УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ИЗ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Изобретение относится к теплоснабжению и к холодильной технике, в частности, к устройствам для получения тепла, электроэнергии и холода с использованием энергии окружающей среды.
Известны различные способы и устройства для получения тепловой энергии из окружающей среды. Известен, например, способ получения тепловой энергии из окружающей среды и устройство для его осуществления по заявке №2003127765 от 2005.03.20. Устройство для получения тепловой энергии содержит теплообменник с газообразным рабочим телом, находящимся в замкнутой кольцевой камере, имеющей коаксиальные теплопроводные поверхности, установленное коаксиально теплопроводным поверхностям теплопроводное тело, имеющее канал для направленного перемещения газообразного теплоносителя, и привод вращения замкнутой кольцевой камеры, при этом теплопроводные поверхности выполнены с теплопроводными ребрами, радиально ориентированными внутрь замкнутой кольцевой камеры, а замкнутая кольцевая камера закреплена с возможностью вращения относительно теплопроводного тела и обеспечения подвижного термического контакта с теплопроводным телом.
Недостатком известного устройства является сложность его конструкции и наличие вращающихся частей.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ передачи теплоты и устройство для его осуществления по патенту №2076543, опубл. 1997.03.27. Способ передачи теплоты, при котором путем подвода энергии осуществляют нагрев источника тепловой энергии, а нагрев приемника тепловой энергии осуществляют посредством лучистого теплообмена, в процессе которого энергию потока теплового излучения, генерируемого излучающей поверхностью источника тепловой энергии, концентрируют в зоне
расположения поглощающей поверхности приемника тепловой энергии, при этом площадь поглощающей поверхности выполняют меньше излучающей площади, а концентрацию энергии потока излучения осуществляют путем создания из потока теплового излучения по меньшей мере двух пересекающихся в пространстве недиффузных потоков теплового излучения, охватывающих своей областью пересечения поглощающую поверхность приемника.
Устройство для передачи теплоты содержит источник тепловой энергии, выполненный в виде теплового излучателя электромагнитных волн, приемник тепловой энергии и расположенное между ними средство для концентрации энергии потока теплового излучения, при этом площадь излучающей поверхности выполнена больше площади поглощающей поверхности, а излучающая поверхность расположена с зазором относительно поглощающей поверхности, а область устройства, в которой происходит концентрация энергии потока теплового излучения, расположена в зоне прямой видимости исключительно под острыми углами по меньшей мере с большей частью излучающей поверхности источника тепловой энергии и поверхностей средства для концентрации энергии потока теплового излучения, отражающих и переизлучающих указанный поток теплового излучения. Приемник и источник тепловой энергии выполнены в виде полых цилиндрических элементов, расположенных концентрично один в другом соответственно. Средство для концентрации энергии потока теплового излучения выполнено в виде пакета идентичных кольцевых пластин, по меньшей мере на одной из плоских поверхностей каждой из которых выполнены радиально направленные выступы, при этом пакет кольцевых пластин установлен с радиальным зазором относительно наружной, поглощающей поверхности приемника тепловой энергии концентрично указанной поверхности. Средство для концентрации энергии потока теплового излучения выполнено в виде радиально направленных продольных шлицев, расположенных непосредственно на внутренней, излучающей поверхности теплового излучателя. Область, ограниченная
излучающей поверхностью теплового излучателя и поглощающей поверхностью приемника тепловой энергии, вакуумирована.
Недостатком известного способа и устройства передачи теплоты является его сложность и необходимость использования внешнего источника энергии.
Задачей изобретения является упрощение конструкции устройства для получения тепловой энергии непосредственно из окружающей среды.
Поставленная задача решается предлагаемым устройством для получения тепловой энергии из окружающей среды, содержащим источник теплового излучения, приемник теплового излучения, устройство для концентрации энергии потока теплового излучения, причем площадь источника теплового излучения выполнена больше площади приемника теплового излучения, в котором в качестве источника теплового излучения использована любая поверхность, в качестве приемника теплового излучения использована часть указанной поверхности, указанная часть выполнена плоской или искривленной и отделена от остальной площади источника теплового излучения слоем теплоизоляции, а в качестве устройства для концентрации энергии потока теплового излучения использован параболоид вращения или параболический цилиндр, причем фокус параболоида вращения или фокальная ось параболического цилиндра находится в плоскости приемника теплового излучения или вблизи нее, а внутренняя поверхность параболоида вращения или параболического цилиндра выполнена зеркальной, при этом отвод тепловой энергии от поверхности приемника теплового излучения осуществляется посредством теплоносителя, циркулирующим либо в трубках, имеющих тепловой контакт с поверхностью приемника теплового излучения, либо в каналах, выполненных в приемнике теплового излучения, а поверхность последнего, обращенная к зеркальной поверхности параболоида вращения или параболического цилиндра, и наружная и внутренняя поверхности источника теплового излучения зачернены. Верхняя часть основания приемника теплового
излучения выполнена зеркальной. На поверхности источника потока теплового излучения, обращенной к окружающей среде, выполнены ребра радиатора. Приемник теплового излучения выполнен из материала с высокой теплопроводностью. Для исключения попадания пыли, грязи и влаги внутрь устройства и для уменьшения потерь тепловой энергии внутреннее пространство устройства выполнено изолированным от внешней среды, например, с помощью заглушек и уплотнений или любым другим известным способом.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства с использованием в качестве концентратора теплового излучения параболоида вращения, на фиг.2 показана схема устройства с использованием параболического цилиндра, на фиг.3 показана схема устройства при использовании его в качестве холодильной камеры, на фиг.4 показана схема отвода тепловой энергии от верхней поверхности холодильной камеры, на фиг.5 показан вариант устройства со сферической поверхностью приемника теплового излучения, на фиг.6 показано устройство в разрезе, с использованием ребер радиатора, на фиг.7 - устройство для обогрева помещений.
Устройство для получения тепловой энергии из окружающей среды (фиг.1-7) включает в себя поверхность-источник 1 теплового излучения, поверхность-приемник 2 теплового излучения, параболоид 3 вращения или параболический цилиндр 4, опирающиеся на поверхность 1, вертикальные поверхности 5 холодильной камеры или помещения, трубки 6 с теплоносителем, например, воздухом, для отвода тепловой энергии. Поверхность 2 является частью поверхности 1, если поверхность 2 выполнена плоской, или опирается на часть поверхности 1, если поверхность 2 выполнена сферической, как показано на фиг.5-6. Внутренняя поверхность 7 параболического цилиндра 4 или параболоида 3 вращения выполнена зеркальной. Поверхность 8 (фиг.1, 2, 4, 5, 6) приемника 2, обращенная к зеркальной поверхности 7, зачернена. Поверхность 9 основания сферической поверхности приемника 2
(фиг.5 и 6) выполнена зеркальной. На наружной поверхности 10 источника 1 излучения выполнены ребра 13 радиатора. Приемник 2 и его основание 9 отделены от поверхности 1 слоем теплоизоляции 11. Для получения электрической энергии от предлагаемого устройства служит термопара 12 (фиг.6). Для лучшей передачи тепла от нижней стороны поверхности 1 к верхней, поверхность 1 выполняют из материала с высокой теплопроводностью. Устройство может отводить тепло и от вертикальных боковых поверхностей 5 и от верхних поверхностей 14 холодильных камер (фиг.3, 4) с помощью трубок 6 с воздухом. Устройство также может подводить тепло из окружающей среды внутрь сооружения 15 (фиг.7), когда концентраторами теплового излучения служат параболические цилиндры, расположенные вертикально с внутренней стороны внешних стен сооружения 16, и теплоизолированные от внутреннего объема сооружения слоем теплоизоляции 17.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Концентрация энергии теплового излучения с поверхности 1 на поверхность 2 меньшей площади осуществляется за счет внутренней зеркальной поверхности 7 параболоида 3 вращения или параболического цилиндра 4. При этом параболоид вращения или параболический цилиндр опираются на поверхность 1, а тепловое излучение с нее фокусируется на поверхность 2, расположенную в окрестности фокуса параболоида вращения или в окрестности фокальной оси параболического цилиндра. Пропуская через каналы (на чертежах не показаны), выполненные в поверхности 2, теплоноситель, можно получать тепловую энергию. Используя разность температур между поверхностями 1 и 2, можно получать электрическую энергию с помощью термоэлектрических преобразователей, в частности, термопар 12. При использовании в качестве концентратора теплового излучения параболического цилиндра, его внутренний объем с торцов изолируется от внешней среды заглушками, имеющими внутреннюю зеркальную поверхность (на чертежах не показаны). Предлагаемое устройство может использоваться и для создания холодильных
камер. Это достигается отводом тепла из объема холодильной камеры концентраторами 4, расположенными на внешних вертикальных поверхностях 5 холодильных камер (фиг.3, 4). В качестве поверхностей 1 выступают отдельные участки внешней вертикальной поверхности 5 холодильной камеры. В качестве поверхностей 2 выступают поверхности полых трубок 6, изготовленных из материала с высокой теплопроводностью и расположенной вертикально на фокальной оси параболического цилиндра 4. Отвод тепла от трубок 6 во внешнюю среду осуществляется за счет конвекции нагретого внутри трубок воздуха. Для предотвращения попадания пыли, грязи и влаги во внутренний объем параболического цилиндра верхний и нижний концы трубки 6 имеют плотный контакт с торцевыми поверхностями. Для отвода тепла от верхней поверхности 14 холодильной камеры использован параболоид вращения 3, в фокусе которого находится нижняя часть полой трубки 6 (фиг.3-4). Нижний торец трубки 6 (фиг.3) имеет заглушку, а открытая верхняя часть имеет плотный контакт с внешней верхней поверхностью параболоида вращения с целью предотвращения попадания пыли, грязи и влаги во внутренний объем. Трубка 6 и торцевая заглушка (на чертежах не показана) изготовлены из материала с высокой теплопроводностью и отвод тепла от трубки во внешнюю среду осуществляется за счет конвекции воздуха внутри трубки. Предлагаемое устройство можно использовать и для понижения температуры воздуха внутри зданий и сооружений, расположенных в жарком климате. При этом в качестве поверхности 1 выступают внешние стены и крыша здания. Для лучшего поглощения теплового излучения поверхностью 2 ее можно делать выпуклой, например, в виде полусферы, центр основания которой либо совпадает с фокусом параболоида вращения, либо находится в его окрестности. Сторона поверхности 2, обращенная к зеркальной поверхности 7 параболоида 3 вращения, зачернена с целью лучшего поглощения теплового излучения. С целью уменьшения потерь тепла поверхностью 2 за счет ее теплового излучения во внешнюю среду, верхняя часть основания поверхности
2 выполнена зеркальной. Для уменьшения отдачи тепла поверхностью 2 поверхности 1 за счет теплопроводности, поверхность 2 и ее основание отделены от поверхности 1 теплоизолирующей прослойкой 11. Как верхняя сторона поверхности 1, обращенная к зеркальной поверхности параболоида вращения 3, так и нижняя сторона поверхности 1, обращенная к окружающей среде, зачернены. Для лучшей передачи тепла от нижней стороны к верхней, поверхность 1 изготовлена из материала с высокой теплопроводностью. При этом нижняя сторона поверхности 1 снабжена ребрами 13 радиатора для лучшего теплообмена с окружающей средой. Аналогично выполнено устройство и при использовании параболического цилиндра, с той только разницей, что в качестве поверхности 2 используется верхняя часть параболического цилиндра. Поверхностью 2 может быть также поверхность цилиндра, ось которого совпадает с фокальной осью параболического цилиндра 4, и располагающегося во внутреннем объеме параболического цилиндра без соприкосновения с поверхностью 1. Внешние поверхности концентраторов 3 и 4 и их торцы покрыты теплоизолирующим материалом для уменьшения охлаждения воздуха внутри устройства (если имеется в виду получение тепловой или электрической энергии) и для уменьшения нагревания воздуха внутри устройства (если имеется в виду использование концентраторов в холодильных камерах и для охлаждения воздуха внутри зданий и сооружений). Полученную тепловую энергию можно преобразовать в электрическую с помощью термопар 12, использующих, например, эффект Пельтье. В качестве теплоносителя может использоваться не только воздух, но и вода или другой теплоноситель. Устройство также может подводить тепло из окружающей среды внутрь сооружения 15 (фиг.7), когда концентраторами теплового излучения служат параболические цилиндры, расположенные вертикально с внутренней стороны внешних стен сооружения 16, и теплоизолированные от внутреннего объема сооружения слоем теплоизоляции 17.
Предлагаемая полезная модель обеспечивает получение тепловой и электрической энергии из окружающей среды, без затрат энергии и топлива, и может найти широкое применение в самых разных отраслях техники и строительства, обеспечивая экономию энергии, например, на кондиционировании воздуха в помещениях, или при использовании в оборудовании холодильных камер, или для обогрева помещений.