початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2233387

СИСТЕМА ЕНЕРГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

Ім'я винахідника: рітвін Л.Н. (RU); Бритвина Т.В. (RU); Щепочкін А.В.
Ім'я патентовласника: Бритвин Лев Миколайович (RU); Бритвина Тетяна Валеріївна (RU); Щепочкін Олексій Віталійович
Адреса для листування: 111673, Москва, вул. Новокосінская, 13/1, кв.76, Л.Н. Бритвину
Дата початку дії патенту: 2002.08.21

Винахід відноситься до галузі енергетики, а саме до автономних систем енергозабезпечення, які використовують енергію сонця для вироблення електроенергії, тепла, гарячої води для промислових і сільськогосподарських об'єктів. Технічний результат, що полягає в забезпеченні екологічної безпеки системи енергозабезпечення, підвищенні її ККД і поліпшення її сумісності з іншими системами, досягається за рахунок того що в системі енергозабезпечення населених об'єктів за рахунок енергії сонця і вітру, наприклад будівель, що містить щонайменше одну вітрову установку з електрогенератором, електрично пов'язаних з енергоакумулятором, повідомленими з споживачем цієї енергії, відповідно до винаходу енергоакумулятор виконаний у вигляді щонайменше двох теплових акумуляторів - високотемпературного і низькотемпературного, високотемпературний акумулятор повідомлений по теплу з нагрівачем, що призводить щонайменше електрогенератор стабілізованою частоти і напруги теплової машини, холодильник якій по теплу повідомлений з низькотемпературним акумулятором, який по теплу повідомлений з системою опалення і гарячого водопостачання жилого об'єкта з можливістю регулювання переданої теплової енергії, і з підігрівачем повітря, що надходить на вхід щонайменше однієї вітроустановки, електрогенератор якої повідомлений з електронагрівачем теплоносія високотемпературного акумулятора з можливістю регулювання переданої в воздухоподогреватель теплової енергії.

ОПИС ВИНАХОДИ

Пропозиція відноситься переважно до автономних систем енергозабезпечення, які використовують енергію сонця, - житлових будинків, автономно розташованих селищ або житлових комплексів, промислових і сільськогосподарських об'єктів, віддалених від існуючих систем енергопостачання, і призначена для забезпечення теплом, гарячою водою і електроенергією цих об'єктів.

Відомі системи енергопостачання, що використовують енергію сонця і перетворюючу її в електричну, наприклад за допомогою вітроустановок з електрогенераторами, яка запасається в електроакумуляторів і потім по необхідності підводиться до різних споживачам електроенергії: радіаторів опалення, освітлювальним лампам, побутових приладів і обладнання - прототип.

Ці системи можуть використовуватися і в наземних об'єктах проживання в районах переважно з великою інтенсивністю вітру.

Паралельно можуть використовуватися і енергоустановки, що перетворюють світлову сонячну енергію в електричну енергію.

Енергетичний потенціал вітрових джерел в більш ніж в 4 рази перевищує існуючу потребу в енергії, яка в даний час практично повністю покривається за рахунок невідновлюваних джерел (нафта, газ, вугілля), використання яких пов'язано з істотним забрудненням навколишнього середовища.

У зв'язку з тим, що енергія сонця і енергія вітру за величиною істотно змінна за часом, а споживання енергії в об'єктах проживання здійснюється постійно, але зі змінною інтенсивністю, існуючі системи енергозабезпечення забезпечуються електроакумуляторами, заряджає постійним струмом напругою 12/24 В через спеціальні інвертори, перетворюють електроенергію, що надходить від електрогенераторів вітроустановок, в електроенергію з напругою, достатнім для зарядки електроакумуляторів.

У таких системах енергопостачання застосовуються вітроустановки лопастного і вихрового типів з вбудованими системами управління потужністю і напругою виробляється постійного струму для забезпечення нормальних умов зарядки електроакумуляторів, що в цілому збільшує їх вартість і знижує надійність роботи. Загальна необхідна ємність електроакумуляторів для забезпечення стабільного енергопостачання щодо великих житлових об'єктів, наприклад площею 6000 м ^2, стає настільки велика, що практична реалізація такої енергосистеми стає економічно нераціональною, оскільки вимагає великих вкладень на забезпечення екологічно безпечної її експлуатації, що вимагає регулярної щорічної заміни великої кількості акумуляторних батарей. Для забезпечення функціонування об'єктів проживання і потрібен переклад всього електрообладнання на постійний струм низької напруги, що вимагає широкого виробництва нового типу електропристроїв.

При цьому істотно ускладнюється і переклад існуючих будівель і інших об'єктів на електропостачання від цих систем, оскільки це вимагає заміни всього електрообладнання.

Мета даної пропозиції - це створення системи енергопостачання на базі дармових джерел енергії, в якій усунуті зазначені вище недоліки.

Поставлена ​​задача вирішується тим, що:

- В системі енергозабезпечення населених об'єктів, наприклад будівель, що містить щонайменше одну вітрову установку з електрогенератором, електрично пов'язаних з енергоакумулятором, повідомленими з споживачем цієї енергії, енергоакумулятор виконаний у вигляді щонайменше двох теплових акумуляторів - високотемпературного і низькотемпературного, високотемпературний теплоаккумулятор повідомлений по тепла з нагрівачем, що призводить щонайменше електрогенератор стабілізованою частоти і напруги теплової машини, холодильник якій по теплу повідомлений з низькотемпературним теплоаккумулятором, який по теплу повідомлений з системою опалення і гарячого водопостачання жилого об'єкта з можливістю регулювання переданої теплової енергії, а й - з підігрівачем повітря , що надходить на вхід щонайменше однієї вітроустановки, електрогенератор якої повідомлений з електронагрівачем теплоносія високотемпературного теплоаккумулятора з можливістю регулювання переданої в воздухоподогреватель теплової енергії;

- Щонайменше одна ветроустановка виконана вихрового типу, по осі вхідної частини якої розташований вихід вертикального воздухопровода, в нижній частині якого розташований воздухоподогреватель, повідомлений по теплу з низькотемпературним теплоаккумулятором;

- Вертикальний воздуховод повідомлений з виходами вентиляційної системи жилого об'єкта;

- Підігрівач повітря встановлений в нижній частині вертикального воздуховода, у верхній частині якого встановлено лопатеве колесо повітряної турбіни з електрогенератором, а сам повітропровід виконаний у вигляді силової трубчастої стійки лопатевої вітроустановки;

- Низькотемпературний теплоаккумулятор виконаний у вигляді герметичного теплоізольованого обсягу, заповненого рідким теплоносієм, наприклад водою;

- Низькотемпературний теплоаккумулятор виконаний у вигляді теплоізольованого обсягу, заповненого твердою речовиною, наприклад SiO _2, всередині якого розташований трубчастий теплообмінник відведення / підведення тепла за допомогою циркуляції рідинного теплоносія;

- Високотемпературний теплоаккумулятор розташований всередині низькотемпературного теплоаккумулятора;

- Теплова машина виконана працює по циклу Ренкіна, а її нагрівач-парогенератор повідомлений з високотемпературним теплоаккумулятором допомогою газового теплоносія і виконаний з можливістю підігріву теплоносія від електрогенератора щонайменше однієї вітроустановки;

- Електромережу стабілізованого приводиться тепловою машиною електрогенератора і система опалення та гарячого водопостачання повідомлені як з резервними джерелами енергопостачання, так і зовнішніми споживачами цієї енергії;

- Резервне джерело тепла виконаний у вигляді паливної пальника, по теплу повідомленої з нагрівачем теплової машини, а вихідний канал продуктів згоряння пальники повідомлений з вертикальним воздуховодом підведення повітря до вітроустановці;

- Низькотемпературний теплоаккумулятор по теплу повідомлений з наведеними від електрогенератора теплової машини тепловим насосом, по теплу повідомленими з споживачами тепла, які вимагають на своєму вході температуру більшу, ніж температура в низькотемпературному теплоаккумуляторе.

На кресленні дано схемне рішення запропонованої системи енергопостачання.

Залюднений об'єкт, наприклад багатоповерховий будинок, містить на даху вітроустановку вихрового типу 2 з турбіною 3 і електрогенератором 4, пов'язаним з електророзподільних пристроєм 5, повідомленими з додатковим дармовим джерелом енергії - лопатевої вітроустановкою з електрогенератором 7 і генеруючими електричний струм сонячними платами 8, і повідомленими з входом пристрою 5.

Через пристрій 5 всі електрогенератори 4, 7, 8 пов'язані з енергоаккумулятром, виконаним у вигляді високотемпературного теплоаккумулятора 9 і низькотемпературного теплоаккумулятора 10, в даному прикладі реалізації розташованого навколо теплоаккумулятора 9 для поглинання ним теплоти, що проходить через теплоізоляцію 11. Низькотемпературний теплоаккумулятор 10 виконаний у вигляді герметичної теплоизолированной ємності, заповненої теплоакумулюючі речовиною рідким, наприклад водою, або твердим, наприклад SiO _2, BeO, Al ₂ O _3. Цими ж або іншими речовинами, працездатними при високих температурах, наприклад, 800ºС, заповнений і високотемпературний теплоаккумулятор 9 з можливістю циркуляції в ньому газового або рідкого теплоносія. У низькотемпературному теплоаккумуляторе 10 для підведення або відведення від нього теплоти розміщений трубчастий теплообмінник 12, гідравлічно включений в контур циркуляції рідкого теплоносія, переважно води, що перекачується насосом 13. Контур циркуляції води в даному прикладі реалізації по теплу підключений: до системи опалення і гарячого водопостачання (на кресленні не показана) будівлі 1 з можливістю регулювання витрати циркуляції, наприклад, дроселем 14; до теплового насосу 15, що приводиться електродвигуном 16 і по теплу (холоду) повідомленою трубопроводами 17 з споживачами об'єкта 1, що працюють на теплоносії з температурою, істотно більшою (меншою), ніж температура в низькотемпературному теплоаккумуляторе 10; з електронагрівачем 18, повідомленими, наприклад, з пристроєм 5; з конденсатором-холодильником теплової машини 20, а і з воздухоподогревателямі 21, 21 ^1, 21 ^11, с можливістю регулювання переданої проходить через них повітря теплоти, наприклад, за рахунок регулювання витрати теплоносія за допомогою дроселів 22, 23. Низькотемпературних теплоаккумуляторов, по теплу повідомлених з теплоаккумулятором 9 і / або 10, може бути кілька, в тому числі з різною робочою температурою, підключених відповідно до споживачів, які вимагають для свого функціонування різну температуру теплоносія.

Теплова машина 20, наприклад, виконана працює по циклу Ренкіна і переважно - з можливістю регулювання і високоефективного перетворення теплової енергії в механічну на своєму валу (ці кошти широко відомі), отримує теплову енергію за допомогою розігріву нагрівача-парогенератора 24 за рахунок циркуляції газового теплоносія через високотемпературний теплоаккумулятор 9 повітродувкою 25 і регулювання потоків тепла дросселями 26 і 27 і електронагрівачем 28, пов'язаним з пристроєм 5.

Воздухоподогреватели 21 розташовані в термоізольованих для виключення охолодження повітря в каналах 29, 30 підведення повітря до робочих органів вітроустановок 2 і 31, електрогенератори 4 і 32 яких через пристрій 5 підключені в першу чергу до електронагевателям 28 і 28 ¹ високотемпературного теплоаккумулятора 9.

Повітропровід 29 розташований переважно вертикально, і його вихід розташований по осі вхідної частини вихровий вітроустановки 2, де має місце знижений тиск.

Розігрів повітря воздухоподогревателямі 21 підвищує швидкість руху повітря до робочого органу вітроустановки, збільшуючи тим самим кількість вироблюваної електроенергії, що надходить в високотемпературний теплоаккумулятор 9, і, таким чином, забезпечуючи часткове повернення теплової енергії низькотемпературного теплоаккумулятора 10 в теплову енергію високотемпературного теплоаккумулятора 9.

Виходи вентиляційних каналів 33 приміщень будівлі 1 і можуть бути повідомлені з воздуховодом 29. У верхній частині воздуховода 29 може бути встановлена ​​додаткова турбіна з електрогенератором аналогічно виконання елементів 31 і 32.

Як воздуховода раціонально використовувати трубчасту силову стійку лопатевої вітроустановки 6.

Теплова машина 20 виконана кинематически пов'язаної з електрогенератором 34 стабілізованою частоти і напруги, наприклад, 50 Гц і 220/380 В, що досягається регулюванням обертів машини 20, наприклад, дроселем 35 і, наприклад, струму збудження генератора 34. Теплова машина 20 може бути по валу пов'язаної з насосами і воздуходувками (газодувками) систем водопостачання, власних потреб, вентиляції, гарячого водопостачання і т.д. для зниження габаритів установки, її вартості та підвищення надійності системи в цілому шляхом резервування основних її агрегатів.

Так, наприклад, що приводиться валом 36 газодувками 37 може бути використана для передачі теплоти через роз'єми 38 зовнішній системі споживання високотемпературної теплової енергії, наприклад теплоаккумулятором силових установок спеціальних мобільних машин (теплокарам), що можуть перевозити людей і вантажі в заданому радіусі дії даної системи енергопостачання або в районі дислокації мережі об'єктів проживання, забезпечених системами енергопостачання розглянутого типу. Роз'єми 38 можуть і використовуватися і для зарядки високотемпературного теплоаккумулятора 9 від зовнішніх високотемпературних джерел тепла, наприклад, в критичних або аварійних ситуаціях або при пуску системи.

Для цілей резервування машина 20 може бути забезпечена додатковим, наприклад, газопальниковому нагрівачем 39, вихід продуктів згоряння з якого може бути виконаний виходять в повітропровід 29 через канал 40 для збільшення напору (витрати) повітря, що підводиться до турбіни 3.

Для спрощення електрогенераторів 4, 7, 32 вони можуть виконуватися у вигляді електромашин змінного струму, що підключаються через пристрій 5 до електронагрівача 28, 28 ^1, 18. При будь-яких типах електрогенераторів вони можуть підключатися до електронагрівача, виконаним у вигляді послідовного ряду електронагрівачів з різними електричними опорами , що підключаються до електричного кола електрогенераторів вітроустановок в міру збільшення швидкості вітру і вихідний електричної потужності (напруги), що істотно спрощує процес управління зарядкою енергією саме акумуляторів теплового типу.

Для цілей пуску даної системи енергозабезпечення вона може забезпечуватися, наприклад, дізельелектрогенератором щодо невеликої потужності, необхідної для запуску газодувки 25, насоса 13 і поживного об'ємного насоса 41 для забезпечення пароутворення в парогенераторі і запуску теплової машини 20, що приводить електрогенератор 34, від якого потім і запускаються всі додаткові приводи допоміжних потреб і всі системи життєзабезпечення населеного об'єкта в цілому. Можливий запуск пристроїв 13, 25 і 41 від електроакумуляторних приводу або пристрою 5.

Працює дана система енергозабезпечення наступним чином. При запуску газодувки 25 здійснюється зарядка теплоаккумулятора 9, а потім при запуску насоса 13 і низькотемпературного теплоаккумулятора 10. При відкритті дроселя 26 і запуску живильного насоса 41 запускається теплова машина 20, і включається в роботу стабілізований синхронний генератор 34, від якого вже запускаються всі приводи допоміжних потреб і насоси перекачування води, теплоносіїв, теплового насоса 16 і системи тепло- і електропостачання об'єкту проживання. Виробляється джерелами 2, 6, 8 електроенергія направляється в електронагрівачі 28, 28 ^1, і здійснюється зарядка теплоаккумулятора 9 до заданої температури. При надлишку виробляється джерелами 2, 6, 8 електроенергії вона направляється в електронагрівачі 18 і 18 ¹ для підзарядки теплоаккумулятора 10, а і при необхідності і стабілізації параметрів пари на вході парової машини 20. Зарядка теплоаккумулятора 10 здійснюється за рахунок відведення теплоти від холодильника-конденсатора 19 теплової машини 20.

При відкритті дроселя 14 запускається система опалення та гарячого водопостачання жилого об'єкта, а при відкритті дроселя 42 теплова енергія з теплоаккумулятора 10 подається на вхід теплового насоса 15 і далі до її споживачеві.

У випадках, коли температура низькотемпературного теплоаккумулятора 10 досягає свого максимально допустимого значення (наприклад, в літній період, коли система опалення відключена, а електроспоживання велике), надлишкова теплова енергія скидається з низькотемпературного теплоаккумулятора 10 за допомогою повітронагрівачів 21, 21 ^1, 21 ^11, які при цьому одночасно підвищують ефективну потужність турбін 3, 31, електрогенератори яких забезпечують часткове повернення скидається з низькотемпературного теплоаккумулятора 10 теплової енергії в високотемпературний теплоаккумулятор, що важливо при недостатній в даний період часу швидкості вітру, необхідної для повного енергопостачання об'єкта проживання.

Запропонована система енергопостачання в порівнянні з прототипом має наступні переваги:

- Підвищується загальна виробляється вітроустановками енергія, оскільки використовується енергія вітру при будь-яких низьких його швидкостях, достатніх для обертання електрогенераторів;

- Підвищується надійність вітроустановок і знижується їх вартість за рахунок зниження вимог до параметрів виробляється ними електричного струму і спрощення самих електрогенераторів;

- Забезпечується повна екологічна безпека енергоакумулюючих блоку при істотному підвищенні терміну його експлуатації і зниженні витрат на його обслуговування в порівнянні з електроакумуляторами існуючих типів;

- Технічно просто досягається як завгодно велика енергоємність теплових акумуляторів, що дозволяє запасати будь-яке потрібне кількість енергії, достатню для забезпечення стабільної безперебійної роботи системи навіть в періоди довготривалого відсутності вітру;

- Забезпечується можливість застосування даної системи для вже існуючих населених об'єктів з традиційними системами тепло- і електропостачання і при широко застосовується промисловому і побутовому обладнанні;

- Технічно просто і надійно забезпечується можливість обміну потоками теплової та електричної енергії з зовнішніми споживачами енергії і зовнішніми її джерелами, що підвищує надійність системи життєзабезпечення в аварійних та критичних ситуаціях;

- Забезпечується можливість надійного енергозабезпечення автономних об'єктів проживання, промислових і сільськогосподарських віддалених від централізованого енергопостачання підприємств, що володіють високою нерівномірністю споживання електричної і теплової енергії;

- При розвитку даної системи енергозабезпечення можливе застосування екологічно безпечних мобільних машин з теплоаккумуляторной силовою установкою, здатних вирішити задачу перевезення людей і вантажів в зоні дії житлових і промислових об'єктів з даними системами енергозабезпечення, що базуються на використанні теплоаккумуляторов і дармових джерел енергії.

Додатковим позитивним властивістю даної системи енергозабезпечення є можливість передачі теплової енергії з низькотемпературного теплоаккумулятора в високотемпературний теплоаккумулятор допомогою використовуваних вітроустановок, що істотно підвищує ефективну вихідну потужність виробляється (за допомогою теплової енергії, запасеної як в низькотемпературному, так і в високотемпературному теплоаккумулятором) стабілізованою по частоті і напрузі електроенергії , що йде на електропостачання об'єкта проживання.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Технічна документація на космічну станцію "МИР" - аналог.

2. Серебряков Р.А., Бірюк В.В. Вихрова вітроенергетична установка // Ракетно-космічна техніка. Сер.ХII. Самара, 2000., с.48-73 - прототип.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Система енергозабезпечення населених об'єктів за рахунок енергії сонця і вітру, наприклад, будівель, що містить, щонайменше, одну вітрову установку з електрогенератором, електрично пов'язаних з енергоакумулятором, повідомленими з споживачем цієї енергії, яка відрізняється тим, що енергоакумулятор виконаний у вигляді по меншій заходу двох теплових акумуляторів - високотемпературного і низькотемпературного, високотемпературний теплоаккумулятор повідомлений по теплу з нагрівачем, що призводить, щонайменше, електрогенератор стабілізованою частоти і напруги теплової машини, холодильник якій по теплу повідомлений з низькотемпературним теплоаккумулятором, який по теплу повідомлений з системою опалення і гарячого водопостачання жилого об'єкта з можливістю регулювання переданої теплової енергії, а й з підігрівачем повітря, що надходить на вхід, щонайменше, однієї вітроустановки, електрогенератор якої повідомлений з електронагрівачем теплоносія високотемпературного теплоаккумулятора з можливістю регулювання переданої в воздухоподогреватель теплової енергії.

2. Система енергозабезпечення по п.1, що відрізняється тим, що, щонайменше, одна ветроустановка виконана вихрового типу, по осі вхідної частини якої розташований вихід вертикального воздухопровода, в нижній частині якого розташований воздухоподогреватель, повідомлений по теплу з низькотемпературним теплоаккумулятором.

3. Система енергозабезпечення по п.2, що відрізняється тим, що вертикальний воздуховод повідомлений з виходами вентиляційної системи жилого об'єкта.

4. Система енергозабезпечення по п.1, що відрізняється тим, що воздухоподогреватель встановлений в нижній частині вертикального воздуховода, у верхній частині якого встановлено лопатеве колесо повітряної турбіни з електрогенератором, а сам повітропровід виконаний у вигляді силової трубчастої стійки лопатевої вітроустановки.

5. Система енергозабезпечення по п.1, що відрізняється тим, що низькотемпературний теплоаккумулятор виконаний у вигляді герметичного теплоізольованого обсягу, заповненого рідким теплоносієм, наприклад водою.

6. Система енергозабезпечення по п.1, що відрізняється тим, що низькотемпературний теплоаккумулятор виконаний у вигляді теплоізольованого обсягу, заповненого твердою речовиною, наприклад SiO _2, всередині якого розташований трубчастий теплообмінник відведення / підведення тепла за допомогою циркуляції рідинного теплоносія.

7. Система енергозабезпечення по п.1, що відрізняється тим, що високотемпературний теплоаккумулятор розташований всередині низькотемпературного теплоаккумулятора.

8. Система енергозабезпечення за допомогою одного з пп.1-7, яка відрізняється тим, що теплова машина виконана працює по циклу Ренкіна, а її нагрівач-парогенератор повідомлений з високотемпературним теплоаккумулятором допомогою газового теплоносія і виконаний з можливістю підігріву теплоносія від електрогенератора, щонайменше, однієї вітроустановки.

9. Система енергозабезпечення за допомогою одного з пп.1-8, яка відрізняється тим, що електромережу стабілізованого приводиться теплової машини електрогенератора і система опалення та гарячого водопостачання повідомлені як з резервними джерелами енергопостачання, так і з зовнішніми споживачами цієї енергії.

10. Система енергозабезпечення по п.9, що відрізняється тим, що резервне джерело тепла виконаний у вигляді паливної пальника по теплу, повідомленої з нагрівачем теплової машини, а вихідний канал продуктів згоряння пальники повідомлений з вертикальним воздуховодом підведення повітря до вітроустановці.

11. Система енергозабезпечення за допомогою одного з пп.1-10, що відрізняється тим, що низькотемпературний теплоаккумулятор по теплу повідомлений з наведеними від електрогенератора теплової машини тепловим насосом, по теплу повідомленими з споживачами тепла, які вимагають на своєму вході температуру більшу, ніж температура низькотемпературного теплоаккумулятора

Версія для друку
Дата публікації 14.02.2007гг

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