ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ УСТАНОВКА

№2011119127 Заменяющий лист 1
ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ УСТАНОВКА
Полезная модель относится к электроэнергетике и может быть использована сельхозпроизводителями и объектами, удаленными от централизованных энергосистем, в течение круглого года.
Известна полезная модель «Устройство для превращения солнечной энергии в электрическую» (см. Патент №86247, F02G 5/02. Устройство для превращения солнечной энергии в электрическую / В.Н.Тимофеев, Д.В.Тимофеев, М.А.Тимофеев; опубл. в БИ 27.08.2009). Устройство, используя солнечную энергию, вырабатывает электрическую энергию. Основными элементами данного устройства являются: термоэлектрический генератор, который установлен на подвижной платформе; механизм поворота, который обеспечивает синхронный поворот за Солнцем.
Основным недостатком данного устройства является низкая эффективность термоэлектрического генератора, а теплота, полученная на горячих спаях термоэлектрического генератора, не сможет обеспечить обслуживаемые объекты тепловой энергией.
Наиболее близким техническим решением является «Силовая установка на солнечной энергии» (см. Патент №2184873, F03G 6/00. Силовая установка на солнечной энергии / А.Ф.Исачкин; опубл. в БИ 10.07.2002). Данная установка работает на солнечной энергии и содержит генератор, испаритель, конденсатор и турбину с низкокипящим веществом. Испарение рабочего вещества происходит за счет солнечной энергии, а конденсация рабочего вещества происходит при помощи жидкого охладителя. Кроме того, установка содержит теплоизолированные накопительные емкости, в которых аккумулируется теплота от солнечной энергии, и которые используются в ночное время и в пасмурную погоду. Выработанная электроэнергия используется потребителями.
Основными недостатками данного устройства являются:
1. В данном устройстве не предусмотрено использование тепловой энергии, например, для отопления и горячего водоснабжения сельхозпроизводителей и производственных объектов.
2. Не предусмотрено использование тепловой энергии в холодильных установках.
Заявляемая полезная модель решает задачу создания энергоресурсосберегающего устройства, позволяющего решить вопросы экономии топливно-энергетических ресурсов, а также вопросы защиты окружающей среды от тепловых и токсичных выбросов.
№2011119127 Заменяющий лист 2
Техническим результатом при этом является обеспечение дешевой экологически чистой электрической и тепловой энергией, а также абсорбционных
преобразователей теплоты для целей хладо- и теплоснабжения производственных объектов и сельхозпроизводителей в течение круглого года.
Технический результат достигается тем, что в известной силовой установке на солнечной энергии, содержащей солнечный источник энергии, генератор, испаритель, конденсатор, турбину с низкокипящим рабочим веществом, объект отопления, абсорбционную холодильную машину, низкопотенциальный источник энергии, она дополнительно содержит тепловой насос, вход которого подключен к низкопотенциальному источнику энергии, выход через электронный трехходовой кран, испаритель, связан с турбиной, объектом отопления и абсорбционной холодильной машиной (АБХМ). Кроме того, энергоресурсосберегающая установка дополнительно содержит искусственный источник энергии, вход которого через блок управления связан с переключателями эксплуатационного пульта управления, выход через электронный трехходовой кран подключен к турбине, объекту отопления и АБХМ.
Основными источниками энергии в энергоресурсосберегающей установке являются: возобновляемый источник энергии (ВИЭ), к которому относятся солнечный источник тепловой энергии, низкопотенциальный источник энергии (НПИЭ), и искусственный источник энергии (ИИЭ).
На фиг.1 представлена энергоресурсосберегающая установка, которая содержит: солнечный источник тепловой энергии 1; низкопотенциальный источник энергии 2; тепловой насос 3; искусственный источник тепловой энергии 4; турбину 5; генератор 6; испаритель 7; конденсатор 8; объект отопления 9; абсорбционную холодильную машину 10; электрические насосы 11, 12; электронные трехходовые краны 13, 14, 15, 16; трехходовые краны 17, 18; блок управления 19; датчики температуры 20, 23, 26; блок сравнения 21, 24, 27; задатчики 22, 25, 28; сигнализатор 29; эксплуатационный пульт управления 30; переключатель возобновляемого источника энергии 31; переключатель искусственного источника энергии 32; газовый баллон 33; электромагнитный клапан 34; газовый котел 35; каналы теплоносителей 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60; каналы низкокипящего вещества 47, 48, 49, 50; каналы подачи электроэнергии 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67; каналы подачи электрических сигналов 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76; каналы передачи электроэнергии к потребителю 77; каналы подачи газа в котел 78, 79.
Электронные трехходовые краны 13, 14, 15, 16 могут быть выполнены согласно патенту №22709223, F01P 7/16. Электрический термостат / В.Н.Тимофеев, Н.П.Кузин, А.Н.Краснов; опубл. в БИ 27.02.2006.
В солнечном источнике энергии 1 происходит нагрев теплоносителя до определенной температуры, например, до 90-95°С, и его передача по каналу 36, при этом его температура контролируется датчиком температуры 20.
Из НПИЭ 2 низкопотенциальная тепловая энергия температурой 6-7°С по каналу 51 через трехходовой кран 16 и канал 54 подается в тепловой насос 3, где в результате осуществления термодинамического цикла теплоноситель нагревается до 80-85°С и по каналу 56 подается в энергоресурсосберегающую установку, а по каналу 55 возвращается обратно в НПИЭ 2. При этом температура контролируется датчиком температуры 23.
Другая часть низкопотенциальной тепловой энергии по каналу 52 поступает в конденсатор 8, где в результате теплообмена с отработавшим паром низкокипящее вещество превращает его в жидкость и по каналу 53 возвращается обратно в НПИЭ 2.
В качестве ИИЭ 4 используется газовый котел 35, который включает в себя газовый баллон 33; электромагнитный клапан 34; каналы подачи газа 78, 79 и канал подачи электроэнергии 66. Температура теплоносителя, т.е. воды, нагреваемой в котле 35, например, до 90-95°С, контролируется датчиком температуры 26 и работой котла 35 путем подачи газа через электромагнитный клапан 34. Для перехода работы установки от ВИЭ к ИИЭ предусмотрен эксплуатационный пульт управления 30 с переключателями 31, 32. В замкнутом контуре, включающем турбину 5, канал 50, конденсатор 8, канал 47, насос 12, канал 48, испаритель 7, канал 49, циркулирует низкокипящее вещество.
Заявляемая энергоресурсосберегающая установка работает следующим образом.
Пусть установка работает на ВИЭ. Тогда на эксплуатационном пульте управления нажатием на кнопку 31 запускается данная установка.
На блоки сравнения 21, 24 начинают поступать сигналы от датчиков температуры 20, 23. Сигналы рассогласования поступают на блок управления 19 следующим образом.
Если в датчике температуры 20 температура теплоносителя Ттепл.≤90° то задатчик 22 тоже отрегулирован на значение 90°С, поэтому в блоке сравнения 21 сигнал рассогласования отсутствует, по каналу 70 сигнал не подается, питание на электронный трехходовой кран 15 не поступает и, соответственно, канал 37 закрыт.
В этом случае блок управления 9 подает энергию по каналу 64 на электронный трехходовой кран 16, который дополнительно открывает канал 54 и низкопотенциальная энергия начинает подаваться как по каналу 52, так и по каналу 54.
В тепловом насосе 3 в результате термодинамического цикла происходит повышение температуры теплоносителя до 80°С, а отработавшая низкопотенциальная энергия по каналу 55 возвращается обратно в НПИЭ 2.
Теплоноситель, нагретый до температуры 80°С, с повышенным давлением поступает в электронный трехходовой кран 15, у которого канал 37 закрыт, а канал 38 открыт, и по этому каналу теплоноситель поступает в трехходовой кран 17, у которого оба канала 39, 40 открыты и теплоноситель по каналу 39 поступает в испаритель 7, куда одновременно по каналу 48 поступает низкокипящее рабочее вещество в виде жидкости. В испарителе 7 низкокипящее рабочее вещество отбирает теплоту от горячего теплоносителя, происходит испарение низкокипящего рабочего вещества и его превращение в пар. Далее рабочий пар поступает в турбину 5, где часть энергии рабочего вещества турбина 5 с генератором 6 преобразует в электрическую энергию. Отработавший пар поступает по каналу 50 в конденсатор 8, где происходит теплообмен между отработавшим паром и низкопотенциальной энергией, поступающей в испаритель 7 по каналу 52. Отдавая теплоту, отработавший пар превращается в жидкость, которая по каналу 47 насосом 12 и каналу 48 прогоняется в испаритель 7. А низкопотенциальная энергия, отобрав теплоту от отработавшего пара, по каналу 53 возвращается в НПИЭ 2. Одновременно блок управления 19 подает электроэнергию на насос 12 и электронные трехходовые краны 13, 14, при этом канал 46 закрывается, 58 - открывается. Отработанный теплоноситель после объекта отопления 9 и АБХМ 10 по каналу 44 поступает в электронный трехходовой кран 14, циркулирует по каналам 46, 59 и электронный трехходовой кран 13, затем возвращается в тепловой насос 3.
тепл.
Пусть температура теплоносителя в канале 36 становится Т≥90°С. Тогда в блоке сравнения 21 в результате вычисления сигналов, полученных от датчика 20 и задатчика 22, формируется сигнал рассогласования, который подается по каналу 70 в блок управления 19. Блок управления 19 в результате получения этого сигнала выключает подачу электроэнергии на электронный трехходовой кран 16, который закрывает канал 54 и прекращает подачу низкопотенциальной энергии на тепловой насос 3. Кроме того, блок управления 19 начинает подавать электроэнергию по каналу 65 на электронный трехходовой кран 15, который закрывает канал 56, открывает канал 37 и теплоноситель из солнечного источника энергии 1 через электронный трехходовой кран 15 и трехходовой кран 17 по каналам 38, 39 подается в испаритель 7, а по каналу 40, через трехходовой кран 18, и каналам 41, 42 подается в объект отопления 9 и в АБХМ 10. Отработанный теплоноситель после объекта отопления 9 и АБХМ 10 по каналу 44 через электронный трехходовой кран 14, канал 46, электронный трехходовой кран 13, поступает в солнечный источник энергии 1. При этом каналы 58, 59 закрыты. Цикл повторяется.
В испарителе 7 аналогично происходит испарение низкокипящего вещества и его превращение в пар. Далее рабочий пар поступает в турбину 5, где часть энергии рабочего пара совместно с генератором 6 преобразуется в электрическую энергию. Полученная электроэнергия в генераторе 6 по каналу 77 подается к потребителю.
В результате будет обеспечен довольно высокий перепад испарения и конденсации рабочего вещества соответственно и, следовательно, довольно высокий коэффициент полезного действия (КПД) преобразования солнечной энергии предлагаемой установки.
тепл.
Если в солнечном источнике энергии 1 и тепловом насосе 3 установится очень низкая температура Т≤50°С, то блок управления 19 по каналу 67 подает энергию на сигнализатор 29, который информирует о низком значении температуры теплоносителя предлагаемой установки.
В этом случае пользователь нажатием на кнопку 31 останавливает работу установки на ВИЭ, а нажатием кнопки 32 запускает работу установки на ИИЭ. При этом блок управления 19 останавливает работу электронного трехходового крана 15, подает энергию по каналу 66 на электромагнитный клапан 34 и ИИЭ, т.е. котельная установка, начинает работать.
№2011119127 Заменяющий лист 6
Электромагнитный клапан 34 открывается и газ по каналам 78, 79 подается в котел 35, который начинает работать. Теплоноситель, т.е. вода, через трехходовой кран 14, насос 11, канал 58, канал 60 поступает в котел 35 (при этом канал 46 закрывается), нагревается, и по каналу 57 поступает в канал 38. При этом температура теплоносителя контролируется датчиком температуры 26. При повышении температуры выше заданного значения блок сравнения 27 подачей сигнала по каналу 76 на блок управления 19 управляет подачей электроэнергии на электромагнитный клапан 34, тем самым регулируя работу котла 35 и обеспечивается получение требуемой температуры теплоносителя в канале 57. Нагретый теплоноситель через трехходовой кран 17 по каналу 39 направляется в испаритель 7, а по каналу 40 и трехходовой кран 18 и каналы 41, 42 аналогично направляется на объект отопления 9
и в АБХМ 10. Отработавший теплоноситель через трехходовой кран 14, насос 11 циркулирует по замкнутому контуру. Цикл повторяется.
На объектах отопления во всех рассмотренных вариантах обеспечивается поддержание требуемого температурного уровня, например, в жилых, производственных и служебных помещениях, теплицах и других объектах, в течение круглого года.
В АБХМ 10 во всех рассмотренных вариантах благодаря высокой температуре теплоносителя происходит выработка холода, необходимого для производственных нужд и сохранения овощей и фруктов сельхозпроизводителя.
Таким образом, предложенная энергоресурсосберегающая установка путем использования ВИЭ и ИИЭ может удовлетворить потребность в электроэнергии и холоде промышленных объектов и сельхозпроизводителей, расположенных в труднодоступных районах, удаленных от централизованных линий электропередач, в течение круглого года. Предложенная установка, воплощенная в жизнь, сможет не только надежно обеспечить электроэнергией и холодом поселения в степных, горных, таежных и других отдаленных местах, но и заменить там многочисленные дизельные электроустановки, генераторы и котельные, стоимость энергии которых очень высока. К тому же установки, работающие на традиционном углеводородном сырье, загрязняют атмосферу и почву. Применение АБХМ позволяет сохранить качество сельхозпродуктов и увеличить их срок хранения, и отличается значительно меньшим расходом электроэнергии и ее применение сельхозпроизводителями позволяет снизить как эксплуатационные расходы, так и стоимость ввода в эксплуатацию.