МАЛОРАЗМЕРНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Предлагаемая полезная модель относится к энергетическим установкам, в частности к преобразователям тепловой энергии в электрическую, и может быть использована, например, в качестве автономного источника энергии для дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов.
Известны паросиловые энергоустановки, в которых последовательное преобразование тепловой энергии в электрическую осуществляется с помощью регенеративных, поверхностных или смешивающих теплообменников, в каждый из которых поступает пар из промежуточных ступеней турбины. [1, 2]
Недостатком этих установок является большие потери тепла в окружающую среду, а также невозможность создать малоразмерную установку для получения электрической энергии с высоким КПД.
Целью данного изобретения является создание малогабаритной установки для преобразования тепловой энергии в электрическую, снижение тепловых потерь в окружающую среду, повышения КПД установки.
Поставленная цель достигается тем, что малоразмерная установка для получения электрической энергии содержит n секций, выполненных в виде расширяющихся герметичных полостей, заполненных на две третьих жидким рабочим телом, при этом температура кипения жидкого рабочего тела в каждой последующей секции ниже температуры кипения жидкого рабочего тела в предыдущей секции. Секции разделены магнито-теплопроводными перегородками, дно первой секции выполнено как приемник первичной тепловой энергии. На верхней поверхности перегородок размещены катушки индуктивности, соединенные между собой, при этом две катушки снабжены электрическими выводами, по центру каждой полости размещены сборники конденсата, выполненные в виде воронки, имеющей коническую и цилиндрическую части, нижний конец каждой цилиндрической части воронки снабжен прорезями для возвращения конденсата, коническая часть воронки через воздушный лабиринт соединена с турбиной, размещенной между перегородками, при этом каждая турбина выполнена в виде кольца, по окружности которого размещены сопловые отверстия, кольцо каждой турбины соединено с валом турбины посредством лопаток, вал каждой турбины снабжен шнеком для возвращения конденсата, размещенным в цилиндрической части воронки, на верхней поверхности кольца турбины размещены постоянные магниты, при этом радиус расположения магнитов совпадает с радиусом расположения катушек на перегородке. Малоразмерная установка для получения электрической энергии размещена в вакуумированном корпусе, между установкой и стенкой вакууммированного корпуса размещен теплоотражающий экран.
На фиг.1 изображена общая схема установки.
На фиг.2 изображена схема турбины установки.
На фиг 3. схематично изображена первая секция установки.
Малоразмерная установка для получения электрической энергии может включать n секций.
Для примера рассматривается установка, содержащая 4 секции - 1, la, 1б, 1в (фиг.1), выполненные в виде усеченных конусов и разделенные между собой магнито-теплопроводными перегородками 2, 2а, 2б, 2в. Магнито-теплопроводная перегородка каждой предыдущей секции является источником тепловой энергии для нагрева и испарения рабочего тела в следующей секции. На верхней поверхности каждой из магнито-теплопроводных перегородок 2, 2а, 2б, 2в закреплены катушки индуктивности 3 соединенные между собой с возможностью вывода генерируемой в них электрической энергии потребителю.
В каждой секции размещены воронки 4, 4а, 4б, 4в для возврата конденсата рабочего тела к основанию секции. В первой секции воронка 4 прикреплена к основанию секции, в последующих секциях воронки закреплены на перегородках 2а, 2б, 2в. В каждой секции размещены кольцеобразные турбины (фиг.2). На верхней поверхности кольца 7 каждой турбины выполнены отверстия-сопла 16, через которые проходят пары рабочего тела, приводящие турбину во вращение. На верхней поверхности кольца 7 каждой турбины закреплены постоянные магниты 6. Кольцо турбины соединено с валом турбины 8, снабженным упорными подшипниками 11, 12, посредством лопаток 9 (фиг.2). Установка помещена в вакуумированную камеру 14. Для снижения потерь тепла в окружающую среду между стенкой вакуумированной камеры и секциями установки размещен компенсационный экран 13 с отражающей поверхностью.
Установка работает следующим образом. В каждую секцию установки загружают жидкое рабочее тело, при этом температура кипения жидкости, загружаемой в каждую последующую секцию ниже, чем температура кипения жидкости, загружаемой в предыдущую секцию. Так, в первую секцию может быть загружена вода (температура кипения 100°С), во вторую секцию - этиловый спирт (температура кипения 78°С), в третью секцию ацетон (температура кипения 56°С), в четвертую секцию - диэтиловый эфир (температура кипения 34°С).
К внешнему входу 15 подводится тепло для разогрева и испарения рабочего тела первой секции. Рабочее тело перегревается, образовавшийся пар поднимается и, проходя через сопловые отверстия 16 на кольце турбины 7, приводит ее во вращение. Отработанный пар нагревает через перегородку 2 рабочее тело следующей секции, температура кипения которого ниже чем у рабочего тела первой секции. Отработанный пар конденсируется и, с помощью шнека 10, под давлением возвращается в нагреватель первой ступени.
Расположенные на кольце турбины 7 постоянные магниты 6, находящиеся непосредственно под катушками индуктивности 3, вращаясь вместе с кольцом турбины 7, генерируют электрический ток в катушках 3, который снимается на внешнего потребителя. Аналогичным образом процесс преобразования тепловой энергии в электрическую осуществляется во второй, третьей и четвертой секциях установки.
Конусообразное расширение каждой последующей секции установки обеспечивает оптимальный тепловой режим установки с максимальным использованием исходной тепловой энергии.
Предлагаемая конструкция позволяет создать малогабаритную (400×500×500 мм) установку для превращения тепловой энергии в электрическую с минимальными потерями тепловой энергии, при этом КПД установки составляет 75%.
Источники информации
1. Теплотехника (МГТУ им. Баумана, Москва 2004, под редакцией проф. A.M.Архарова),
2. Техническая термодинамика (изд. Энергия 1968, В.А.Кирилин, В.В.Сычев, А.Е.Шейндлин).