Гелиоэлектрическая установка

Изобретение относится к гелиотехнике и конструкции преобразователя солнечной энергии в тепловую с использованием механического привода электрогенератора и может применяться кроме электрогенерации в широком диапазоне отраслей и различных видов работ, где необходим механический привод как вращательного, так и возвратно-поступательного движения.

Известен компрессор, принцип действия которого основан на использовании тепловой энергии, возникающей при адиабатическом сжатии газа (воздуха) (патент РФ №2638 143, МПК F04B 39/06, опубл. 11.12.2017 г.).

Недостатком известного устройства является отсутствие использования солнечной энергии для обеспечения функционирования устройства, так как в установке используют двигатель возвратно- поступательного действия.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является гелиоэлектрическая установка, принцип работы которой основан на преобразовании солнечного излучения в тепловую, которая преобразуется в механическую посредством двигателя Стирлинга и электрогенератора в электрическую энергию, содержащая параболоидный концентратор солнечной энергии, приемник преобразования фотонов в тепло, которое преобразуется двигателем Стирлинга в механическую и с помощью электрогенератора в электрическую энергию (патент USA № 4.586.334. MAY 6. 1986).

Недостатками известной гелиоэлектрической установки являются:

- высокая температура нагрева приемника солнечной энергии параболоидным концентратором, снижающая эффективность преобразования солнечной энергии в тепловую;

- эффективность двигателя Стирлинга увеличивается с ростом температуры в соответствии с теорией Карно, что требует увеличения размеров концентратора, необходимы особые требования к теплоизоляции и системы охлаждения.

Задачей изобретения является повышение КПД установки и снижение габаритных размеров установки.

В результате использования предлагаемого изобретения появляется возможность использования тепловой энергии Солнца и преобразования этой энергии в механическую энергию привода электрического генератора при небольших температурах нагрева рабочего тела за счет применения в качестве механического привода роторного парового мотора с низкокипящим рабочим телом, используя жидкую рабочую среду (рабочее тело) в замкнутом цикле.

Технический результат достигается тем, что предлагаемая гелиоэлектрическая установка, содержащая концентратор солнечной энергии, двигатель преобразующий солнечную энергию в механическую и электрогенератор, согласно изобретению, снабжена ресивером с жидкой рабочей средой, насосом с электромотором, обратным клапаном, цилиндрическим радиатором нагрева, роторным паровым мотором, радиатором - охладителем, которые соединены между собой трубопроводом, и представляют собой замкнутый контур для циркуляции рабочей среды, при этом ресивер с жидкой рабочей средой соединен с насосом с электромотором, а насос через обратный клапан соединен с цилиндрическим радиатором нагрева, который механически связан с параболоцилиндрическим солнечным концентратором, цилиндрический радиатор нагрева через подпорный клапан для пропускания нагретой жидкой рабочей среды соединен с роторным паровым мотором, который механически связан с электрогенератором, вырабатывающим электроэнергию, рабочий объем роторного парового мотора соединен с радиатором–охладителем, который через подпорный клапан для пропускания охлажденной жидкой рабочей среды соединен с ресивером.

Концентратор солнечной энергии нагревает радиатор, по которому пропускается насосом рабочее тело в жидком агрегатном состоянии, которое нагревается до критической температуры с регулировкой давления обратным клапаном на входе в радиатор–нагреватель, на выходе которого происходит преобразование жидкой рабочей среды в пар с регулировкой давления подпорным клапаном, с подачей рабочей среды в роторный паровой мотор, обеспечивающий вращение электрического генератора, на выходе из роторного парового мотора установлен радиатор-охладитель, с возможностью преобразования пара в жидкость, поступающую в ресивер, соединенного со всасывающей линией насоса.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена общая схема гелиоэлектрической установки.

Гелиоэлектрическая установка содержит ресивер с жидкой рабочей средой 1, насос 2 с электромотором 3, обратный клапан 4, цилиндрический радиатор нагрева 5, параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии 6, подпорный клапан для пропускания нагретой жидкой среды 7, роторный паровой мотор 8, электрогенератор 9, радиатор-охладитель 10, подпорный клапан для пропускания охлажденной жидкости 11, где пар превращается в жидкое агрегатное состояние, трубопровод для замкнутой циркуляции рабочей среды12.

Ресивер с жидкой рабочей средой 1 соединен трубопроводом 12 с насосом 2 с электромотором 3. Насос 2 через обратный клапан 4 соединен с цилиндрическим радиатором нагрева 5, который механически связан с параболоцилиндрическим солнечным концентратором. Цилиндрический радиатор нагрева 5 через подпорный клапан 7 соединен с роторным паровым мотором 8, который механически связан с электрогенератором 9. Роторный паровой мотор 8 трубопроводом 12 соединен с радиатором – охладителем 10, который через подпорный клапан для пропускания охлажденной рабочей среды 11 трубопроводом 12 соединен с ресивером 1.

Гелиоэлектрическая установка работает следующим образом.

Первоначально ресивер 1, трубопровод 12, насос 2, и цилиндрический радиатор нагрева 5 до подпорного клапана 7 заполняются низкокипящей жидкой рабочей средой под давлением насоса 2. При прогреве цилиндрического радиатора 5 солнечной энергией от параболоцилиндрического концентратора 6 жидкая рабочая среда превращается в пар, повышая давление в трубопроводе 12 до давления срабатывания подпорного клапана 7.

Пар под давлением насыщенных паров поступает к роторному паровому мотору 8, что обеспечивает вращение привода электрогенератора 9 с необходимой скоростью для выработки электроэнергии. Отработанный пар из роторного парового мотора 8 поступает в радиатор-охладитель 10, охлаждается до температуры окружающей среды и под действием избыточного давления, создаваемого подпорным клапаном 11, конденсируется и в жидком агрегатном состоянии поступает в ресивер 1. Затем цикл работы установки повторяется многократно, обеспечивая работу гелиоэлектрической установки с замкнутой циркуляцией рабочей среды.

Таким образом, цилиндрический радиатор нагрева 5 с параболоцилиндрическим концентратором солнечной энергии 6 нагревает жидкую рабочую среду, которая превращается в пар, который приводит во вращение роторный паровой мотор 8 с электрогенератором 9, затем охлаждается в радиаторе-охладителе 10 превращается в жидкость с давлением подпорного клапана 11, которая по трубопроводу 12 возвращается в ресивер 1 и цикл выработки электроэнергии повторяется.

Подогретая жидкость превращается в пар под давлением насыщенных паров в соответствии с температурой перегрева. Объем рабочей среды в парообразном состоянии существенно увеличивается в раз.

Вследствие инерционности системы из нагретого объема выйдет некоторое количество жидкого рабочего тела, что понизит давление в напорном объеме между обратным клапаном 4 и подпорным клапаном 7. Это позволит питающему насосу 2 подать необходимое количество жидкой холодной рабочей среды.

Данный пульсирующий процесс будет повторяться при дальнейшей работе установки.

При использовании низкокипящей, легко конденсируемой жидкости в качестве жидкой рабочей среды происходит потребление им солнечной тепловой энергии и превращение ее в пар, приводящий в движение генератор электрической энергии, затем охлаждаясь в радиаторе-охладителе превращается в жидкость которая по трубопроводу возвращается в ресивер и цикл выработки электроэнергии повторяется, то есть, происходит процесс рекуперации тепловой солнечной энергии.

Предлагаемое изобретение позволяет преобразовать тепловую энергию Солнца в электрическую энергию с высокой эффективностью.