ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2031486

ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ ГЕНЕРАТОР

Ім'я винахідника: Гринь Микола Андрійович [UA]; Лобунець Юрій Миколайович [UA]; Струць Георгій Вікентійович [UA]
Ім'я патентовласника: Відділення високотемпературного перетворення енергії Інституту проблем енергозбереження АН України (UA)
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1991.04.01

Використання: в якості джерела електроенергії малої потужності для живлення устаткування автономних океанічних буїв. Суть винаходу: термоелектричний генератор для перетворення теплової енергії океану в електричну містить термоелектричну батарею, що включає гарячий і холодний спаї, акумулятор теплоти, що має тепловий контакт з гарячим спаєм термоелектричної батареї, балластную ємність, розташовану над холодним спаєм термоелектричної батареї, виконану з відкритою нижньою частиною і забезпечену керованим клапаном, що зв'язує верхню частину ємності з навколишнім середовищем.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області термоелектричного перетворення енергії, а саме до термоелектричним генераторів (ТЕГ), призначеним для забезпечення електричною енергією океанічних буїв за рахунок використання природних перепадів температур між поверхневими і глибинними шарами океану.

Основна проблема при створенні таких ТЕГ полягає в необхідності забезпечити теплове сполучення спаев термоелектричної батареї (ТЕБ) з водою поверхневих і глибинних шарів, відстань між якими по вертикалі при використанні максимальної різниці температур (повністю розвиненого термокліна) досягає 1000 м і більше.

Відомий ТЕГ, в якому гарячий і холодний спаї розміщуються в поверхневих шарах океану, а охолодження холодного спаю здійснюється шляхом прокачування води з глибинних шарів насосом з електропроводів [1].

Відомий і ТЕГ, в якому теплове сполучення між холодним спаєм ТЕБ та водою глибинних шарів океану здійснюється в процесі фазових перетворень проміжного теплоносія, а для повернення конденсату цього теплоносія в поверхневі шари і використовується насос з електроприводом або осмотичний насос [2].

Відомий спосіб експлуатації ТЕГ, що полягає в нагріванні гарячого спаю ТЕБ в поверхневих шарах океану і охолодженні холодного спаю ТЕБ теплоносієм, що переміщуються з глибинних шарів океану циркуляційним насосом.

Недолік відомих пристроїв і способу їх експлуатації пов'язаний з витратами частини перетворюється теплової (осмотичний насос) або отриманої електричної (механічний насос з електроприводом) енергії на забезпечення циркуляції охолоджуючого теплоносія.

Найбільш близький за технічною суттю до винаходу ТЕГ [3], обраний в якості прототипу і включає ТЕБ, що містить гарячий і холодний спаї, систему трубопроводів для циркуляції теплоносія, акумулятор теплоти, що має тепловий контакт з гарячим спаєм ТЕБ. Спосіб експлуатації полягає в зарядці акумулятора теплоти, нагріванні гарячих спаїв ТЕБ та охолодженні холодних спаїв водою глибинних шарів океану.

Недолік цих пристроїв і способу їх експлуатації пов'язаний з необхідністю витрат енергії на власні потреби. Ці витрати виражаються у вигляді витрати електроенергії на привід насоса (частини електроенергії, що генерується ТЕГ) або у втраті частини наявного перепаду температур між поверхневими і глибинними шарами океану, придатними для перетворення в електричну енергію, якщо циркуляцію теплоносія здійснюють за рахунок осмотичного насоса. В обох випадках витрати енергії на власні потреби знижують загальний ККД ТЕБ.

Мета винаходу - підвищення ККД ТЕГ за рахунок виключення витрат енергії на власні потреби, пов'язані з необхідністю забезпечення циркуляції охолоджуючого теплоносія між глибинними шарами океану і холодним спаєм ТЕБ.

Поставлена ​​мета досягається тим, що в генератор, що включає ТЕБ, що містить гарячий і холодний спаї, акумулятор теплоти, що має тепловий контакт з гарячим спаєм ТЕБ, відповідно до винаходу додатково введені баластних ємність, розташована над холодним спаєм ТЕБ, виконана з відкритою нижньою частиною і забезпечена керованим клапаном, що зв'язує верхню частину ємності з навколишнім середовищем.

На кресленні показаний пропонований ТЕГ, де 1 - акумулятор теплоти, 2 - баластних ємність, 3 - керований клапан, що зв'язує верхню частину баластної ємності з навколишнім середовищем, 5 - холодний спай ТЕБ, 6 - ТЕБ, 7 - гарячий спай ТЕБ.

Генератор містить акумулятор 1 теплоти, що має тепловий контакт з гарячим спаєм 7 ТЕБ 6. Баластова ємність 2 розташована таким чином, що її відкрита частина 4 знаходиться безпосередньо над холодним спаєм 5 ТЕБ 6. У баластної ємності 2 є керований клапан 3, що зв'язує верхню частину цієї ємності з навколишнім середовищем.

Генератор працює наступним чином. У початковому стані ТЕГ занурений в поверхневий шар океану і знаходиться в стані спокою за рахунок нульової плавучості. Нульова плавучість забезпечується завдяки наявності в верхній частині баластної ємності 2 деякої кількості газу (в початковому стані повітря). У поверхневому шарі океану акумулятор 1 теплоти заряджається за рахунок теплоти цього шару. Після зарядки акумулятора керований клапан 3 відкривається газ, що міститься у верхній частині баластної ємності 2, стравливается в навколишнє середовище і баластних ємність заповнюється водою - приймає баласт. Після прийому баласту плавучість ТЕГ зменшується і він занурюється в глибинні шари океану. Співвідношення маси і об'єму (водотоннажності) ТЕГ такі, що він з прийнятим баластом має нульову плавучість на певній (заданої) глибині за рахунок збільшення щільності навколишньої води. У процесі занурення при відкритому клапані 3 відбувається вентиляція баластної ємності 2 - теплова вода поверхневих шарів замінюється холодною водою глибинних шарів. Після цього керований клапан 3 закривається.

Відомо, що в глибинних шарах океану температура води стабілізовано на рівні 4 о С. Отже, в глибинних шарах океану гарячий спай 7 ТЕБ нагрівається від акумулятора 1 теплоти до температури, що дорівнює температурі поверхневого шару, а холодний 5 охолоджується водою глибинних шарів, що призводить до виникненню термоЕРС на спаях ТЕБ. При охолодженні спаяний 5 ТЕБ водою глибинних шарів ця вода нагрівається за рахунок відведеної теплоти. При нагріванні води глибинних шарів океану, насиченою вуглекислим і деякими іншими газами, відбувається виділення цих газів. Виділилися гази накопичуються в баластної ємності 2, яка своєю відкритою частиною 4 розташована над холодним спаєм 5 ТЕБ. При накопиченні газів вода витісняється з баластної ємності 2 через її нижню частину. Плавучість ТЕГ збільшується - ТЕГ піднімається в поверхневі шари океану. За час, протягом якого ТЕГ знаходився в глибинних шарах океану, акумулятор теплоти зарядився теплотою низького потенціалу. При спливанні в поверхневі шари ТЕБ генерує ЕРС до моменту зарядки акумулятора теплоти. Для повторення циклу необхідно відкрити керований клапан 3 і стравити газ в навколишнє середовище.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ ГЕНЕРАТОР для перетворення теплової енергії океану в електричну, що включає термоелектричний батарею, яка містить гарячий і холодний спаї, акумулятор теплоти, що має тепловий контакт з гарячим спаєм термоелектричної батареї, що відрізняється тим, що, з метою підвищення ККД за рахунок виключення витрат енергії на власні потреби, в нього додатково введена баластних ємність, розташована над холодним спаєм термоелектричної батареї, виконана з відкритою нижньою частиною і забезпечена керованим клапаном, що зв'язує верхню частину ємності з навколишнім середовищем.

Версія для друку
Дата публікації 24.01.2007гг


НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ

Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
магнітний двигун
Джерело тепла на базі нососних агрегатів