданном интервале температур.

Полезная модель относится к ядерной энергетике, в частности к тепловыделяющим элементам энергетического ядерного реактора, и может быть использована на атомных электростанциях и атомных судовых установках
Наверх