Станция для выработки электрической энергии на любом виде тепла с использованием конвекции

Предполагаемая полезная модель относится к области энергетики, в частности, к устройствам, которые для выработки энергии используют в принципе своей работы естественную воздушную тягу, возникающую при перепаде высот в трубах, либо при движении по трубам воздуха с различной температурой.
На тепловых электростанциях почти две трети тепла, полученного от сжигания топлива, уходит со сбросными нагретыми водами. В то же время на каждом предприятии прилагаются огромные усилия для утилизации больших тепловых вторичных энергетических ресурсов. Тепловые вторичные энергетические ресурсы - это физическая теплота отходящих газов, основной и побочной продукции производства; теплота горячей воды и пара, отработанных в технологических установках; теплота рабочих тел систем охлаждения технологических установок. Тепловые вторичные энергетические ресурсы могут использоваться как непосредственно в виде теплоты, так и для раздельной или комбинированной выработки теплоты, холода, электроэнергии, а также в утилизационных установках. Не меньшими запасами тепловых вторичных энергетических ресурсов обладают и котельные, число которых в нашей стране достаточно велико. К котельным можно добавить сотни тысяч мелких котлов на газе, жидком и твердом топливе для отопления небольших помещений, магазинов, в частном секторе, дач, бань, столовых.
Известна «Солнечно-конвективная электростанция» по патенту на изобретение №2583210, в котором солнечно-конвективная электростанция содержит один или несколько воздуховодов, один или несколько электрогенераторов, коллектор, в котором установлена либо не установлена система нагрева воздуха, установлена либо не установлена система тепловых насосов, одну или несколько турбин, систему тросов, систему шлангов и газовый комплекс. Причем, по меньшей мере, один из воздуховодов является аэростатом и представляет собой открытую для движения воздуха вертикальную внутреннюю трубу, расположенную внутри вертикальной, внешней трубы. Внутренняя и внешняя трубы имеют круглые либо отличные от круглого сечения, а объем между трубами изолирован с торцов и заполнен газом легче воздуха. В качестве материала, по меньшей мере, одной части одной из труб используется прозрачный либо непрозрачный эластичный аэрогель либо любой другой материал, имеющий модуль Юнга меньше либо равный 15 ГПа. Изобретение должно обеспечить создание экологически чистой электростанции на основе возобновляемого источника энергии. Недостатками данного изобретения в первую очередь можно назвать зависимость эффективности электростанции от солнечной активности, использование для выработки электроэнергии одного вида тепла, а так же сложность самой установки, существенные затраты на ее сооружение и обслуживание, что снижает возможности широкого применения.
Так же известна «Тепловихревая электростанция» по заявке на изобретение №94028398, которая включает трубу с основным и вспомогательным генераторами вихря, дефлектор, "шатер" с системой подогрева воздуха или "бункер" с подводящими теплый воздух трубами, электрический генератор, у которого вал выведен на максимально возможную высоту, причем для создания тяги используется избыточное тепло от предприятий, дефлектор и вспомогательный генератор вихря, а для увеличения мощности вихреустановки используется прямое воздействие воздушного вихревого потока на ветроколеса непосредственно в трубе, крылья которых размещены в зоне вихревого воздушного потока, создаваемого основным и поддерживаемого вспомогательным генераторами вихря. В данном изобретении предлагается использование вихревого потока воздуха, а так же потока, создаваемого дополнительным генератором вихря, что требует дополнительных затрат на сооружение и обслуживание, и осуществляет работу только на одном источнике тепла, другими словами не имеет возможности широкого применения. Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемой полезной модели и принято заявителем за ближайший аналог.
Технической задачей является создание такой станции для выработки электроэнергии на любом виде тепла с использованием конвекции, которая бы позволяла использовать любой источник тепла (вторичные энергетические ресурсы) исходящий от широкого круга источников, начиная от промышленных установок (ТЭС, ТЭЦ и котельных) до малых тепловых пунктов, а так же теплый воздух, нагретый солнечными лучами, что обеспечивает универсальность станции и позволит использовать предлагаемое устройство как в промышленных условиях, так и в малых хозяйствах.
Для решения поставленной задачи в станции для выработки электрической энергии на любом виде тепла с использованием конвекции, содержащей корпус в виде вертикально ориентированной трубы, снабженный воздуховодом для теплого воздуха и как минимум, двумя электрогенераторами, а так же вал с установленными на нем лопастями и маховиком, согласно полезной модели, корпус снабжен дополнительными воздуховодами с нагревом воздуха от пара и газоводами для отработанных газов, причем воздуховоды с нагревом воздуха от пара и газоводы соединены с корпусом через тамбуры, в которых установлены теплообменники;
Электрогенераторы расположены ниже воздуховодов и газоводов;
В тамбурах установлены заслонки;
Корпус, выполнен из теплоизоляционного материала;
Каждый ряд лопастей состоит из нескольких лопастей, расположенных по одной оси, и установлен с горизонтальным сдвигом относительно другого ряда на 45 градусов;
Каждый ряд лопастей закреплен на валу под наклоном от 20 до 60 градусов;
Количество рядов лопастей зависит от высоты корпуса станции;
Количество лопастей в ряду зависит от диаметра корпуса станции;
Площадь лопастей составляет меньше половины площади горизонтального разреза корпуса станции;
Количество воздуховодов и газоводов может быть увеличено пропорционально диаметру корпуса;
Количество электрогенераторов может быть увеличено пропорционально диаметру корпуса.
Станция может одновременно принимать несколько видов тепла через воздуховоды и газоводы, а именно: пар, отработанные газы или воздух нагретый солнцем. Отходящие продукты сгорания из газового тракта теплогенераторов, проходя через теплообменники, содержащие, например, воду часть тепла отдают воде, и проходя через корпус станции создают воздушную тягу. Подогретая вода, в свою очередь, может быть использована для отопления или горячего водоснабжения близлежащих потребителей. Так же возможно использование для создания тяги в корпусе станции отработанного пара, направляемого не в градирни для конденсирования, а в теплообменники, находящиеся в тамбуре. Пар, проходя через теплообменник, нагревает его, а воздушная масса находящаяся снаружи - охлаждает, и тем самым нагреваясь, направляется в корпус станции, создавая воздушную тягу. Воздуховоды, подводящие воздух из атмосферы, представляют собой металлические трубы, окрашенные преимущественно в черный цвет, для наибольшей эффективности. Для регулирования тяги в тамбурах возможна установка заслонок.
Данное расположение конструктивных элементов станции позволяет задействовать в создании восходящего потока воздуха в корпусе станции несколько видов тепла, тем самым подтверждая решение технической задачи - созданиеуниверсальной станции для выработки электроэнергии, использующей тепловые вторичные энергетические ресурсы, а так же энергию солнца, и вырабатывающей электроэнергию на любом виде тепла с использованием конвекции.
Расположение электрогенераторов ниже воздуховодов и газоводов позволяет продлить срок их службы и производить необходимое обслуживание без отключения станции. Заслонки в тамбурах установлены для регулирования тяги, а выполнение корпуса из теплоизоляционного материала позволяет получить максимальный перепад температур и увеличить тягу.
Каждый ряд лопастей состоит из нескольких лопастей расположенных по одной оси и установлен с горизонтальным сдвигом относительно другого ряда на 45 градусов, и с возможностью регулировки угла наклона к горизонтальной оси в пределах от 20 до 60 градусов, причем количество рядов лопастей зависит от высоты корпуса станции, а количество лопастей в ряду зависит от диаметра ее корпуса. Площадь лопастей составляет меньше половины площади горизонтального разреза корпуса станции. Это позволяет использовать оптимальное количество вторичных энергетических ресурсов и поддерживать мощность станции в оптимальном режиме.
Количество воздуховодов, газоводов и количество электрогенераторов может быть увеличено пропорционально диаметру корпуса, для вырабатывания станцией максимально возможного количества энергии, повышая тем самым ее коэффициент полезного действия.
Патентные исследования не выявили технических решений, характеризующихся заявляемой совокупностью существенных признаков, следовательно, можно предположить, что указанная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Кроме того, предлагаемое техническое решение может быть изготовлено в промышленных масштабах с использованием стандартного оборудования и найдет применение в энергетике, т.е. характеризуется критерием «промышленная применимость»
Краткое описание чертежей:
фиг. 1 - общий вид станции (вертикальный разрез, показан воздуховод для теплого воздуха и газовод для отработанного газа);
фиг. 2 - вид сверху (вариант с двумя воздуховодами и двумя воздуховодами с нагревом воздуха от пара).
Станция для выработки электрической энергии содержит корпус 1 в виде вертикально ориентированной трубы, вдоль центральной оси корпуса 1 установлен вал 2, на валу 2 закреплены лопасти 3, и маховик 4 взаимодействующийс электрогенераторами 5. Корпус 1 снабжен воздуховодом для теплого воздуха 6, а также газоводом 7 для отработанных газов и воздуховодом 8 с нагревом воздуха от пара (на фиг 1 не указан), причем количество воздуховодов зависит от диаметра корпуса и может быть изменено в зависимости от территории установки и режима эксплуатации станции. Электрогенераторы 5 и маховик 4 расположены ниже воздуховодов, а газовод 7 для отработанных газов и воздуховод 8 с нагревом воздуха от пара, соединены с корпусом 1 через тамбуры 9, в которых установлены теплообменники 10. Тамбуры 9 содержат заслонки 11 для регулирования тяги. Корпус 1 станции, выполнен из теплоизоляционного материала, например керамзитобетона или кирпича. Каждый ряд лопастей 3, установленных на валу 2, состоит из нескольких лопастей расположенных на одной оси и установлен с горизонтальным сдвигом относительно другого ряда на 45 градусов, при этом лопасти имеют возможность регулировки наклона к горизонтальной оси в пределах от 20 до 60 градусов. Площадь лопастей составляет меньше половины площади горизонтального разреза корпуса станции. Количество электрогенераторов 5 может быть увеличено пропорционально диаметру корпуса.
Станция по выработке электрической энергии работает следующим образом: через газовод 7 для отработанных газов, отработанные газы подаются в тамбур 9 и, при открытой заслонке 11, обходя теплообменник 10, например заполненный водой, устремляются в корпус 1 станции, в корпусе 1 отработанный газ устремляется вверх, создавая воздушную тягу, лопасти 3 проворачиваются, тем самым создается вращение вала 2 и через маховик 4 вращение передается электрогенераторам 5. Вода, содержащаяся в теплообменнике 10, может быть использована для горячего водоснабжения или подпитки котла. В другом случае, через воздуховод 8 с нагревом воздуха от пара, безнапорный отработанный пар, направляется в теплообменник 10, находящийся в тамбуре 9, пар проходя через теплообменник, нагревает его, а воздушная масса, находящаяся с наружи - охлаждает, и тем самым нагреваясь, направляется в корпус 1 станции, создавая воздушную тягу. В третьем случае, воздуховод для теплого воздуха 6, который представляет собой металлическую трубу, окрашенную преимущественно в черный цвет для наибольшей эффективности, подводит нагретый солнечными лучами воздух из атмосферы напрямую в корпус 1 станции и создает воздушную тягу. Для регулирования тяги в тамбурах 9 возможно установление заслонок 11. Для организации потока воздуха в корпусе 1 станции к нему подсоединяется столько воздуховодов и газоводов, чтобы их суммарное сечение соответствовало сечению корпуса.