УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОГО ГЕОТЕРМАЛЬНОГО ТЕПЛА В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
DEVICE FOR THE TRANSFORMATION OF LOW-POTENTIAL GEOTHERMAL HEAT INTO ELECTRICITY

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для преобразования низкопотенциального геотермального тепла в электричество.
Существует большое количество источников низкопотенциального тепла как природного, так и промышленного происхождения, однако преобразование его в электричество с помощью тепловых машин вызывает много сложностей из-за отсутствия подходящего рабочего тела для низких температур.
Известна установка для получения электричества, в которой был предложен альтернативный способ преобразования низкопотенциального тепла (Renewable Energy World, 2005, V. 8, №4,р. 172). Она содержит вытяжную башню, внутри которой находится ветровое колесо с вертикальной осью вращения, соединенное с электрогенератором. Вокруг основания башни расположен солнечный коллектор, выполненный в виде прозрачного перекрытия, находящегося на некотором расстоянии от земли.
Установка работает следующим образом. Днем солнечное излучение, проходя через прозрачное перекрытие солнечного коллектора, нагревает находящийся под ним воздух. Теплый воздух поступает в вытяжную башню и под действием архимедовой силы поднимается вверх, создавая воздушный поток внутри вытяжной башни. Этот поток вращает находящееся внутри башни ветровое колесо и соединенный с ним генератор, вырабатывающий электричество.
Недостатком установки является узкая область применения и временная зависимость от солнечного излучения.
Наиболее близкой, принятой за прототип, является установка, построенная на базе испарительной градирни башенного типа, использующая для работы низкопотенциальное тепло оборотной воды, с помощью которой охлаждается тепловая машина (патент РФ №2582031, Бюл. №11, 2016 г.). Она содержит вытяжную башню, в основании которой находятся воздуховходные окна и водосборный бассейн. Внутри башни у ее основания находится ветровое колесо с вертикальной осью вращения, соединенное с электрогенератором. На кольцевом основании снаружи вытяжной башни установлена водораспределительная система, выполненная в виде кольцевой трубы с патрубками, на которых установлены разбрызгиватели воды. На кольцевом основании также находятся наклонные плоскости оросителя, которые сверху закрыты крышей, расположенной над воздуховходными окнами. Пространство между кольцевым основанием и крышей образует область интенсивного теплообмена оборотной воды и наружного воздуха.
Установка работает следующим образом. С помощью водораспределительной системы и оросителя создается развитая поверхность оборотной воды. Для этого теплая оборотная вода разбрызгивается на мелкие капли, которые попадают на наклонные плоскости оросителя и стекают в водосборный бассейн. Теплая вода в водосборном бассейне нагревает находящийся в вытяжной башне воздух, который под действием архимедовой силы поднимается вверх и выходит через верхний конец вытяжной башни, при этом наружный воздух начинает поступать в область интенсивного теплообмена, который в основном осуществляется за счет испарения с развитой поверхности оборотной воды. Пройдя через область теплообмена, теплый воздух через воздуховходные окна поступает внутрь вытяжной башни и, ударяясь в лопатки ветрового колеса, вращает его и соединенный с ним электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию.
Использование низкопотенциального тепла оборотной воды расширяет область применения установок для преобразования низкопотенциального тепла в электричество, устраняет временную зависимость от неравномерности поступления энергии, а создание развитой поверхности оборотной воды повышает интенсивность теплообмена.
Недостатком установки является узкая область применения, обусловленная тем, что ее создание определяется наличием крупного энергетического объекта, являющегося источником низкопотенциального тепла оборотной воды.
Задачей изобретения является расширение области применения установок для преобразования низкопотенциального тепла в электричество.
Техническим результатом является расширение области применения установок для преобразования низкопотенциального тепла в электричество.
Технический результат достигается тем, что в установку, содержащую вытяжную башню с воздуховходными окнами в ее основании, водосборный бассейн, ветровое колесо, соединенное с электрогенератором, водораспределительную систему и наклонные плоскости оросителя, установленные на кольцевом основании снаружи башни, а сверху закрытые крышей, установленной над воздуховходными окнами, при этом кольцевое основание выполнено с наклоном в сторону водосборного бассейна, а водораспределительная система выполнена в виде кольцевой трубы с патрубками, расположенными внизу у наклонных плоскостей оросителя под углом к радиусу основания вытяжной башни, при этом на патрубках установлены разбрызгиватели воды, направленные так, чтобы капли воды падали на наклонные плоскости оросителя, вводятся соединенные горизонтальной перемычкой две скважины, при этом верхний конец одной из них через вспомогательный насос соединен с кольцевой трубой водораспределительной системы, а верхний конец другой скважины через вентиль соединен с водосборным бассейном, а через насос соединен с источником пресной воды.
Введенные в установку элементы расширяют область ее применения за счет использования низкопотенциального геотермального тепла для производства электричества.
Использование пресной воды для работы установки защищает окружающую среду от выбросов опасных химических веществ, содержащихся в геотермальной воде.
Использование сифонного соединения скважин для нагрева и подачи воды в установку позволяет осуществлять процесс без затрат энергии за счет разной плотности холодной и теплой воды в скважинах.
Изобретение поясняется схемой, представленной на фиг. 1. Установка для преобразования низкопотенциального геотермального тепла в электричество содержит вытяжную башню 1, в основании которой находятся воздуховходные окна 2 и водосборный бассейн 3. Внутри башни 1 у ее основания находится ветровое колесо 4 с вертикальной осью вращения, соединенное с электрогенератором 5. На кольцевом основании 6, расположенном снаружи вытяжной башни 1, установлены водораспределительная система 7 и наклонные плоскости 8 оросителя, которые сверху закрыты крышей 9, расположенной над воздуховходными окнами 2. Кольцевое основание 6 выполнено с наклоном в сторону водосборного бассейна 3. Водораспределительная система 7 выполнена в виде кольцевой трубы с патрубками 10, расположенными внизу у наклонных плоскостей 8 оросителя. Патрубки 10 расположены под углом порядка 45 угловых градусов к радиусу основания вытяжной башни, при этом на них установлены разбрызгиватели воды, направленные так, чтобы капли воды падали на наклонные плоскости 8 оросителя, расположенные у воздуховходных окон под тем же углом к радиусу основания вытяжной башни, что и патрубки 10 кольцевой водораспределительной системы 7. Установка содержит две вертикальные скважины 11 и 12, соединенные преремычкой 13. Верхний конец скважины 11 через вспомогательный насос 14 соединен с кольцевой трубой водораспределительной системы 7, а верхний конец скважины 12 через вентиль 15 соединен с водосборным бассейном 3, а через насос 16 соединен с источником пресной воды 17. В качестве источника пресной воды можно использовать любой водоем или протекающую реку.
Пространство между кольцевым основанием 6 и крышей 9 образует область теплообмена между развитой поверхностью теплой воды и потоком наружного воздуха. Схема водораспределительной системы 7 с патрубками 10 представлена на фиг. 2а, расположение патрубков 10 водораспределительной системы 7 и наклонных плоскостей 8 оросителя а также схема разбрызгивания теплой воды представлены на фиг. 2б.
Установка для преобразования низкопотенциального геотермального тепла в электричество работает следующим образом. В исходном состоянии вентиль 15 закрыт. С помощью насоса 16, в период запуска установки работающего от внешнего источника электричества, пресная вода из источника пресной воды 17 подается в скважину 12. Проходя через перемычку 13, вода нагревается и через скважину 11 и вспомогательный насос 14 поступает в кольцевую трубу водораспределительной системы 7. С помощью разбрызгивателей, установленных на патрубках 10 распределительной системы 7, теплая вода разбрызгивается в виде мелких капель, которые падают на наклонные плоскости 8 оросителя и стекают по ним тонкой пленкой на кольцевое основание 6, а затем в водосборный бассейн 3. После достижения заданного верхнего уровня воды в бассейне 3 насос 16 отключается, а вентиль 15 открывается. После этого вода в скважину 12 поступает из водосборного бассейна 3. Теплая вода в бассейне 3 нагревает находящийся в вытяжной башне 1 воздух, который поднимается вверх и выходит через верхний конец вытяжной башни 1, при этом в область интенсивного теплообмена, расположенную между кольцевым основанием 6 и крышей 9, начинает поступать наружный воздух. В области теплообмена развитая поверхность теплой воды представлена в виде капель, создающихся с помощью разбрызгивателей воды, и тонкой пленки, стекающей с наклонных плоскостей 9 оросителя. Скорость стекания пленки воды зависит от угла наклона плоскостей оросителя, который определяется экспериментально.
Наклонные плоскости 9 оросителя, расположенные под углом к радиусу основания вытяжной башни, увеличивают путь пробега наружного воздуха в области теплообмена, а следовательно, время контакта потока наружного воздуха с развитой поверхностью оборотной воды. Пройдя через область теплообмена, поток наружного воздуха поступает внутрь башни 1 через воздуховходные окна 2 и, ударяясь в лопатки ветрового колеса 4, вращает его и соединенный с ним электрогенератор 5, вырабатывающий электричество, после чего нагретый наружный воздух поднимается вверх и выходит через верхний конец вытяжной башни 1.
После начала работы установки насос 16 отключается от внешнего источника питания и начинает работать от электричества, вырабатываемого установкой. В процессе работы установки в основном теплообмен между развитой поверхностью воды и потоком внешнего воздуха, поступающего в вытяжную башню, осуществляется за счет испарения теплой воды, в результате уровень воды в водосборном бассейне 3 опускается. При достижении предельной величины уровня воды в бассейне вентиль 15 автоматически закрывается и одновременно включается насос 16 и вода в скважину 12 поступает из источника пресной воды 17. При достижении заданного верхнего уровня воды в бассейне 3 насос 16 отключается, а вентиль 15 открывается, после чего вода в скважину 12 поступает из водосборного бассейна 3.
Был построен макет установки для преобразования низкопотенциального геотермального тепла в электричество. Проведенные эксперименты показали работоспособность и эффективность предложенной конструкции.