RU2006674C1

RU2006674C1 - Solar-electric unit

Info

Publication number: RU2006674C1
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Тихонович Данковцев
Original assignee: Вячеслав Тихонович Данковцев
Priority date: 1991-04-12
Filing date: 1991-04-12
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: solar-electric power engineering. SUBSTANCE: solar-electric unit has working chambers, heat exchanger, displacement pumps, water delivery tank, water-wheel generator, and control system for electric valves installed i cooling loop of working chambers. Unit is designed to convert energy of sun into electric energy. Desired effectiveness of unit is mainly attained due to use of material having relatively high coefficient of volumetric expansion, closed-circuit cooling system for working chambers serviceable at varying flows of solar energy coming to earth surface. EFFECT: improved efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к гелиоустройствам, позволяющим преобразовывать солнечное излучение в электрическую энергию. The invention relates to hydraulic engineering, in particular to solar equipment, which allows the conversion of solar radiation into electrical energy.

Известна конструкция солнечной электростанции башенного типа с теплоприемником в виде пароводяного котла [1] . Однако использование такого типа электростанций ограничено из-за их дорогостоимости, необходимости концентрации тепловой энергии, ненадежности гелиостатов, сложности конструкции следящей системы и т. д. A known construction of a tower-type solar power station with a heat receiver in the form of a steam-water boiler [1]. However, the use of this type of power plants is limited due to their cost, the need for concentration of thermal energy, the unreliability of heliostats, the complexity of the design of the tracking system, etc.

Недостатком устройства [2] , преобразующего тепловую энергию солнца для перекачки воды из природных водоемов, является невысокая эффективность из-за низкой производительности перекачивающей системы, связанной с длительностью процессов испарения и конденсации воды, недостатками конструкции объемного насоса и ограничением циклов работы. The disadvantage of the device [2], which converts the thermal energy of the sun for pumping water from natural reservoirs, is its low efficiency due to the low productivity of the pumping system associated with the duration of the processes of evaporation and condensation of water, the design flaws of the volumetric pump and the limitation of operation cycles.

Целью изобретения является повышение эффективности гелиоустройства. The aim of the invention is to increase the efficiency of solar systems.

Указанная цель достигается тем, что устройство снабжено узлом отбора мощности, выполненным в виде турбогенератора, установленного на выходе водоприемной емкости с патрубком отвода потока жидкости к зонам охлаждения рабочих камер, на которых со сторон поглощения и теплоотвода установлены ребра из теплопроводного материала, рабочее тело выполнено в виде гранул, обладающих свойством объемного расширения, объемный насос выполнен в виде попарно взаимосвязанных сильфонов через двуплечие рычаги, причем сильфоны, сопряженные шарнирно с меньшими плечами, снабжены возвратными пружинами и гидравлически сообщены с рабочими камерами, а сильфоны, сопряженные с большими плечами, сообщены через всасывающие и нагнетательные трубопроводы с водоприемной и водоемной емкостями. Кроме того, распределительное устройство содержит датчики давления с пьезоэлементами, установленные на сильфонах, сообщенных гидравлически с водоприемной емкостью, и электрически связанные с логическим блоком управления коммутирующими аппаратами, контакты которых подключены в цепь катушек электроклапанов. This goal is achieved by the fact that the device is equipped with a power take-off unit made in the form of a turbogenerator installed at the outlet of the water intake tank with a branch pipe for draining the fluid flow to cooling zones of the working chambers, on which ribs of heat-conducting material are installed on the sides of the absorption and heat sink, the working fluid in the form of granules with the property of volume expansion, the volume pump is made in the form of pairwise interconnected bellows through two-arm levers, and the bellows pivotally coupled with less with their shoulders, equipped with return springs and are hydraulically connected to the working chambers, and bellows coupled with large shoulders are communicated through suction and discharge pipelines with water intake and water reservoirs. In addition, the switchgear contains pressure sensors with piezoelectric elements mounted on bellows connected hydraulically to the water intake tank, and electrically connected to the control logic unit of the switching devices, the contacts of which are connected to the circuit of the solenoid valve coils.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что заявленное гелиоустройство отличается тем, что водонапорная емкость дополнена гидрогенератором, в рабочие камеры введен материал в виде гранул с относительно высоким коэффициентом объемного расширения и сильфоны попарно взаимосвязаны посредством двуплечих рычагов. Кроме того, устройство отличается тем, что в нем предусматривается периодическое охлаждение рабочих камер и перекачка воды в водонапорную емкость в автоматическом режиме посредством датчиков давления и схемы управления процессом охлаждения камер. При этом эффективность энергопреобразования при прочих равных условиях в основном достигается за счет повышения производительности объемных насосов и в целом технологичности устройства. Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed solar system is characterized in that the water tank is supplemented with a hydrogenerator, granules with a relatively high coefficient of volume expansion are introduced into the working chambers and the bellows are pairwise interconnected by means of two-arm levers. In addition, the device is characterized in that it provides for periodic cooling of the working chambers and pumping water into the water tank in automatic mode by means of pressure sensors and a control circuit for the cooling of the chambers. In this case, the energy conversion efficiency, ceteris paribus, is mainly achieved by increasing the capacity of the volumetric pumps and the overall adaptability of the device.

На фиг. 1 показано предлагаемое гелиоустройство; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a proposed solar arrangement; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Энергопреобразующее гелиоустройство содержит теплоприемники 1 с рабочими камерами 2, заполненными гранулами с высоким коэффициентом объемного расширения, сильфоны 3 и 4 объемных насосов, датчики 5 давления с пьезоэлементами, сильфоны 6 и 7 с рабочей жидкостью, двуплечие рычаги 8, возвращающие (компенсирующие) пружины 9, всасывающий и нагнетательный трубопроводы 10 и 11, обратные клапаны 12 и 13, сообщающий трубопровод 14, водоприемную емкость 15, турбогенератор 16, отводящий трубопровод 17, электроклапаны 18 и 19 и трубопровод 20 для отвода воды из теплоприемников. Energy-converting solar thermal equipment contains heat receivers 1 with working chambers 2 filled with granules with a high coefficient of volume expansion, bellows 3 and 4 of volume pumps, pressure sensors 5 with piezoelectric elements, bellows 6 and 7 with working fluid, two shoulders levers 8, returning (compensating) springs 9, suction and discharge pipelines 10 and 11, non-return valves 12 and 13, communicating pipe 14, water receiving tank 15, turbogenerator 16, outlet pipe 17, solenoid valves 18 and 19 and pipe 20 for removing water from the heat riemnikov.

Кроме того, для обеспечения работы устройства в автоматическом режиме предусматривается система управления, которая содержит источник 21 электроэнергии, коммутирующий блок 22 в виде аппаратов электромагнитного типа и логический блок 23 управления аппаратами. Сущность логического блока управления заключается в том, что в нем предусматривается усиление и формирование электроимпульсов от пьезоэлементов датчиков давления 5, срабатывание электронных реле по схеме ИЛИ и подключение катушек электрических аппаратов коммутирующего блока 22 к источнику 21 электроэнергии. In addition, to ensure the operation of the device in automatic mode, a control system is provided that contains a power source 21, a switching unit 22 in the form of electromagnetic type apparatuses and an apparatus control logic 23. The essence of the logical control unit is that it provides for the amplification and formation of electrical pulses from the piezoelectric elements of pressure sensors 5, the operation of electronic relays according to the OR scheme, and the connection of the coils of the electrical apparatus of the switching unit 22 to the electric power source 21.

Гелиоустройство работает следующим образом. Solar engineering works as follows.

За счет энергии солнца в камерах повышается температура рабочей среды, состоящей, как уже отмечалось, из жидкости и гранул, например из термопластичного полимера с относительно высоким коэффициентом объемного расширения. Далее за счет объемного расширения рабочей среды возникает потенциальная энергия, которая через жидкостную среду сообщающих трубопроводов 14 приводит к перемещения сильфонов 7, связанных через двухплечие рычаги 8 с сильфонами 4. При сжатии последних также возникает потенциальная энергия, которая и обеспечивает перекачку воды в водоприемную емкость 15 через обратные клапаны 13 и напорный трубопровод 11. Due to the energy of the sun in the chambers, the temperature of the working medium rises, consisting, as already noted, of liquid and granules, for example of a thermoplastic polymer with a relatively high coefficient of volume expansion. Further, due to the volume expansion of the working medium, potential energy arises which, through the liquid medium of the communicating pipelines 14, leads to the movement of the bellows 7, connected through the two shoulders of the levers 8 with the bellows 4. When the latter are compressed, potential energy also arises, which ensures the transfer of water to the water receiving tank 15 through the check valves 13 and the pressure pipe 11.

После прекращения процесса расширения рабочей среды приостанавливается процесс перекачки воды в водоприемную емкость и в камерах сильфонов 4 наблюдается сброс давления. За счет этого на выходе датчика давления 5 появляется электроимпульс, который приводит к срабатыванию логического блока 23 управления, далее посредством коммутирующего блока 22 обеспечивается переключение электроклапанов 18 и 19 и естественно изменение порядка охлаждения рабочих камер. В соответствии с фиг. 1 прекращается охлаждение правых рабочих камер и обеспечивается охлаждение левых. После изменения порядка охлаждения рабочих камер обеспечивается перекачка воды в водоприемную емкость 15 посредством сильфонов 3 и 6. After the termination of the process of expanding the working medium, the process of pumping water into the water receiving tank is suspended and a pressure release is observed in the bellows chambers 4. Due to this, an electric pulse appears at the output of the pressure sensor 5, which triggers the control logic unit 23, then, by means of the switching unit 22, the solenoid valves 18 and 19 are switched and naturally the cooling order of the working chambers is changed. In accordance with FIG. 1, the cooling of the right working chambers stops and the cooling of the left is ensured. After changing the cooling order of the working chambers, water is pumped into the water receiving tank 15 by means of bellows 3 and 6.

Наряду с охлаждением рабочих камер предусматривается зашторивание их от солнца посредством подвижных штор 24 с автоматическим приводом (не показан). При этом охлаждение рабочей среды в правых камерах приводит к снижению их объема, перемещению сильфонов 7 и 4 в обратном порядке посредством пружин 9, забору воды из водоема через всасывающий трубопровод 10 и обратные клапаны 12. Along with cooling the working chambers, it is provided that they are shaded from the sun by means of movable curtains 24 with an automatic drive (not shown). In this case, the cooling of the working medium in the right chambers leads to a decrease in their volume, the movement of the bellows 7 and 4 in the reverse order by means of the springs 9, and the intake of water from the reservoir through the suction pipe 10 and check valves 12.

Перечисленные режимы перемещения сильфонов многократно повторяются по мере поглощения солнечной энергии и ее теплоотвода потоком воды. The above modes of movement of the bellows are repeated many times as the absorption of solar energy and its heat removal by a stream of water.

Интенсификация процесса теплопоглощения достигается за счет оребрения рабочих камер, использования тепличного эффекта и покрытия поверхностей в черный цвет, а тепловода - за счет оребрения и отвода тепла посредством охлаждения камер водяным потоком. Эффективность устройства в значительной степени достигается за счет использования материала с относительно высоким коэффициентом объемного расширения, автоматизации процесса перекачки воды и замкнутой системы охлаждения рабочих камер. (56) 1. Дэвинс Д. Энергия. М. : Энергоатомиздат, 1985, с. 139-147. The intensification of the heat absorption process is achieved by finning the working chambers, using the greenhouse effect and coating the surfaces in black, and the heat sink due to the finning and heat dissipation by cooling the chambers with a water stream. The efficiency of the device is largely achieved through the use of a material with a relatively high coefficient of volume expansion, automation of the pumping process and a closed cooling system for the working chambers. (56) 1. Davins D. Energy. M.: Energoatomizdat, 1985, p. 139-147.

2. Авторское свидетельство СССР N 969958, кл. F 03 G 7/06, 1982. 2. USSR author's certificate N 969958, cl. F 03 G 7/06, 1982.

Claims

1. ENERGY CONVERTING HELIOMETRIC device, containing working chambers filled with liquid with a working fluid, placed under a transparent coating of the heat sink and connected by means of a suction and discharge pipes through a distribution device with a volumetric pump for supplying liquid with bypass valves to a water and water receiving tank, characterized in that it equipped with a power take-off unit made in the form of a turbogenerator installed at the outlet of the water intake tank with a branch pipe for draining the fluid flow to the cooling zones of the working chambers, on which ribs of heat-conducting material are installed on the sides of the heat absorption and heat sink, the working fluid is made in the form of granules with the property of volume expansion, and the volume pump is made in the form of pairwise interconnected bellows through two-arm levers, and the bellows coupled articulated with smaller arms of the levers, equipped with return springs and are hydraulically connected to the working chambers, and bellows coupled with large shoulders are communicated through suction and discharge pipes seeing with water intake and vodoemnoy containers.

2. Solar control according to claim 1, characterized in that the switchgear comprises pressure sensors with piezoelectric elements mounted on bellows hydraulically connected to a water receiving tank and electrically connected to a control logic unit of switching devices, the contacts of which are connected to the circuit of the solenoid valve coils.