ТЕПЛОТРУБНЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС
HEAT-PIPE POWER COMPLEX

Предлагаемое изобретение относится к гелиотехнике, в частности к средствам получения тепла, холода и электричества с помощью солнечной энергии.
Известна система солнечного теплоснабжения здания, содержащая гелиоприемник, связанный с ним прямыми и обратными трубопроводами аккумулятор тепла, теплообменник передачи тепла, циркуляционный насос, регулирующий подвижный экран, эжектор, запорно-регулирующая арматура [1].
К недостаткам известного устройства относятся наличие циркуляционного насоса и регулирующего экрана, что снижает эффективность и кпд устройства, а также зависимость температуры охлаждаемого агента от температуры наружного воздуха, что ограничивает параметры получаемого энергоносителя.
Недостатками известного устройства являются необходимость использования циркуляционного насоса и компрессора, что усложняет его конструкцию, снижает эффективность и надежность, а также невозможность одновременного получения разных видов энергии: тепла, холода, электричества, что ограничивает функциональный диапазон устройства.
Более близким к предлагаемому изобретению является солнечный энергетический комплекс, содержащий гелиоприемник, выполненный из гелиопокрытия, ступеней подъема, выполненных из пористого материала, и полые паровые камеры, нижний коллектор и верхний барабан, эжектор, конденсатор, аккумулятор тепла, испаритель, аккумулятор холода, дроссель, турбогенератор с конденсатором и электрическим аккумулятором, соединенных между собой системой трубопроводов, запорно-регулирующую аппаратуру и гидрозатвор [2].
Недостатками известного устройства являются низкая производительность по пару гелиоприемника, обусловленная ограниченной производительностью ступеней подъема, что не позволяет увеличить мощность, наличие конденсатора для конденсации отработанного пара турбины, что требует дополнительного количества охлаждающего агента и усложняет конструкцию, снижая таким образом эффективность и надежность энергетического комплекса.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности теплотрубного энергетического комплекса (ТТЭК).
Технический результат достигается тем, что в теплотрубном энергетическом комплексе, содержащем гелиоприемник, состоящий из гелиопокрытия и пористого материала, испаритель, конденсатор, аккумуляторы тепла и холода, дроссель, эжектор, турбогенератор с электрическим аккумулятором, соединенные между собой системой трубопроводов с запорно-регулирующей арматурой, согласно изобретению гелиоприемник состоит из гелиопокрытия, покрытого изнутри решеткой из полос пористого материала, закрывающего короб, снабженный паровым и конденсатным патрубками, внутри которого помещены подъемные фитили, соединенные с решеткой из полос пористого материала и фитилем-коллектором, закрытые обечайками с зазорами у гелиопокрытия и соединенные с рубашкой, закрывающей фитиль-коллектор, уложенный на перфорированную плиту, полость между которой и днищем короба образует картер, полностью заполненный рабочей жидкостью, на входе в паровой патрубок устроен сепарационный щит, приемная камера эжектора связана трубопроводом с турбогенератором через обратный клапан, поддон конденсатора соединен с фитилем-коллектором трубопроводом через обратный клапан, конденсатный патрубок и картер, а через другой вентиль гелиоприемник соединен с турбогенератором, обратным клапаном и приемной камерой эжектора, причем турбогенератор соединен электропроводом с электрическим аккумулятором.
На фиг.1 представлен предлагаемый общий вид, на фиг.2-4 - разрезы и узлы ТТЭК.
ТТЭК содержит гелиоприемник 1, состоящий из гелиопокрытия 2, покрытого изнутри решеткой из полос пористого материала 3, закрывающего короб 4, снабженный паровым и конденсатным патрубками 5 и 6 соответственно, внутри которого помещены подъемные фитили 7, соединенные с решеткой 3 и фитилем-коллектором 8, закрытые обечайками 9 с зазорами 10 у гелиопокрытия 2 и соединенные с рубашкой 11, закрывающей фитиль-коллектор 8, уложенный на перфорированную плиту 12, полость между которой и днищем короба 4 образует картер 13, полностью заполненный рабочей жидкостью, сепарационный щит 14, устроенный на входе в паровой патрубок 5, который связан трубопроводами через вентиль 15 с эжектором 16, конденсатором 17, аккумулятором тепла 18, испарителем 19 с аккумулятором холода 20, который через дроссель 21 соединен с поддоном конденсатора 17, также соединенным с фитилем-коллектором 8 трубопроводом через обратный клапан 22, конденсатный патрубок 6 и картер 13, а через вентиль 23 гелиоприемник 1 соединен с турбогенератором 24, обратным клапаном 25 и приемной камерой эжектора 14, причем турбогенератор 24 соединен электропроводом с электрическим аккумулятором 26.
В основу работы предлагаемого ТТЭК, наряду с использованием солнечной энергии, принципов действия эжекторной холодильной машины и турбогенератора, положено свойство жидкости создавать в капиллярах капиллярное давление, которое позволяет транспортировать жидкости фитилем из зоны повышенного давления в зону пониженного давления, и высокая эффективность передачи теплоты в тепловых трубах, покрытых изнутри фитилем [3; 4, с.146; 5, с.106].
В качестве рабочей жидкости ТТЭК может быть использованы вода, аммиак, различные виды хладонов в зависимости от назначения получаемого пара и параметров теплоносителя.
ТТЭК работает следующим образом.
1
3
1
2
2
к
3
3
Перед началом работы контур ТТЭК заполняется таким образом, чтобы были заполнены поры фитилей 7, 8, решетки 3, картер 13 и поддоны испарителя 19 и конденсатора 17. По мере нагрева гелиоприемника 1 рабочая жидкость, находящаяся в порах решетки 3, нагревается, поступает в канавки между полосами пористого материала, где происходит испарение рабочей жидкости (полосы пористого материала решетки 3 предотвращают образование паровой пленки на внутренней поверхности гелиопокрытия и таким образом интенсифицируют процесс испарения [4, с.22]), образуется пар, создается давление Р, величина которого определяется свойствами рабочей жидкости и интенсивности солнечного облучения. Полученный пар, проходя через сепарационный щит 14, освобождается от уносимых капель рабочей жидкости, которая отбрасывается на поверхность полос пористого материала решетки 3 и транспортируется ими обратно в зону испарения, и через паровой патрубок 5 выводится из гелиоприемника 1, после чего разделяется на две части, соотношение между которыми регулируется вентилями 23 и 15, которые направляются в турбогенератор 24 и эжектор 16. Пар, поступающий в эжектор 16, засасывает вторичный пар из испарителя 19 и отработанный (мятый) пар после турбогенератора 24, создавая там разрежение Р, в результате чего давление смешанного пара на выходе из диффузора эжектора 16 снижается от P до Р, после чего направляется в конденсатор 17, где кондиционируется, отдавая тепло конденсации теплоносителю, который направляют потребителю и в аккумулятор тепла 18. Полученный конденсат с давлением, равным Р (без учета сопротивлений), из поддона конденсатора 15 по трубопроводу частично направляется через обратный клапан 22 в картер 13, служащий для равномерного распределения конденсата по всей поверхности испарения, где его давление снижается до Р, и через отверстия в перфорированной плите 12 за счет капиллярных сил поглощается фитилем-коллектором 8, из которого распределяется по подъемным фитилям 7 и полосам пористого материала решетки 3, откуда поступает на поверхность канавок решетки, где происходит вышеописанный процесс испарения. Другая часть конденсата из поддона конденсатора 17 через дроссель 21, где дросселируется до давления разрежения Р, поступает в испаритель 19. В испарителе 19 при разрежении Р снижается температура кипения рабочей жидкости, происходит ее испарение при низкой температуре с образованием вторичного пара, засасываемого эжектором 16, охлаждение хладагента, который далее направляют потребителю и в аккумулятор холода 20.
1
4
3
Одновременно другую часть полученного пара с давлением P из гелиоприемника 1 через регулировочный вентиль 23 направляют в турбогенератор 24, вырабатывающий электрический ток, который отправляют потребителю и в электрический аккумулятор 26, а "мятый пар" после турбогенератора 24 через обратный клапан 25 (клапан 25 предотвращает обратный ход пара в случае внезапного повышения давления в испарителе 19) с давлением Р, несколько большим, чем давление в испарителе 19 Р, смешивается с вторичным паром, после чего паровая смесь поступает в приемную камеру эжектора 16 и происходит вышеописанный цикл работы ТТЭК.
Количество и параметры пара, получаемого в гелиоприемнике 1, и соответственно количество и параметры всех видов энергии, вырабатываемых ТТЭК, зависят от интенсивности солнечного облучения, прочности конструкции гелиоприемника 1, количественных и качественных характеристик гелиоприемного покрытия 2 и другого оборудования, характеристик фитилей 7, 8, пористого материала решетки 3, а также свойств рабочей жидкости.
Таким образом, предлагаемый ТТЭК обеспечивает одновременное получение тепла, холода и электричества с использованием технологических и конструктивных преимуществ тепловых труб, что увеличивает его надежность и эффективность.
Источники информации
1. А.С. СССР №1657895, Мкл. F24J 2/42, 1991.
2. Патент РФ №2213912, Мкл.7 F24J 2/04, 2/28, 2003.
3. А.с. СССР №№1537979, Мкл. F25B 1/06, 1990.
4. В.В.Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, 170 с.
5. Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. тр. - М.: 1990, 157 с.