RU2344354C1 - Water-based helium heat reclaim unit for helium thermal power stations - Google Patents
Water-based helium heat reclaim unit for helium thermal power stations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2344354C1 RU2344354C1 RU2007119456/06A RU2007119456A RU2344354C1 RU 2344354 C1 RU2344354 C1 RU 2344354C1 RU 2007119456/06 A RU2007119456/06 A RU 2007119456/06A RU 2007119456 A RU2007119456 A RU 2007119456A RU 2344354 C1 RU2344354 C1 RU 2344354C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- insulating
- water
- heat storage
- solar
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гелиоэнергетическим комплексам, размещенным преимущественно в морской акватории, преобразующим солнечные лучи в тепловую энергию, аккумулирующим ее и распределяющим по объектам потребления с целью производства товарной тепловой и электрической энергии.The invention relates to solar energy complexes located mainly in the marine area, converting sunlight into thermal energy, accumulating it and distributing it to consumer objects in order to produce commercial thermal and electric energy.
В основе предлагаемого изобретения находится создание таких конструкций гелиотеплопреобразователей, в которых применяются темные теплопроводные поверхности, поглощающие солнечные лучи и выделяющие соответствующую им тепловую энергию, - гелиопоглощающие устройства, транспортируемые через них (текучие) теплоносители в виде жидкостей, воздуха или специальных газов с повышенной теплоемкостью и теплопроводностью, переносящих тепловую энергию к средствам ее преобразования в электрическую энергию и в теплоаккумуляторы, содержащие теплонакопители - теплоаккумулирующие материалы в виде жидких сред (например, воды, минеральных масел, расплавленных парафинов, кремнийорганических соединений), или их смесей, или сыпучих материалов, внутри которых свободные полости заполнены текучим теплоносителем, и снабженные средствами регулирования давления и скорости текучего теплоносителя в них, а также гелиоконцентраторы, которые уплотняют солнечную радиацию на одних участках территории за счет других, причем гелиотеплопреобразователи используются для специальных энергетических, технологических и экономических целей. При этом теплоаккумуляторы являются теплоизолированными источниками тепловой энергии заданной мощности на заданный, часто длительный период, и они обеспечивают впрок тепловой энергией технологические средства гелиотеплоэлектростанций для выработки товарной тепловой и электрической энергии.The basis of the present invention is the creation of such designs of solar heat converters, which use dark heat-conducting surfaces that absorb the sun's rays and emit the corresponding thermal energy, - solar absorbing devices transported through them (fluid) in the form of fluids, air or special gases with increased heat capacity and thermal conductivity, transferring thermal energy to the means of its conversion into electrical energy and into heat accumulators containing heat storage devices - heat-storage materials in the form of liquid media (for example, water, mineral oils, molten paraffins, organosilicon compounds), or mixtures thereof, or bulk materials, inside which free cavities are filled with a flowing coolant, and equipped with means for regulating the pressure and speed of the flowing coolant in them , as well as solar concentrators, which condense solar radiation in some parts of the territory at the expense of others, moreover, solar thermal converters are used for special energy, technological and economic goals. At the same time, heat accumulators are heat-insulated sources of thermal energy of a given power for a given, often long period, and they provide thermal energy for the future with technological means of solar thermal power plants for generating commercial thermal and electric energy.
Известны технические решения в этой области, среди которых наиболее близкими для эффективной промышленной реализации, по мнению авторов, в результате изучения патентной и научно-технической информации, являются следующие:Known technical solutions in this area, among which the closest for effective industrial implementation, according to the authors, as a result of studying patent and scientific and technical information, are the following:
1. Устройство, созданное патентом РФ №2199023 «Ветроэнергетический комплекс» (F03D 9/00, F24J 2/42, опубл. 20.02.2003 г.), которое содержит теплоаккумулирующую емкость с использованием щебня как теплоаккумулирующего материала, накрытого светопроницаемым теплоизолирующим материалом, поверхность которого под таким светопроницаемым куполом вбирает в себя тепловую энергию солнечных лучей. Воздух как теплоноситель проходит из окружающей среды снизу через полости, пустоты между камнями горячего щебня и, нагреваясь, поступает в зону тыльной стороны ветроколеса и ускоряет его вращение. Воздух как теплоноситель нагревается также наружной поверхностью теплоаккумулирующего материала и уходит по технологическому назначению.1. The device created by RF patent No. 2199023 "Wind energy complex" (F03D 9/00, F24J 2/42, publ. 02.20.2003), which contains a heat storage tank using crushed stone as a heat storage material, covered with a translucent heat-insulating material, the surface which under such a translucent dome absorbs the thermal energy of sunlight. Air as a heat carrier passes from the environment from below through cavities, voids between the stones of hot gravel and, when heated, enters the zone of the back side of the wind wheel and accelerates its rotation. Air as a coolant is also heated by the outer surface of the heat-accumulating material and leaves for technological purposes.
В данном случае имеет место главный недостаток - однократное прохождение теплоносителя через теплоаккумулирующую емкость. Положительным фактором является прохождение воздуха как теплоносителя через толстый слой щебня, имеющий высокую (заданную) суммарную теплоемкость и низкую удельную стоимость, что позволяет эффективно использовать его как наполнитель теплоаккумулирующей емкости с заполнением в нем свободных полостей текучим теплоносителем.In this case, there is a major drawback - a single passage of the coolant through the heat storage tank. A positive factor is the passage of air as a coolant through a thick layer of crushed stone, which has a high (predetermined) total heat capacity and low unit cost, which makes it possible to use it effectively as a filler in a heat storage tank with free fluid cavities filling in it.
2. Устройство, созданное патентом РФ №2200915 «Способ создания мощных гелиоэнергоустановок» (F24J 2/42, опубл. 20.03.2003 г.), которое содержит теплоаккумулирующую емкость, погруженную в водную среду водоема, заполненную водой как теплоаккумулирующим материалом и ограниченную по периметру посредством стенок и днища, изготовленных с помощью полимерной пленки, закрепленной на гибком проволочном каркасе, и теплоизолированную от окружающей среды светопроницаемым куполом. Над открытой поверхностью теплоаккумулирующей емкости под светопроницаемым теплоизолирующим куполом размещена платформа, изготовленная из гибкого проволочного каркаса, заполненного воздухопроницаемым гелиопоглощающим материалом, в частности металлическими плитками со сквозными отверстиями. В этой гелиотеплопреобразующей конструкции воздухопоток из внешней среды в качестве транспортируемого теплоносителя проходит над теплоаккумулирующей водной средой, нагреваемой солнечными лучами через светопроницаемое покрытие, и далее проходит снизу вверх через указанную гелиопоглощающую воздухопроницаемую платформу, в которой дополнительно нагревается энергией солнечной радиации, и направляется на вход ветротурбоэлектроагрегата, снабженного управляемой тяговой трубой. Данное устройство является реализуемым в промышленных масштабах и может обеспечить выработку электроэнергии значительной мощности. Наиболее существенным недостатком его также является однократное прохождение воздуха как теплоносителя над теплоаккумулирующей емкостью с водной поверхностью и через гелиопоглощающую воздухопроницаемую платформу, под светопроницаемым куполом. Поэтому для получения заданной мощности гелиоэнергоустановки требуется увеличение поверхностей теплоаккумулирующей емкости и воздухопроницаемой платформы и, следовательно, удельной стоимости гелиотеплопреобразователя относительно целесообразного уровня для таких гелиоэнергетических объектов.2. The device created by RF patent No. 2200915 "Method for creating powerful solar energy installations" (F24J 2/42, published March 20, 2003), which contains a heat storage tank immersed in the water environment of a reservoir filled with water as heat storage material and limited along the perimeter by means of walls and bottoms made with a polymer film mounted on a flexible wire frame and insulated from the environment with a light-transmitting dome. Above the open surface of the heat storage tank under the translucent heat-insulating dome is a platform made of a flexible wire frame filled with breathable solar-absorbing material, in particular metal tiles with through holes. In this solar thermal conversion structure, the air flow from the external medium as a transported heat carrier passes over the heat-storage water medium heated by the sun's rays through a light-permeable coating, and then passes from the bottom up through the indicated solar-absorbing air-permeable platform, in which it is additionally heated by solar radiation energy and sent to the wind turbine input equipped with a controlled traction pipe. This device is marketable and can provide significant power generation. Its most significant drawback is also the single passage of air as a heat carrier over a heat-storage tank with a water surface and through a helioplastic air-permeable platform, under a light-permeable dome. Therefore, to obtain a given capacity of a solar energy installation, it is necessary to increase the surfaces of the heat storage tank and the air-permeable platform and, therefore, the unit cost of the solar thermal converter relative to the appropriate level for such solar energy objects.
Оба приведенных устройства содержат базовые элементы технических решений, примененных в настоящем предлагаемом изобретении, однако более близким к последнему является второе, включающее существенные признаки как прототип.Both of the above devices contain the basic elements of the technical solutions used in the present invention, however, closer to the latter is the second, which includes essential features as a prototype.
3. Устройство, созданное патентом РФ №2267061 «Способ термопреобразования солнечной энергии» (F24J 2/42, 2/15, 2/18, опубл. 27.12.2005 г.), которое содержит гелиоконцентраторы, выполненные на основе применения двухуровневой структуры: а) один уровень представляет собой концентраторы и проводники солнечный лучей, которые имеют пирамидообразную форму и направляют последние из окружающей среды на наружную поверхность гелиотеплопреобразующей камеры с уменьшенной ее величиной относительно поверхностей их внешних лучезаборных проемов - больших по площади оснований пирамидообразных конструкций, у которых боковые грани покрыты лучеотражающим материалом; б) другой уровень представляет собой поле пирамидообразных концентраторов и проводников солнечных лучей, встроенных в наружную теплоизоляцию гелиотеплопреобразующей камеры, через меньшие основания которых концентрированные пучки солнечных лучей направляются в ее внутреннюю среду, где преобразуются в тепловую энергию, причем их боковые поверхности также покрыты лучеотражающим материалом.3. The device created by RF patent No. 2267061 "Method for the thermal conversion of solar energy" (F24J 2/42, 2/15, 2/18, published on December 27, 2005), which contains solar concentrators made on the basis of the use of a two-level structure: ) one level consists of concentrators and conductors of solar rays, which have a pyramidal shape and direct the latter from the environment to the outer surface of the helioteploreforming chamber with its reduced value relative to the surfaces of their external beam openings - large in area Considerations pyramidal structures whose side faces are covered lucheotrazhayuschim material; b) the other level is the field of pyramid-shaped concentrators and conductors of sunlight integrated into the external thermal insulation of the solar thermal conversion chamber, through the smaller bases of which concentrated sunlight beams are directed into its internal environment, where they are converted into thermal energy, and their side surfaces are also covered with radiation-reflecting material.
Такие способ и устройство двухуровневой последовательной гелиоконцентрации позволяют резко сократить тепловые потери в окружающую среду без существенного уменьшения энергии солнечной радиации, поступающей внутрь гелиотеплопреобразующей камеры, за счет чего температура воздушной среды в последней достигает значительно больших значений, чем в других известных технических решениях. Кроме того, в данном устройстве применены средства утилизации тепловых потерь, которые в известных технических решениях проникают из гелиотеплопреобразующей камеры в окружающую среду и теряются бесполезно.Such a method and device of two-level sequential helioconcentration can dramatically reduce heat loss to the environment without significantly reducing the energy of solar radiation entering the helioteploreforming chamber, due to which the air temperature in the latter reaches much higher values than in other known technical solutions. In addition, in this device, heat loss utilization means are used, which, in known technical solutions, penetrate from the solar thermal conversion chamber into the environment and are lost uselessly.
Данное устройство также представляет собой в этой части прототип технического решения, примененного в предлагаемом изобретении.This device also represents in this part a prototype of a technical solution used in the present invention.
Задачей создания последнего является разработка преимущественно для морской акватории такой конструкции теплоаккумулирующей емкости в совокупности с теплоаккумулирующим материалом и теплоносителем, такой траектории движения транспортируемого теплоносителя и такого конструктивного соединения гелиопоглощающей поверхности с названными гелиоконцентраторами и, по меньшей мере, двумя светопроницаемыми теплоизолирующими поверхностями, разделенными теплоутилизирующими средами, чтобы объемы и расстояния перемещения теплоносителя были минимизированы, мощность солнечной радиации за счет гелиоконцентрации увеличена, теплопотери в системе значительно снижены, а удельная себестоимость гелиотеплопреобразователя на созданной конструктивной основе получила бы перспективу устойчивого снижения до величины удельной себестоимости ТЭЦ и даже ниже, несмотря на применение в качестве первичного источника тепловой энергии низкопотенциальной солнечной энергии.The task of creating the latter is to develop, mainly for marine waters, such a design of a heat storage tank in conjunction with a heat storage material and a heat carrier, such a trajectory of the transported heat carrier and such a structural connection of the heliopaque surface with the aforementioned helioconcentrators and at least two translucent heat-insulating insulating surfaces, the section so that the volumes and distances of movement of the coolant would whether minimized, the solar radiation power due to helioconcentration increased, heat losses in the system were significantly reduced, and the unit cost of the solar thermal converter based on the created constructive basis would have the prospect of a steady decrease to the unit cost price of thermal power plants and even lower, despite the use of low-potential solar as the primary source of thermal energy energy.
Технический результат настоящего решения согласно предлагаемому изобретению заключается в том, что в отличие от указанного прототипа применены днище и боковые поверхности - стены теплоаккумулирующей емкости из жесткого пенистого материала, например газобетона, пенобетона или пеностекла, с высоким содержанием теплоизолирующих пузырьков в нем и с применением особо легкого теплоизолирующего наполнителя, так что его удельные вес и себестоимость являются низкими при весьма малой теплопроводности, однако с соответственно пониженной прочностью, что успешно компенсируется равномерным прижатием его посредством специальной несущей конструкции к наружной среде, в данном случае водной, достигаемым созданием избыточного внутреннего давления, при этом верхнее теплоизолирующее покрытие теплоаккумулирующей емкости в качестве ее потолка, созданное из аналогичного материала, имея высокую пористость, но пониженную прочность, расположено и удерживается при помощи самого теплоаккумулирующего материала как основной несущей базой. Такой потолок может не опираться на стены, а быть вложенным в них с минимальным зазором по всему периметру и иметь определенную свободу вертикального перемещения с учетом теплоизоляции образованных щелей по периметру и гибких подключений к нему технологических каналов. Это полностью решает все попутно возникающие проблемы прочности в такой конструкции. В качестве теплоаккумулирующего материала применена вода. В частности, может быть применен и щебень с наполнителем в виде текучей среды (воздуха, специального газа или жидкости). Они при этом использованы одновременно и как транспортируемый текучий теплоноситель. Именно в текучей среде теплоаккумулирующей емкости (в процессе эксплуатации) создано небольшое избыточное давление, величиной от сотых до нескольких десятых долей атмосферы, совмещенное в отдельных случаях с удерживающими канатными растяжками или плоскими, стержневыми, трубными вставками между противоположными стенами, днищем и потолком. При этом положение верхнего теплоизолирующего покрытия (потолка) уравновешивается давлением снизу с учетом его плавучести, веса и веса размещенного на нем оборудования. Гелиотеплогенерирующая конструкция в данном техническом решении выполнена посредством типовых конструкций в виде пустотелого короба с гелиопоглощающими верхним или нижним основаниями, находящегося в потоке солнечных лучей, усиленном гелиоконцентраторами, посредством чего транспортируемый (прокачиваемый) теплоноситель нагревается солнечными лучами в солнечный период времени и уносит тепловую энергию во внутреннюю среду теплоаккумулирующей емкости, непрерывно циркулируя между ними, для чего содержатся соответствующие средства для обеспечения циркуляции (кругооборота) теплоносителя. При этом применены короткие теплоизолированные трубопроводы в циркуляционных каналах. Транспортируемый теплоноситель может направляться и параллельно теплоаккумулирующей емкости к другим потребителям тепловой энергии посредством теплопередающих каналов и соответствующих переключателей. Температура нагрева теплоносителя на входе в теплоаккумулирующую емкость определяется, главным образом, допустимыми физико-химическими характеристиками теплоносителя и может достигать или превышать 100°С, а в специальных случаях - достигать 200°С и более. Для снижения теплопотерь в окружающую среду от указанных гелиотеплопреобразующих коробов над последними согласно предлагаемому изобретению размещены вторые - верхние короба, выполненные в виде светопроницаемых теплоизолирующих конструкций с замкнутой теплоизолирующей воздушной средой, которая подключается периодически через временные интервалы или с регулированием скорости непрерывного протока текучей среды к дополнительным средствам утилизации теплопотерь. Эти средства преимущественно содержат тепловые преобразователи и, в частности, термодинамические каналы с легко испаряемой жидкостью, в том числе с применением паровых турбин, соединенных с электрогенераторами. В составе гелиотеплопреобразователя применены также технологические проходы и проезды, а поверхности технологических проходов, в частности, теплоизолированы боковыми сторонами специально устроенных пирамидообразных гелиоконцентраторов, расположенных над указанными коробами, причем теплоаккумулирующие емкости термодинамически соединены с соответствующими потребителями тепловой энергии. Благодаря этому достигается основной технический результат - высокий КПД гелиотеплопреобразователя в условиях размещения его в водной среде, на подводной почве или наплаву, с применением якорных средств, в частности, - с автоматическим регулированием длины и натяжения якорных канатов.The technical result of the present solution according to the invention consists in the fact that, in contrast to the specified prototype, the bottom and side surfaces are used - walls of a heat storage tank made of rigid foam material, for example aerated concrete, foam concrete or foam glass, with a high content of heat-insulating bubbles in it and using a particularly light heat-insulating filler, so that its specific gravity and cost are low with very low thermal conductivity, but with correspondingly lower strength which is successfully compensated by uniformly pressing it by means of a special load-bearing structure to the external environment, in this case water, achieved by creating excessive internal pressure, while the upper heat-insulating coating of the heat storage tank as its ceiling, created from a similar material, having high porosity, but low strength, located and held by the heat-accumulating material itself as the main bearing base. Such a ceiling may not rest on the walls, but be embedded in them with a minimum clearance around the entire perimeter and have a certain freedom of vertical movement, taking into account the thermal insulation of the formed slots around the perimeter and flexible connections of technological channels to it. This completely solves all the simultaneously arising problems of strength in such a design. Water is used as a heat storage material. In particular, crushed stone with filler in the form of a fluid (air, special gas or liquid) can also be used. At the same time, they are used simultaneously as a transported fluid coolant. It is in the fluid of the heat storage tank (during operation) that a slight overpressure is created, ranging from hundredths to several tenths of an atmosphere, combined in some cases with holding cable extensions or flat, rod, pipe inserts between opposite walls, the bottom and the ceiling. In this case, the position of the upper heat-insulating coating (ceiling) is balanced by the pressure from below, taking into account its buoyancy, weight and weight of the equipment placed on it. The solar thermal generating structure in this technical solution is made by means of typical designs in the form of a hollow box with solar absorbing upper or lower bases, located in a stream of solar rays, reinforced by solar concentrators, whereby the transported (pumped) heat carrier is heated by solar rays in the solar period of time and carries away thermal energy the medium of the heat storage tank, continuously circulating between them, for which the appropriate means for I ensure the circulation (circuit) of the coolant. In this case, short heat-insulated pipelines in the circulation channels are used. The transported coolant can also be directed parallel to the heat storage capacity to other consumers of thermal energy through heat transfer channels and corresponding switches. The temperature of heating the coolant at the inlet to the heat storage tank is determined mainly by the allowable physicochemical characteristics of the coolant and can reach or exceed 100 ° C, and in special cases reach 200 ° C and more. In order to reduce heat loss to the environment from the indicated helioteplore-transforming ducts, the second and upper ducts are placed above the latter according to the invention, made in the form of translucent heat-insulating structures with a closed heat-insulating air medium, which is connected periodically at time intervals or by controlling the speed of the continuous flow of fluid to additional means Utilization of heat loss. These means mainly contain heat converters and, in particular, thermodynamic channels with easily evaporated liquid, including the use of steam turbines connected to electric generators. As part of the solar thermal converter, technological passages and passages are also used, and the surface of the technological passages, in particular, are insulated by the sides of specially arranged pyramid-shaped solar concentrators located above these boxes, and the heat-storage tanks are thermodynamically connected to the corresponding consumers of thermal energy. Thanks to this, the main technical result is achieved - high efficiency of the solar thermal converter in conditions of its placement in the aquatic environment, underwater soil or surfacing, using anchor means, in particular, with automatic control of the length and tension of anchor ropes.
Частными техническими результатами предлагаемого изобретения являются резко сниженная себестоимость гелиотеплопреобразователя, позволяющая осуществлять массовое строительство гелиотеплоэлектростанций, возможность культивирования растительных насаждений на отведенной для энергетического производства территории, надежность и долговечность работы энергетического комплекса и ряд других.Particular technical results of the invention are the sharply reduced cost of the solar thermal converter, which allows mass construction of solar thermal power plants, the possibility of cultivating plantings in the area allotted for energy production, the reliability and durability of the energy complex, and several others.
Указанный технический результат при осуществлении предлагаемого изобретения достигается тем, что относительно известных устройств из приведенных выше данных, гелиотеплопреобразователь водного базирования, содержащий теплоаккумулирующую емкость, размещенную в водной среде водоема, например в морской акватории, зафиксированную в водном пространстве относительно подводного основания, в частности, якорными средствами на плаву и заполненную жидкой средой, преимущественно водой, как теплоаккумулирующим материалом, причем теплоаккумулирующая емкость выполнена с помощью теплоизолирующих днища, стенок, а также потолка в виде гелиопоглощающей воздухопроницаемой платформы, которая снабжена несущим зачерненным сверху основанием, сквозными воздухопроходными отверстиями и светопроницаемым теплоизолирующим покрытием, энергетически связанными, по меньшей мере, с одним гелиоконцентратором, расположенным над ними и/или рядом с ними, и текучую среду - воздух в качестве теплоносителя, траектория движения которого включает в себя воздухозаборные проемы, размещенные под поверхностью светопроницаемого теплоизолирующего покрытия, теплоаккумулирующую емкость, воздухопроницаемую гелиопоглощающую платформу и, по меньшей мере, один выходной проем, подключенный трубными каналами к внутренней среде теплоаккумулирующей емкости и к средствам съема и преобразования тепловой энергии, входящим в состав технологического оборудования гелиотеплоэлектростанции, имеет отличия в том, что теплоаккумулирующая емкость содержит указанные днище, стенки и верхнее покрытие, выполненные с помощью жесткого теплоизолирующего воздухонасыщенного материала, в частности пенобетона и/или пеностекла, и закрепленного по боковому периметру посредством ажурной несущей конструкции, внутренние свободные полости которой гидротеплоизолированы от внешней среды и содержат теплоутилизирующую среду, подключенную через устройства управления к средствам съема и преобразования тепловой энергии, входящим в состав технологического оборудования гелиотеплоэлектростанции, и заполнена водой как теплоаккумулирующим материалом, примененным одновременно в качестве основной опорной базы для названного плавающего верхнего покрытия, для чего ее внутренняя теплоаккумулирующая среда соединена со средствами задания и регулирования избыточного давления в ней с применением, при наличии в водоеме колебания уровня водной поверхности, в частности, приливов и отливов, автоматически регулируемых якорных средств, а на ее верхнем теплоизолирующем покрытии снаружи герметично установлены пустотелые гелиопоглощающие короба, вытянутые и состыкованные между собой в длину в транспортабельные каналы текучей нагреваемой среды как теплоносителя, снабженные на их противоположных торцах входными и выходными проемами, причем основания каждого из гелиопоглащающих коробов изготовлены из темного теплопроводного материала и/или светопроницаемого теплоизолирующего материала сверху в сочетании с очернением нижнего основания, при этом гелиопоглощающие короба сверху накрыты светопроницаемыми воздухонаполненными конструкциями в виде вторых - верхних - светопроницаемых теплоизолирующих коробов, создающих замкнутую теплоизолирующую воздушную среду над ними, причем входные и выходные проемы гелиопоглощающих коробов подключены к внутренней жидкой теплоаккумулирующей среде теплоаккумулирующей емкости посредством, по меньшей мере, одного теплопередающего циркуляционного канала текучего теплоносителя, связанного термодинамически с последней, а замкнутая теплоизолирующая воздушная среда, содержащаяся в верхних светопроницаемых теплоизолирующих коробах, подключена в качестве одного из средств утилизации теплопотерь к теплоаккумулирующей емкости и/или к названному технологическому оборудованию гелиотеплоэлектростанции посредством автономных воздухопроводов и циркуляционных теплоутилизирующих каналов, при этом в воздушной среде верхних светопроницаемых теплоизолирующих коробов размещено плоское поле вытянутых в длину концентраторов и проводников солнечных лучей - встроенных лучеконцентраторов в качестве названного гелиоконцентратора, боковые поверхности которых выполнены как лучеотражающие и образуют вытянутые в длину теплоизолирующие лучеотражающие профили треугольного поперечного сечения, в частности пустотелые, а их геометрические и оптические параметры установлены посредством параллельной фиксации названных профилей на расчетных расстояниях, с помощью чего созданы легкие конструкции в виде прямоугольных рамок, снабженных конструктивно заданным количеством встроенных в них и вытянутых на соответствующую длину лученаправляющих пирамидообразных щелей, причем суммарная площадь верхних оснований этих щелевых пирамидообразных проемов превышает площадь нижних, и они как основания встроенных лучеконцентраторов, обращенные навстречу входящему потоку солнечных лучей, накрыты светопроницаемым теплоизолирующим материалом, причем между смежными гелиопоглощающими коробами на поверхности теплоизолирующего верхнего покрытия теплоаккумулирующей емкости созданы технологические проходы, при этом верхние слои теплоаккумулирующего материала внутренней среды теплоаккумулирующей емкости и/или теплоутилизирующей среды, находящейся во внутренних полостях ажурной несущей конструкции, подключены, по меньшей мере, к одному тепловому преобразователю, который своим выходом термодинамически связан с указанными средствами съема и преобразования тепловой энергии, входящими в состав технологического оборудования гелиотеплоэлектростанции, а обратные отводы от теплового преобразователя подключены соответственно к их нижним слоям, при этом внутренняя среда теплоаккумулирующей емкости связана термодинамически с электротермическими преобразователями, подключенными к источникам электрического напряжения, и снабжена герметизированными люками.The specified technical result in the implementation of the present invention is achieved by the fact that, with respect to known devices from the above data, a water-based solar thermal converter containing a heat storage tank located in an aqueous medium of a body of water, for example in the sea, fixed in the water with respect to the underwater base, in particular, anchor means afloat and filled with a liquid medium, mainly water, as a heat-storage material, and the heat storage the insulating container is made using heat insulating bottoms, walls, and the ceiling in the form of a helioplastic air permeable platform, which is equipped with a bearing base blackened from above, through air holes and a translucent heat insulating coating, energetically connected with at least one helioconcentrator located above them and / or next to them, and the fluid is air as a coolant, the trajectory of which includes air intakes, located under the surface with a translucent heat-insulating coating, a heat storage tank, an air-permeable helioplastic platform and at least one outlet opening connected by pipe channels to the internal medium of the heat storage tank and to the means for removing and converting heat energy that are part of the technological equipment of the solar thermal power plant, has differences in that that the heat storage tank contains the specified bottom, walls and top coating, made using a hard heat-insulating of a supersaturated material, in particular foam concrete and / or foam glass, and fixed along the side perimeter by means of an openwork load-bearing structure, the internal free cavities of which are hydrothermally insulated from the external environment and contain a heat-recovery medium connected via control devices to the means of removal and conversion of thermal energy, which are part of the technological equipment of a solar thermal power plant, and is filled with water as a heat storage material, used simultaneously as the main support a base for the aforementioned floating topcoat, for which its internal heat storage medium is connected to means for setting and regulating overpressure in it using, if there is a fluctuation in the level of the water surface in the pond, in particular, ebbs and flows, automatically controlled by anchor means, and hollow helium-absorbing ducts, elongated and joined together in length into transportable channels of a heated fluid medium, are hermetically installed on its upper heat-insulating coating on the outside as a heat carrier, provided at their opposite ends with inlet and outlet openings, the bases of each of the absorbing boxes made of dark heat-conducting material and / or translucent heat-insulating material from above in combination with the blackening of the bottom base, while the absorbing boxes from above are covered with translucent air-filled structures in the form of - upper - translucent heat-insulating boxes, creating a closed heat-insulating air environment above them, and the inlet and outlet openings of the heliosorbing boxes are connected to the internal liquid heat storage medium of the heat storage tank by means of at least one heat transfer circulating channel of the heat carrier fluid connected thermodynamically to the latter, and a closed heat insulating air medium contained in the upper translucent heat insulating boxes from one is connected means of heat loss utilization to the heat storage tank and / or to the named technological equipment solar thermal power plants by means of autonomous air ducts and circulating heat-insulating channels, while in the air of the upper translucent heat-insulating boxes there is a flat field of elongated concentrators and solar rays conductors - built-in beam concentrators as the named helioconcentrator, the lateral surfaces of which are made reflective and form a heat-reflecting length beam-reflecting profiles of a triangular cross section, in particular hollow bodies and their geometrical and optical parameters were established by parallel fixing of the named profiles at calculated distances, with the help of which lightweight structures were created in the form of rectangular frames equipped with a structurally predetermined number of beam-guiding pyramid-shaped slits built into them and elongated to the corresponding length, the total area of the upper bases of these slotted pyramid-shaped openings exceeds the area of the lower ones, and they, like the bases of the built-in beam concentrators, facing the incoming the flow of solar rays, covered with a translucent heat-insulating material, and technological passages are created between adjacent helium-absorbing boxes on the surface of the heat-insulating top coating of the heat storage tank, while the upper layers of the heat storage material of the internal environment of the heat storage tank and / or heat recovery medium located in the internal cavities of the openwork structure connected to at least one heat converter, which thermodynamic output It is connected with the indicated means of removal and conversion of thermal energy, which are part of the technological equipment of the solar thermal power station, and the return taps from the thermal converter are connected respectively to their lower layers, while the internal environment of the heat storage capacitance is thermodynamically connected to electrothermal converters connected to electric voltage sources, and equipped with sealed hatches.
Отличие также в том, что в теплоаккумулирующей емкости размещены замкнутые свободные полости, изготовленные из жесткого теплопроводного и/или эластичного материала, к которым подключены посредством воздушной среды как рабочего тела регуляторы объема и давления в ней.The difference is also that closed free cavities are placed in the heat storage tank, made of rigid heat-conducting and / or elastic material, to which volume and pressure regulators are connected via the air as a working medium.
Отличие состоит также в том, что над указанным полем встроенных плоских лучеконцентраторов расположен второй пирамидообразный - внешний концентратор и проводник солнечных лучей как один из уровней названного гелиоконцентратора, накрывающий своим нижним пустотелым основанием поле встроенных лучеконцентраторов, при этом теплоизолирующие, расходящиеся кверху боковые грани внешнего концентратора и проводника солнечных лучей содержат лучеотражающий материал, а верхнее основание закрыто светопроницаемым материалом, обращено в сторону поступающих солнечных лучей из окружающего пространства и совместно с нижним основанием вытянуто по ширине теплоаккумулирующей емкости, которая, в свою очередь, вытянута в длину с запада на восток, причем верхние основания смежных внешних концентраторов и проводников солнечных лучей состыкованы между собой с образованием между ними продольных светопроницаемых и теплоизолирующих участков малой ширины, чем одновременно созданы пирамидообразные теплоизолирующие и атмосферозащитные покрытия технологических проходов, внутри которых также применен лучеотражающий материал и размещены посадочные емкости для культивирования овощей, ягод и других растительных культур.The difference also lies in the fact that above the indicated field of built-in flat beam concentrators there is a second pyramid-shaped one - an external concentrator and a conductor of solar rays as one of the levels of the named solar concentrator, covering the field of built-in beam concentrators with its lower hollow base, while the heat-insulating lateral faces of the external concentrator and diverging upwards the sun conductor contains a reflective material, and the upper base is covered with a translucent material, facing away incoming sunlight from the surrounding space and together with the lower base is elongated along the width of the heat storage tank, which, in turn, is elongated from west to east, and the upper bases of adjacent external concentrators and conductors of sunlight are joined together to form longitudinal translucent between them and heat-insulating sections of small width, which simultaneously created pyramid-shaped heat-insulating and weatherproof coatings of technological passages, inside which kzhe applied lucheotrazhayuschy material and placed planting container for the cultivation of fruits, berries and other plant crops.
Отличие и в том, что на поверхности водоема с помощью плавающих теплоизолирующих подложек - плотов, которые размещены преимущественно параллельно теплоаккумулирующей емкости, установлены дополнительные гелиопоглощающие короба, покрытые светопроницаемыми, лучеконцентрирующими и теплоизолирующими конструкциями с технологическими проходами между ними, при этом данные короба по ширине размещены в параллельные ряды, вытянутые в длину преимущественно с запада на восток, причем теплоаккумулирующая емкость и подложки - плоты, несущие указанное оборудование, снабжены технологическими водными проездами, над которыми преимущественно размещены на опорных конструкциях верхние ряды подобных гелиопоглощающих коробов со светопроницаемыми просветами между ними и которые применены одновременно для выращивания овощей, ягод и других культивируемых растений в посадочных емкостях, расположенных на технологически определенной высоте над уровнем водоема, и/или для размещения плавающих сооружений двойного назначения - энергетического и хозяйственно-экономического, с применением их наружных поверхностей для установки дополнительных лучеотражающих конструкций и закрепленных к поверхностям этих сооружений подобных гелиопоглощающих коробов, включенных в названные циркуляционные каналы с текучим теплоносителем, внутренние пространства которых оснащены преимущественно экзотермическими производствами, причем плавающие теплоизолирующие подложки-плоты и сооружения на технологических водных проездах зафиксированы относительно теплоаккумулирующей емкости, а светопроницаемые проемы над последними, между гелиопоглощающими коробами, закрыты светопроницаемым теплоизолирующим материалом.The difference is that on the surface of the reservoir with the help of floating heat-insulating substrates - rafts, which are located mainly parallel to the heat-storage capacity, additional helium-absorbing boxes are installed, covered with light-transmitting, ray-concentrating and heat-insulating structures with technological passages between them, while these boxes are placed in width in parallel rows, elongated mainly from west to east, with heat storage capacity and substrates - rafts bearing a decree These equipment are equipped with technological waterways, above which the upper rows of similar helium-absorbing boxes with light-permeable gaps between them are mainly placed on supporting structures, and which are used simultaneously for growing vegetables, berries and other cultivated plants in planting containers located at a technologically defined height above the reservoir , and / or to accommodate dual-purpose floating structures - energy and economic, using x external surfaces for the installation of additional beam-reflecting structures and similar helium-absorbing boxes fixed to the surfaces of these structures included in the said circulation channels with a flowing heat carrier, the internal spaces of which are equipped mainly with exothermic plants, and floating heat-insulating substrates-rafts and structures on technological waterways are fixed relative to the heat storage containers, and translucent openings above the latter, between the helio ogloschayuschimi boxes, closed translucent insulating material.
Отличие и в том, что параллельно по отношению к названной теплоаккумулирующей емкости размещены дополнительные подобные теплоаккумулирующие емкости с расположенными на них гелиопоглощающими коробами в аналогичных конструкциях и между ними созданы технологические водные проезды, при этом теплоаккумулирующие емкости и гелиопоглощающие короба включены в соответствующие системы циркуляционных каналов посредством подводных и/или надводных теплоизолированных трубопроводов, которые зафиксированы в его объединенной плавбазе.The difference is that in parallel with the named heat storage tank, additional similar heat storage tanks are placed with helium-absorbing boxes located on them in similar structures and technological waterways are created between them, while heat-storage tanks and solar-absorbing boxes are included in the corresponding circulation channel systems through underwater and / or surface heat-insulated pipelines, which are fixed in its combined floating base.
Отличие также в том, что в нем, по меньшей мере, в части его теплоаккумулирующих емкостей и гелиопоглощающих коробов в качестве теплоаккумулирующего материала применено высокотемпературное жидкое вещество, а в качестве текучего теплоносителя - аналогичный материал и/или газообразное вещество, при этом гелиопоглощающие короба выполнены для условий повышенного давления посредством применения темных металлических плоских трубопроводов, снабженных разъемными гидравлическими соединениями на торцах.The difference also lies in the fact that in it, at least in part of its heat storage tanks and heliopolymer boxes, high-temperature liquid substance is used as heat-storage material, and similar material and / or gaseous material is used as a heat-transfer fluid, while the gel-absorbing boxes are made for conditions of increased pressure through the use of dark metal flat pipelines equipped with detachable hydraulic connections at the ends.
Отличие и в том, что к нему подключен, по меньшей мере, один теплопередающий циркуляционный канал товарного теплоснабжения потребителей.The difference is that at least one heat transferring circulation channel for consumer heat supply of consumers is connected to it.
Дальнейшие пояснения по сути предлагаемого изобретения будут даны на основе Фиг.1-5, посредством которых представлен один из вариантов его реализации.Further explanations of the essence of the invention will be given based on FIGS. 1-5, by means of which one of the options for its implementation is presented.
На Фиг.1 дан пример принципиальной схемы конструкции гелиотеплопреобразователя.Figure 1 gives an example of a schematic diagram of the design of a solar thermal converter.
На Фиг.2 показан вариант конструкции гелиопоглощающих коробов и утилизации тепловых потерь.Figure 2 shows a variant of the design of helioplastic boxes and utilization of heat loss.
На Фиг.3 дан вариант расположения оборудования гелиотеплопреобразователя в плане.Figure 3 shows a variant of the arrangement of the equipment of the solar thermal converter in the plan.
На фиг.4 приведен пример принципиальной схемы конструкции и размещения пирамидообразных гелиоконцентраторов с атмосферной защитой.Figure 4 shows an example of a schematic diagram of the design and placement of pyramid-shaped solar concentrators with atmospheric protection.
На Фиг.5 показан пример принципиальной схемы конструкции встроенного плоского лучеконцентратора.Figure 5 shows an example of a schematic diagram of the construction of an integrated flat beam concentrator.
Гелиотеплопреобразователь согласно предлагаемому изобретению включает в себя теплоаккумулирующую емкость 1, внутренняя среда (1) которой содержит в качестве теплоаккумулирующего материала воду 2 и жидкий (водный) теплоноситель 3, гелиопоглощающий короб 4 (его внутренняя полость также имеет номер 4) с движущейся водой 3 как теплоносителем в его внутренней полости, охваченной гелиопоглощающим теплопроводным материалом его верхнего основания 5 и боковых сторон 6, в данном случае - темным металлом, и циркуляционный теплонакопительный канал, состоящий из всасывающего трубопровода (воздухопровода) и гидравлического насоса 7, предельное избыточное давление воды на выходе которого не превышает 3 атмосфер (атм) и преимущественно составляет лишь 0,05-0,2 атм, внутренней полости гелиопоглощающего короба 4, сквозных отверстий 8 и внутренней водной среды теплоаккумулирующей емкости 1 (Фиг.1), через которую проходят циркулирующие водные потоки 3 (показаны стрелками). Гелиопоглощающий короб 4 в другом варианте может быть выполнен со светопроницаемым верхним основанием и гелиопоглощающим днищем, над которым продвигается нагреваемый текучий теплоноситель, а сквозные отверстия 8 оснащаются трубопроводами либо даже выносятся за его периметр.The solar thermal converter according to the invention includes a heat storage tank 1, the internal environment (1) of which contains water 2 as a heat storage material, a liquid (water) heat carrier 3, a solar absorber box 4 (its internal cavity also has number 4) with moving water 3 as a heat carrier in its inner cavity, covered by a helioplastic heat-conducting material of its
В данном конкретном примере реализации гелиотеплопреобразователя стенки и днище теплоаккумулирующей емкости 1 выполнены из внутреннего 9 и внешнего 10 слоев пенобетона, разделенных опорными вставками 11. Воздушный зазор 12 между указанными слоями выполняет функции дополнительной весьма значительной теплоизоляции. Вдоль стен он может быть частично заполнен пенопластом. При этом, если температура воздуха в верхней части воздушного зазора 12 достигает определенного предельного уровня, фиксируемого датчиком температуры 13, включаются пневмоклапан 14 и вспомогательный воздушный компрессор 15, благодаря чему необходимый объем горячего воздуха направляется к средствам 16 съема и преобразования тепловой энергии гелиотеплоэлектростанции, в частности к технологическому оборудованию воздействия на центральный энергетический воздухопоток последней.In this particular example of the implementation of the solar thermal converter, the walls and the bottom of the heat storage tank 1 are made of internal 9 and external 10 layers of foam concrete separated by supporting inserts 11. The air gap 12 between these layers serves as an additional very significant thermal insulation. Along the walls, it can be partially filled with foam. Moreover, if the air temperature in the upper part of the air gap 12 reaches a certain limit level detected by the temperature sensor 13, the pneumatic valve 14 and the auxiliary air compressor 15 are turned on, due to which the necessary volume of hot air is sent to the means 16 for collecting and converting thermal energy from the solar thermal power plant, in particular to technological equipment impact on the central energy flow of the latter.
Одновременно с этим датчик давления 17 и другой вспомогательный воздушный компрессор 18 с обратным клапаном 19 восстанавливают давление воздуха в воздушном зазоре до заданного значения, которое может превышать давление воды 3 во внутренней среде теплоаккумулирующей емкости 1. Предельно допустимое давление воздуха в воздушном зазоре 12 устанавливается предохранительным воздушным клапаном 20, и его величина соответствует прочностным характеристикам теплоизоляционного материала и конструктивным параметрам стенок и днища теплоаккумулирующей емкости. Последние покрыты гидроизоляцией, которая на Фиг.1 не показана, а к воздушному зазору 12 подключена водяная помпа 21, периодически откачивающая накапливающийся в нем водный конденсат, который возникает в результате охлаждающего действия водной среды 22 (условно охвачена кривой линией 22) водоема. В последней размещена теплоаккумулирующая емкость 1, верхнее теплоизолирующее покрытие 23 которой находится на некоторой высоте над верхним уровнем 24 воды 22, удобной для технологического обеспечения и технического обслуживания гелиотеплопреобразователя.At the same time, the pressure sensor 17 and another auxiliary air compressor 18 with a non-return valve 19 restore the air pressure in the air gap to a predetermined value that can exceed the pressure of water 3 in the internal environment of the heat storage tank 1. The maximum allowable air pressure in the air gap 12 is set by the safety air valve 20, and its value corresponds to the strength characteristics of the insulating material and the structural parameters of the walls and bottom of the heat storage her capacity. The latter are covered with waterproofing, which is not shown in FIG. 1, and a water pump 21 is connected to the air gap 12, periodically pumping out the water condensate accumulating in it, which occurs as a result of the cooling effect of the aqueous medium 22 (conditionally covered by a curved line 22) of the reservoir. The latter houses a heat storage tank 1, the upper heat-insulating
В других вариантах исполнения теплоаккумулирующей емкости 1 вместо пенобетона может быть применено пеностекло или другие, непрерывно совершенствующиеся, теплоизоляционные материалы. При этом теплоизолирующее верхнее покрытие 23 теплоаккумулирующей емкости 1 в другом варианте может быть выполнено посредством двух платформ из пенистого материала, между которыми размещен особо легкий пенистый материал, в частности сыпучий, удерживаемый от сжатия с помощью вертикальных жестких теплоизолирующих стоек-пластин.In other embodiments of the heat storage tank 1, foam glass or other, continuously improving, heat-insulating materials can be used instead of foam concrete. In this case, the heat-insulating
Внутренняя среда теплоаккумулирующей емкости 1, в свою очередь, оснащена средствами стабилизации давления воды (2) в соответствии с заданной величиной. Для этого установлен датчик давления 25 и управляемый выпускной гидроклапан 26 с обратным клапаном 27. С другой стороны теплоаккумулирующей емкости 1 установлен вспомогательный подающий воздухокомпрессор 28 с обратным клапаном 29, который может быть заменен воздухомагистралью (показана пунктиром) с рядом резервных каналов, датчиков давления 30 и предохранительных воздушных клапанов 31. Средства восполнения водного объема в теплоаккумулирующей емкости на Фиг.1 не показаны.The internal environment of the heat storage tank 1, in turn, is equipped with means for stabilizing the water pressure (2) in accordance with a predetermined value. For this, a pressure sensor 25 and a controllable exhaust hydraulic valve 26 with a non-return valve 27 are installed. On the other side of the heat storage tank 1, an auxiliary supply air compressor 28 with a non-return valve 29 is installed, which can be replaced by an air line (shown by a dotted line) with a number of backup channels, pressure sensors 30 and safety air valves 31. Means for replenishing the water volume in the heat storage tank are not shown in FIG. 1.
Указанное теплоизолирующее плавучее верхнее покрытие, выполненное преимущественно из строительных блоков наподобие известных панелей потолочных перекрытий, расположено на поверхности воды 2 как на основной опорной базе, которая одновременно, как указано выше, является и теплоаккумулирующим материалом.The specified heat-insulating floating topcoat, made mainly of building blocks like the well-known ceiling panels, is located on the surface of the water 2 as on the main support base, which at the same time, as mentioned above, is also a heat-accumulating material.
На наружной поверхности верхнего покрытия 23 теплоаккумулирующей емкости 1 установлен ряд гелиопоглощающих коробов с промежутками между ними - технологическими проходами. В рассматриваемом варианте гелиотеплопреобразователя по Фиг.1 гелиопоглощающий короб 4 (каждый из них) выполнен из темного металлического листа путем формирования посредством штамповки его верхнего основания 5, боковых сторон 6 и отбортовок - горизонтальных отгибов, полок для их герметичного закрепления к верхнему покрытию 23. Солнечные лучи 32 в дневное время поступают на наружные поверхности 5, 6 гелиопоглощающего короба и преобразуются на них в тепловую энергию, за счет чего жидкий теплоноситель 3 в его внутренней полости (4) нагревается и уносит ее основную часть во внутреннюю среду теплоаккумулирующей емкости 1. Другая часть тепловой энергии теряется в окружающую среду. С целью уменьшения теплопотерь гелиопоглощающий короб 4 охвачен светопроницаемой теплоизолирующей конструкцией - вторым коробом 33, содержащим светопроницаемое верхнее основание 34, выполненное, например, из тонкого листового стекла, боковые стороны 35 и аналогичные горизонтальные отбортовки, отгибы, предназначенные для совместного закрепления с гелиопоглощающим коробом 4 к верхнему покрытию 23 теплоаккумулирующей емкости 1. Светопроницаемое теплоизолирующее основание 34 и боковые стороны 35 создают над гелиопоглощающим коробом 4 теплоизолирующую воздушную среду, которая существенно снижает теплопотери последнего. Однако, в виду плоской конструкции светопроницаемого короба 33 с доминирующим размером верхнего основания 34, указанные теплопотери из-за процесса конвекции остаются все же весьма значительными. С целью их дополнительного существенного сокращения, его воздушная теплоизолирующая среда прокачивается согласно предлагаемому изобретению по второму циркуляционному теплоутилизирующему каналу, в частности, во внутреннюю водную среду (2) теплоаккумулирующей емкости 1. Если этот воздушный поток из второго - светопроницаемого теплоизолирующего короба 33 поступает непосредственно в воду теплоаккумулирующей емкости 1, как и водный теплоноситель 3, то этот воздухопоток, как вспомогательный теплоноситель, также определяется номером 3. Данный циркуляционный канал включает в себя внутреннюю теплоизолирующую и теплопоглощающую воздушную среду (3) светопроницаемого короба 33, воздухопроводы 36, воздушный компрессор или вытяжной вентилятор 37, воздухопровод 38 с его распределительным окончанием во внутренней водной среде (1) теплоаккумулирующей емкости, саму ее водную (водно-воздушную) среду (2, 3) и отводящий воздухопровод 39, подключенный к внутренней полости светопроницаемого теплоизолирующего короба 33 и замыкающий кругооборот воздухопотока - данный воздушный циркуляционный (теплоутилизирующий) канал. Воздух 3 скапливается в водно-воздушной среде (2, 3) теплоаккумулирующей емкости 1 под нижним торцом воздухопровода 39, в том числе благодаря наклону ее теплоизолирующего верхнего покрытия 23, который достигается преимущественно за счет якорных канатов (не показаны). Кроме того, в состав последнего входят магистральные трубопроводы 40, 41, 42, которые запараллеливают соответствующие участки следующих трубопроводов: а) короткие участки подвода воздухопотока от общего трубного вывода 39 из внутренней среды теплоаккумулирующей емкости 1 через магистраль 40 к каждому из общего количества светопроницаемых теплоизолирующих коробов 33; б) короткие участки отвода воздухопотока от последних через магистраль 41 и общий воздухонаправляющий агрегат 37 в общий трубопровод 38, вводящий воздухопоток во внутреннюю среду теплоаккумулирующей емкости 1; в) горизонтальные участки трубопровода 38, размещенные по ширине и длине последней посредством магистрали 42 в водной среде теплоаккумулирующего материала (2), которые с помощью воздухоотводящих отверстий 43 распределяют тепловую энергию данного воздухопотока в более холодных нижних слоях воды с целью передачи им части тепловой энергии, теряемой гелиопоглощающим коробом 4. На Фиг.1 не показан еще один канал утилизации теплопотерь гелиопоглощающего короба, подключаемый в случае высокого нагрева также и нижних слоев воды 2. Этот канал образован от полости 33 через дополнительный воздушный клапан к средствам 16 съема и преобразования тепловой энергии. В последнем случае конвективные теплопотери гелиопоглощающего короба утилизируются практически полностью в рамках общей технологии всей гелиотеплоэлектростанции.On the outer surface of the
В других исполнениях гелиотеплопреобразователя с текучим теплоносителем, в частности воздухом или специальным газом повышенной теплоемкости и теплопроводности, или высокотемпературным минеральным маслом, расплавленным парафином, когда давление внутри гелиопоглощающих коробов 4 может достигать 3 атмосфер, могут быть применены гелиопоглощающие плоские трубопроводы, выполненные, например, посредством экструзии из алюминия, с внутренними упрочняющими продольными ребрами - перегородками, с последующим зачернением верхней наружной поверхности алюминия. При этом на торцах этих плоских трубопроводов устанавливаются посредством сварки, приклейки, связки цементным раствором фланцы, снабженные гидравлическими соединениями с последующим подключением к ним подводящих - отводящих трубопроводов.In other versions of the solar thermal converter with a fluid coolant, in particular air or a special gas of increased heat capacity and thermal conductivity, or with high-temperature mineral oil, molten paraffin, when the pressure inside the solar absorption ducts 4 can reach 3 atmospheres, solar-absorbing flat pipelines can be used, for example, by means of extrusion of aluminum, with internal reinforcing longitudinal ribs - partitions, followed by blackening of the upper outer surface aluminum surface. At the same time, at the ends of these flat pipelines, flanges are installed by welding, gluing, bonding with cement mortar, equipped with hydraulic connections, followed by connecting to them inlet and outlet pipelines.
Значительное снижение стоимости гелиотеплоаккумулятора с текучим теплоносителем (в частности водой) связано с рядом факторов. Одним из них является более глубокая интеграция конструкций гелипоглощающего (4) и светопроницаемого теплоизолирующего (33) коробов и дальнейшее снижение их общих теплопотерь. Вариант такого решения представлен на Фиг.2. Здесь в гелиопоглощающем коробе 4 роль гелиопоглощающей поверхности выполняет подложка 44, на которой крепится сам короб 4 и которая является его нижним основанием, располагаемым и преимущественно фиксируемым на верхнем теплоизолирующем покрытии 23 теплоаккумулирующей емкости 1, а верхнее основание 5 выполняется из светопроницаемого материала - стекла (или тонкой стеклянной пленки, при ее наличии, которая относится к высокопрочным материалам со стабильными химико-физическими свойствами). Светопроницаемый короб 33, как и в предыдущем случае, имеет верхнее основание в виде листового стекла или стеклянной пленки, а нижнее основание является открытым, то есть представленным гелиопоглощающим коробом. На Фиг.2 крепление обоих коробов к общему основанию - подложке 44 - осуществляется аналогично, посредством наложения и закрепления боковых изгибов-отбортовок. Это - принципиальная схема взаимосвязи и герметизации коробов 4, 33 и подложки 44. Однако, практически, их боковые стороны должны быть совмещены в данном варианте в одну интегрированную, удешевленную конструкцию из теплоизолирующего материала, снабженную внутренними полками (буртами) для закрепления оснований 5 и 34 (из листового стекла), которые на иллюстрациях не показаны. Боковые стороны имеют толщину и жесткость, достаточные для герметичного закрепления подложки 44 и светопроницаемых оснований 5, 34 ко всей конструкции, имеют высоту, ориентировочно, 300 мм, согласно суммарной высоте обоих коробов, и изнутри покрыты преимущественно гелиопоглощающей поверхностью или выполнены из гелиопоглощающего теплоизолирующего материала. Размер общего периметра обоих, интегрированных между собой коробов 4, 33 определяется, ориентировочно, размером их боковых сторон 1000×1000 мм, что удобно применительно к существующему технологическому оборудованию. В их смежных сторонах выполнены соответствующие проемы, отверстия для герметичной закладки в них щелевых окон или втулок с целью прохождения через последние текучего теплоносителя (в гелиопоглощающем коробе 4 преимущественно воды) и теплоизолирующей, а также теплопоглощающей и теплоутилизирующей воздушной среды (в светопроницаемом воздухонаполненном коробе 33), что позволяет состыковать и смонтировать такие короба на большую длину. Стеновая коробка гелиопоглощающих коробов размером, ориентировочно, 1000×1000 мм изготавливается преимущественно из бетона, газобетона, пеностекла, пластмассы и металла, как и их закладные проходные втулки, с простейшим закреплением втулок и соединением с подложкой 44 посредством цементного раствора при надежной герметизации конструкций в условиях низкого избыточного давления текучего теплоносителя (воды) в коробе 4 и протекающей воздушной среды в коробе 33.A significant reduction in the cost of a solar thermal accumulator with a fluid coolant (in particular water) is associated with a number of factors. One of them is a deeper integration of the designs of gel-absorbing (4) and translucent heat-insulating (33) ducts and a further decrease in their total heat loss. A variant of such a solution is shown in FIG. 2. Here, in the helioplastic box 4, the role of the helioplastic surface is played by the
Теплоизолирующая подложка 44 изготавливается аналогичным способом, в частности, совместно с коробкой боковых сторон как единое целое, и потому интегрированная конструкция обоих указанных коробов в таком варианте является предельной дешевой. Эти же конструкции могут изготавливаться и как древесно-стружечные изделия или из других теплоизолирующих материалов достаточной прочности, с высокой адгезией соединений при помощи клеющих материалов или связывающих растворов. Выполненные как одно целое короба 4 и 33 со стенками высотой около 300 мм, ориентировочно, размером по периметру 1000×1000 мм соединяются между собой посредством проемов или закладных (коротких) проходных втулок в группы по несколько штук неразъемным образом в условиях заводского производства, а не на строительной площадке, с его высокими производительностью и качеством. Такие группы составляют легкие участки длиной 3-15 метров, удобные для транспортировки, ручных работ и монтажа. Эти участки заканчиваются, в свою очередь, теперь уже разъемными соединениями с проходными втулками, например, с прямоугольными, коническими и цилиндрическими формами в окончаниях, которые стыкуются вкладкой одной из них в другую, в собранном и подготовленном как сборочные единицы на заводе в герметизированном виде, и стягиваются уже при монтаже на строительной площадке. Таким высокопроизводительным способом легко транспортируемые участки (группы) коробов заводского изготовления стыкуются друг с другом и могут образовывать готовые конструкции с двумя указанными параллельными внутренними полостями любой длины (на многие десятки метров), с высоким качеством герметизации, особенно эффективные в условиях низких давлений жидкого теплоносителя и замкнутой воздушной среды. Это - основа снижения стоимости гелиотеплопреобразователя с учетом того, что периметр и внутренняя среда теплоаккумулирующей емкости в данной конструкции также могут быть дешевыми (по удельной стоимости). При этом разъемные соединения стыкуемых групп коробов снабжаются в отдельных случаях и переключателями для последовательного или параллельного соединения их в порядке сезонной корректировки температуры текучего теплоносителя, тогда как корректировки последней в течение солнечного дня осуществляются посредством регулирования скорости циркулирующего теплоносителя.The heat-insulating
Поток текучего теплоносителя 3 (воды) согласно конструкции по Фиг.2 через гелиопоглощающий короб 4 осуществляется аналогично изложенному выше, посредством трубопроводов 45 (вместо отверстий 8). Поток воздушной среды 3 через короб 33 осуществляется согласно Фиг.1 с учетом трубопроводов 46, подключенных параллельно трубопроводам 39 через вентили 47. В данном случае трубопроводом 39 воздух 3 изымается из воздушной подушки, созданной, в частности, наклоном теплоизолирующего верхнего покрытия 23 теплоаккумулирующей емкости 1, или из нижней части внутренней среды последней - трубопроводом 46 при высоком нагреве верхнего уровня теплоаккумулирующего материала. Отвод воздухопотока 3 к средствам 16 съема и преобразования тепловой энергии, как это показано на Фиг.1 применительно к воздушным зазорам 12, или к тепло-аккумулирующей емкости 1, на Фиг.2 не показан.The flow of fluid coolant 3 (water) according to the design of FIG. 2 through the helioplastic box 4 is carried out similarly to the above, by means of pipelines 45 (instead of holes 8). The flow of air 3 through the
При размере теплоаккумулирующей емкости 1 по ширине до 10 метров воздушная подушка формируется за счет наклона верхнего покрытия 23 последней, как показано на Фиг.1, 2. При этом теплоаккумулирующая емкость оказывается вытянутой в длину с запада на восток. Однако при большей ее ширине создается свободная полость 48, в частности воздушный «мешок», располагаемый в средних или нижних слоях теплоаккумулирующего материала 2 с помощью плоского короба или наклонного листа, в частности с помощью полимерной пленки. Пунктиром на Фиг.1 показано подключение охлаждающей свободной полости 48 к циркуляционному воздушному каналу. Через подобную свободную полость 48 может циркулировать и охлаждаться любой, а также текучий теплоноситель из гелиопоглощающего короба 4, включая газообразный и опресненную воду, также как из светопроницаемого теплоизолирующего короба 33 - воздух, что позволяет в емкости 1 использовать морскую воду.When the size of the heat storage tank 1 is up to 10 meters wide, an air cushion is formed due to the inclination of the
На Фиг.1 показана установка в теплоаккумулирующей емкости 1 теплосъемного трубного коллектора 49 из теплопроводного материала, в котором циркулирует вспомогательное жидкое рабочее тело, передавая ее тепловую энергию к средствам 16 (к средствам съема и преобразования тепловой энергии в технологическом оборудовании гелиотеплоэлектростанции, схема которой на иллюстрациях не показана; ее варианты могут быть различными, но в первую очередь - это гелиоаэробарические теплоэлектростанции согласно вышеприведенным патентам). В данном примере вход трубного коллектора 49 подключен к источнику 50 вспомогательного жидкого рабочего тела, а выход - к температурному преобразователю 51 (повышающему «трансформатору» температуры), в частности, тепловому насосу, который своим горячим теплоотводом 52 подключен с помощью теплопередающих средств (условно показаны стрелкой 53) к указанным средствам 16. В качестве температурного преобразователя 51, в частности, может быть применен вращающийся механический активатор жидкости, например воды, корпус которого (горячий теплоотвод 52) находится в термодинамической связи (показано стрелкой 53) с приемниками и преобразователями повышенной температуры (или высокой температуры) в составе средств 16. Выход в последнем случае из трубного коллектора 49 вспомогательного рабочего тела после его охлаждающей релаксации поступает на вход источника 50 непосредственно или через дополнительные технологические устройства (что показано пунктиром со стрелкой). Трубный коллектор 49 может быть установлен не в теплоаккумулирующей емкости, а в отдельно расположенной емкости, внутренние среды которых связаны посредством теплопередачи - термодинамически.Figure 1 shows the installation in a heat storage tank 1 of a heat-collecting tube collector 49 of a heat-conducting material in which an auxiliary liquid working fluid circulates, transferring its thermal energy to means 16 (to means for removing and converting thermal energy in technological equipment of a solar thermal power plant, the diagram of which is illustrated in the illustrations not shown; its options may be different, but in the first place - these are helioaerobaric thermal power plants according to the above patents). In this example, the input of the pipe manifold 49 is connected to the source 50 of the auxiliary liquid working fluid, and the output to the temperature converter 51 (raising the temperature “transformer”), in particular, to the heat pump, which is connected with its hot heat sink 52 using heat transfer means (conventionally shown arrow 53) to the indicated means 16. As a temperature transducer 51, in particular, a rotating mechanical activator of a liquid, for example water, whose housing (hot heat sink 52) can be used is in thermodynamic connection (shown by arrow 53) with receivers and transducers of elevated temperature (or high temperature) as a part of means 16. The output in the latter case from the pipe collector 49 of the auxiliary working fluid after its cooling relaxation enters the input of the source 50 directly or through additional technological devices (as shown by the dashed arrow). The pipe manifold 49 can be installed not in a heat storage tank, but in a separate tank, the internal media of which are connected through heat transfer - thermodynamically.
На Фиг.3 показан вариант размещения оборудования гелиотеплопреобразователя в более сложной композиции, близкой к реальной компоновке по условиям строительства гелиотеплоэлектростанции. Здесь в плане показано размещение двух теплоаккумулирующих емкостей 54 и 55 в дополнение к теплоаккумулирующей емкости 1 (Фиг.1), которая в данном плане не показана, разделенных продольными водными технологическими проездами 56 и 57 соответственно с надводными теплоизолирующими плавающими плотами (панелями) - подложками 58 и 59, на которых размещены дополнительные гелиопоглощающие короба 4 (в любой из трех описанных конструкций, при этом светопроницаемые теплоизолирующие короба 33 с утилизацией теплопотерь на Фиг.3 не показаны). Обе теплоаккумулирующие емкости отличаются между собой тем, что одна из них (54) выполнена с высокотемпературным теплоаккумулирующим материалом и теплоносителем, например воздухом, минеральным маслом и расплавленным парафином (с рабочей температурой более 100°С), а другая (55) - с водой в качестве теплоаккумулирующего материала и теплоносителя как агрегат с более низкой температурой (с рабочей температурой ниже 100°С), подобно теплоаккумулирующей емкости 1 (Фиг.1).Figure 3 shows a variant of the placement of the equipment of the solar thermal converter in a more complex composition, close to the actual layout according to the conditions of construction of the solar thermal power station. Here, the plan shows the placement of two
Обе теплоаккумулирующие емкости 54, 55 отличаются от представленной на Фиг.1 тем, что сверху на них размещены по два параллельных ряда гелиопоглощающих коробов 4, соединенных между собой попарно и с внутренними средами этих теплоаккумулирующих емкостей трубопроводами 60 последовательно в рамках теплонакопительных циркуляционных каналов и с помощью параллельно соединяющих трубопроводов 61, аналогичных по назначению коллекторным трубопроводам 41 (Фиг.1), которые обеспечивают ввод текучего теплоносителя в каждую из теплоаккумулирующих емкостей соответственно. Последние выполнены вытянутыми в длину с запада на восток, а гелиопоглощающие короба размещены на них поперек, с севера на юг, и между ними расположены технологические проходы 62. Торцевые смежные окончания теплоаккумулирующих емкостей 54, 55 разделены поперечным технологическим проездом 63, на территории которого размещен объект 64 двойного назначения - энергетического и хозяйственно-экономического, также находящийся на плаву в водной среде 22 водоема. Их энергетическое назначение имеет три основных аспекта: а) на их кровле размещены аналогичные гелиопоглощающие короба 4 с технологическими проходами 62 между ними (для технического обслуживания); б) на их стенах размещены преимущественно лучеотражающие панели 65, выделенные на Фиг.3 утолщенными линиями, хотя на них могут быть размещены и гелиопоглощающие короба 4, включенные в соответствующий циркуляционный канал; в) в их внутренних помещениях организованы экзотермические процессы, например горячая обработка продуктов питания, металлургическое производство изделий из алюминия или стеклянных пленок для нужд строительства гелиотеплоэлектростанций и как товаров народного потребления, высокотемпературные теплопотери которых направляются преимущественно к указанным теплопреобразующим средствам 16, хотя могут направляться для утилизации и в теплоаккумулирующие емкости (эти связи на иллюстрациях не показаны). Их хозяйственно-экономическое назначение заключается в производстве продуктов с высокой потребительской и рыночной стоимостью, которые вырабатываются на площадях гелиотеплопреобразователя, при одновременном совмещении энергетических процессов.Both
Лучеотражающие панели устанавливаются и в ряде других мест гелиотеплопреобразователя, что показано утолщенными линиями. Лучеотражающие панели представляют собой вытянутые вверх плоские конструкции, покрытые слоем лучеотражающего (зеркального) материала, в частности алюминиевой фольгой или пленкой с нанесенным посредством напыления тонким слоем алюминия (или других материалов, обладающих свойствами зеркального лучеотражения).Beam-reflecting panels are installed in a number of other places of the solar thermal converter, as shown by thickened lines. The reflective panels are flat, elongated upward structures coated with a layer of a reflective (mirror) material, in particular aluminum foil or a film coated by spraying with a thin layer of aluminum (or other materials with mirror reflective properties).
На плотах - теплоизолирующих подложках 58, 59, выполненных также вытянутыми в длину, параллельно теплоаккумулирующим емкостям, гелиопоглощающие короба могут подключаться между собой в рамках циркуляционных каналов последовательно или параллельно. На Фиг.3 условно показано одинаковое размещение гелиопоглощающих коробов 4. Последних на панелях 58, 59 может быть установлено значительно больше - с целью достижения проектно заданного значения уровня температуры теплоаккумулирующего материала 2 (Фиг.1). В частности, на панели 58 гелиопоглощающие короба подключены по три штуки последовательно в две параллельные группы, а на панели 59 они подключены между собой параллельно в последовательном контуре прохождения теплоносителя в рамках циркуляционного канала. Подводы от соответствующих теплонакопительных циркуляционных каналов к гелиопоглощающим коробам 4 осуществляются трубопроводами 66. В обоих случаях они скомпонованы следующим образом.On rafts - heat-insulating
В теплоаккумулирующую емкость 55 нагретый теплоноситель - вода - поступает по трубопроводу 61 (далее по трубопроводам 45, с более равномерным тепломассообменом, согласно Фиг.2) и во внутренней полости его масса и тепловая энергия распространяются согласно пунктирной линии 67. Вход - выход теплоносителя и движение его по циркуляционному каналу показаны стрелками 68. Выход теплоносителя из теплоаккумулирующей емкости 55 подключен через фильтр 69 к гидронасосу 70 и далее - к гидромагистрали 66, от которой параллельные каналы гелиопоглощающих коробов, в свою очередь, подключены к гидромагистрали 61 (таким образом осуществляется круговой оборот теплоносителя в циркуляционном канале).In the
В циркуляционном канале теплоаккумулирующей емкости 54, который также является теплонакопительным, отличие состоит лишь в следующем: а) гелиопоглощающие короба 4 на панели 58 подключены последовательно по 3 штуки в две параллельные группы; б) к последним подключены две параллельные группы гелиопоглощающих коробов 4 верхнего яруса, которые размещены над технологическим проездом 56 на опорных стойках на высоте, ориентировочно, 3 метра. Далее аналогично подключены гелиопоглощающие короба 4, размещенные сверху над теплоаккумулирующей емкостью 54, которые соединяются выходной магистралью 61, являющейся одновременно входом в последнюю (круг соответствующего циркуляционного канала также замкнулся).In the circulation channel of the
Технологические проезды 56, 57, кроме своего прямого технологического предназначения, используются и для других применений. В частности, как выше указано, над поверхностью водной среды водоема размещены гелиопоглощающие короба 4 с воздушными просветами 71 между ними, которые совпадают по своему расположению (по осям) с технологическими проходами 62. Это позволяет солнечным лучам с южной половины небосвода поступать на последние, а также на водную поверхность проезда 56. Указанные просветы закрыты над ним светопроницаемым теплоизолирующим материалом, чем он защищается от неблагоприятных атмосферных условий и осадков (отмечено на Фиг.3 штриховкой). Размещение культивируемых овощей и ягод в посадочных емкостях выполнено над водной поверхностью, на высоте высадки около 1500 мм, чтобы технологический водный транспорт с обслуживающим персоналом мог проходить под ними. На Фиг.3 показано пунктиром размещение опорной базы 72 для посадочных емкостей над технологическим проездом 57, а также частично - над проездом 56, хотя и над последним они могут быть размещены по всей длине.
Размещение светопроницаемых теплоизолирующих покрытий не только над технологическими проездами, но в целом над всеми объектами гелиотеплопреобразователя позволяет обеспечить тепличное выращивание овощей, ягод и фруктов как на его территории, так и в целом на водной территории гелиотеплоэлектростанции, которая на иллюстрациях не представлена. Эффективность одновременного производства энергии и тепличного культивирования растений исключительно высока: неизбежные тепловые потери при энергопроизводстве дают бесплатное тепло, стоимость которого вместе с освещением для теплиц является главной компонентой затрат; основные технологические конструкции для энергопроизводства одновременно являются в данном варианте базовыми для сооружения теплиц; атмосферозащита при ненастной погоде и уборка территории также являются обоюдно необходимым процессом. Важно добиться в конструкции гелиотеплопреобразователя такого положения, чтобы тепличное выращивание культивируемых растений было практически бесплатным приложением к энергопроизводству, без ограничения общей площади потребления солнечной энергии на отведенной для энергопроизводства территории. Такие конструктивные решения в процессе разработки данного предлагаемого изобретения найдены.The placement of translucent heat-insulating coatings not only over technological driveways, but in general over all objects of the solar thermal converter makes it possible to provide greenhouse cultivation of vegetables, berries and fruits both on its territory and on the whole on the water territory of the solar thermal power station, which is not shown in the illustrations. The efficiency of simultaneous energy production and greenhouse cultivation of plants is extremely high: the inevitable heat loss during energy production gives free heat, the cost of which, together with lighting for greenhouses, is the main cost component; the main technological structures for energy production are at the same time in this embodiment the basic for the construction of greenhouses; weather protection in inclement weather and cleaning the area are also mutually necessary. It is important to achieve such a position in the design of the solar thermal converter that the greenhouse cultivation of cultivated plants is an almost free application to energy production, without limiting the total area of solar energy consumption in the territory allotted for energy production. Such constructive solutions in the development process of this proposed invention are found.
На Фиг.3 представлены дополнительно к вышеизложенному два варианта энергопотребления от гелиотеплопреобразователя.Figure 3 presents in addition to the above two options for energy consumption from the solar thermal converter.
В верхней части внутренней среды теплоаккумулирующей емкости 54, в массе теплоаккумулирующего материала 2 (Фиг.1), размещен трубный коллектор 73 из теплопроводного материала, предназначенный для обеспечения тепловой энергией потребителей (наряду с передачей высокопотенциальной тепловой энергии к технологическим средствам 16, что на Фиг.3 не иллюстрируется). Входной конец трубного коллектора 73 подключен к трубопроводу 74, а выходной конец - к трубопроводу 75, которые совместно замыкают теплосъемный циркуляционный канал, включающий: а) теплопункт 76 по обеспечению поставок тепловой энергии потребителям согласно стандартным техническим решениям в данной отрасли хозяйства; б) циркуляционный гидронасос 77; в) фильтр 78; г) собственно внутреннюю среду теплоаккумулирующей емкости 54.In the upper part of the internal environment of the
Направление движения технологической горячей жидкости как вспомогательного рабочего тела показано стрелками (79).The direction of movement of the process hot fluid as an auxiliary working fluid is shown by arrows (79).
В теплоаккумулирующей емкости 55, содержащей в качестве теплоаккумулирующего материала и теплоносителя воду, расположен трубный теплопроводный коллектор 80, предназначенный для обеспечения тепловой энергией паровой турбины 81, работающей преимущественно с паром легко испаряемой жидкости. Входной трубопровод 82 трубного коллектора 80 подключен к источнику 83 жидкости с пониженной точкой кипения - легко испаряемой жидкости, а выходной трубопровод 84 - как паропровод на вход паровой турбины 81, выход которой подключен к холодильному агрегату 85, снабженному каналом 86 охлаждающей жидкости. Источник 83 жидкости с пониженной точкой кипения содержит емкость с конденсированной жидкостью, гидронасос, управляемые клапаны и фильтры (не показаны). Направление движения жидкости с пониженной точкой кипения и ее пара показано стрелками 87.In a
В качестве жидкости с пониженной точкой кипения могут использоваться как разрешенные к промышленному использованию фреоны, так и другие жидкости, вплоть до метилового и этилового спиртов. Трубные коллекторы 73 и 80 могут быть заменены отдельно размещенными термодинамическими установками.As a liquid with a lower boiling point, both freons authorized for industrial use and other liquids, up to methyl and ethyl alcohols, can be used.
На Фиг.4 приведен пример формы и оптимального размещения внешних гелиоконцентраторов - концентраторов и проводников солнечных лучей применительно к гелиотеплопреобразователям. Область 88 пространства, где размещен гелиопоглощающий короб 4, и область 89 пространства, где размещен светопроницаемый теплоизолирующий короб 33, расположены над теплоизолирующим верхним покрытием 23 теплоаккумулирующей емкости 1 (Фиг.1, 2). Эти области охватываются пирамидообразной пустотелой конструкцией, содержащей вытянутые в длину боковые стороны 90 как грани пирамиды, которые покрыты изнутри лучеотражающим зеркальным материалом 91 (показано пунктиром), а снаружи - зеркальным материалом 92. Солнечные лучи 32 поступают или непосредственно на гелиопоглощающую поверхность 93, или на лучеотражающую сторону 90 (91) пирамидообразной конструкции, от которой они отражаются на эту гелиопоглощающую поверхность.Figure 4 shows an example of the shape and optimal placement of external helioconcentrators - concentrators and conductors of solar rays in relation to solar heat converters. The
Верхнее основание 94 пирамидообразной конструкции значительно превышает по площади ее нижнее основание, соответствующее площади гелиопоглощающего покрытия 93, и этим определяется коэффициент гелиоконцентрации. При этом, если ширина гелиопоглощающей поверхности 93 равна ширине технологических проходов 62 (Фиг.3) между гелиопоглощающими коробами 4, и они составляют величину по 1 метру, оптимальная ориентировочная высота верхних оснований 94 пирамидообразной конструкции над теплоизолирующим верхним покрытием 23 составляет 3 метра - по условиям попадания подавляющего количества солнечных лучей 32 на гелиопоглощающую поверхность 93 в результате их отражений от боковых сторон 90 (91). Смежные боковые стороны пирамидообразной конструкции совмещаются между собой в виде боковых сторон оснований 94 по линиям 95, каждая из которых образует конек пирамидообразного покрытия технологических проходов 62, с близким к треугольному поперечным сечением.The
Торцевые поверхности пирамиды - гелиоконцентратора выполняются также с внутренними лучеотражающими поверхностями. Могут быть применены варианты, когда южная торцевая сторона выполняется светопроницаемой. Гелиоконцентраторы-пирамиды по длине, с учетом их состыковки торцевыми поверхностями, равны ориентировочно ширине теплоаккумулирующих емкостей 1, 54, 55 (Фиг.1, 3) и могут составлять десятки метров (при их ширине 1 и высоте 3 метра). Аналогично - для технологических проходов 62, торцевые стороны которых закрыты светопроницаемым материалом, например полимерной пленкой, с откидными или съемными входными проемами. Солнечные лучи поступают в пространство над технологическими проходами прежде всего через южные торцевые проемы. Для обеспечения культивируемых растений в технологических проходах достаточным количеством солнечных лучей и лучей (малого количества) источников ночного света их пирамидообразующие стороны покрыты изнутри лучеотражающим материалом 92. Покрытия технологических проходов, вытянутые в длину по ширине теплоаккумулирующей емкости 1, могут иметь в поперечном сечении не треугольник, а пирамиду с узким светопроницаемым основанием наверху. Однако ширина этой светопроницаемой полоски отнимает часть потока солнечных лучей от рассмотренных внешних гелиоконцентраторов. Поэтому указанная светопроницаемая полоска, если и применяется, то минимальной ширины, а освещенность пространства над технологическими проходами обеспечена за счет лучеотражающих поверхностей, прежде всего, на боковых сторонах технологических проходов.The end surfaces of the pyramid - helioconcentrator are also made with internal beam-reflecting surfaces. Variants may be applied when the south end face is translucent. The helioconcentrators-pyramids along the length, taking into account their joining by the end surfaces, are approximately equal to the width of the
Если последние выполнены из светопроницаемого материала, то внутренние зеркальные покрытия 91 внешних гелиоконцентраторов будут оказывать достаточное лучеотражающее воздействие, без покрытий 92, на культивируемую растительность в технологических переходах. При этом поверхность их условного пола и сами посадочные емкости также оснащены лучеотражающим материалом 92, а на северной стороне расположены дополнительные полосы из лучеотражающего материала (на Фиг.4 не показаны). Такая конструкция объясняется тем, что растительность при однократном прохождении солнечных лучей обычно потребляет лишь 5-10% их энергии, тогда как при многократном отражении солнечных лучей в пространстве выращивания культивируемой растительности эта величина значительно увеличивается, и уровень входящей солнечной освещенности, а также электрической освещенности в темное время может (и должен) быть соответственно ниже.If the latter are made of translucent material, then the
При потребности увеличения ширины технологических проходов 62 и развития площади посадки культивируемых растений с увеличением коэффициента концентрации солнечных лучей высота внешних пирамидообразных лучеконцентраторов должна быть пропорционально увеличена. Посадочные емкости 96 в технологических проходах преимущественно выполняются мобильными и съемными для обслуживания со стороны технологических проездов, поднятыми над поверхностью условного пола технологических проходов.If you need to increase the width of
Так как верхние основания 94 внешних пирамидообразных гелиоконцентраторов закрыты светопроницаемым материалом, создаются условия для стыковки вышеуказанных (заштрихованных) светопроницаемых поверхностей и гелиопоглощающих коробов 4 над технологическими проездами 56, 57 (Фиг.3) со светопроницаемыми покрытиями оснований 94 над внешними гелиоконцентраторами и теплоаккумулирующими емкостями. Тем самым создаются локальные участки или полные территории тепличных светопроницаемых энергетических и хозяйственно-экономических объектов, отведенные для строительства гелиотеплопреобразователей или в целом гелиотеплоэлектростанций.Since the
Периодические атмосферные неурядицы могут наносить повреждения конструкциям гелиотеплопреобразователя. Повышение атмосфероустойчивости, защищенности этих конструкций будет более дорогим и будет связано со снижением эффективности гелиотеплопреобразователя при решении этой задачи повышением прочности конструкций и применяемых материалов. Поэтому согласно предлагаемому изобретению вся поверхность гелиотеплопреобразователя по локальным участкам шириной, ориентировочно, до 6-10 метров покрывается высокопрочным перематываемым материалом 97, например стеклотканью, высокопрочной пленкой или другими материалами, в том числе над технологическими проездами 56, 57, 63 (Фиг.3). Для поддержания перематываемой поверхности устанавливаются опоры 98 качения и/или скольжения. Процесс перемотки с запада на восток и обратно (или с севера на юг и обратно) осуществляется за счет установки перемоточных барабанов 99, 100 и их электроприводов 101, 102 с обоих концов защищаемого участка. На концевых участках к перематываемым полосам защитного материала закреплены натяжные канаты, нити 103, 104, показанные пунктиром. Они закреплены с одной стороны в отмеченных точках, а с другой стороны - относительно перемоточных барабанов 99, 100 (что не иллюстрируется). Если на перематываемый защитный материал 97 падает снег или град, песок - они сбрасываются в отведенные места в области перемоточных барабанов, для чего канаты, нити 103, 104, должны иметь соответствующую длину. В зимнее ночное время перематываемый материал 97 дополнительно утепляет всю конструкцию.Periodic atmospheric disturbances can cause damage to the solar thermal converter structures. Improving the weather resistance and security of these structures will be more expensive and will be associated with a decrease in the efficiency of the solar thermal converter when solving this problem by increasing the strength of structures and materials used. Therefore, according to the invention, the entire surface of the solar thermal converter in local sections with a width of approximately 6-10 meters is covered with high-
На Фиг.5 показана принципиальная схема применения еще одного ряда гелиоконцентраторов, а точнее - концентраторов и проводников солнечных лучей, которые встроены во внутреннюю полость светопроницаемого теплоизолирующего короба 33. Как выше указывалось, теплопотери, поступающие от гелиопоглощающих коробов 4 во внутреннюю полость каждого короба 33, утилизируются за счет периодической или регулируемой по скорости прокачки из него воздушной среды через теплоаккумулирующую емкость 1 или через средства 16 съема и преобразования тепловой энергии (в последнем случае могут использоваться дополнительные схемы не кругооборотной циркуляционной прокачки воздуха, а по прямоточному каналу с подачей во внутреннюю полость коробов 33 внешнего свежего воздуха). Однако такая утилизация теплопотерь не решает полностью задачи ограничения их лучевой компоненты, исходящей с гелиопоглощающей поверхности гелиопоглощающих коробов 4, что приобретает актуальность при повышении температуры последних от 50 до 90°С градусов, а тем более в специальных случаях - до температур 200-300°С. Второй, внутренний ряд концентраторов и проводников солнечных лучей, встроенных в дополнительную теплоизоляцию на верхнем основании гелиопоглощающего короба 4, в значительной мере решает эту задачу (наряду с уменьшением и низкотемпературных конвективных потерь).Figure 5 shows a schematic diagram of the use of yet another series of solar concentrators, and more specifically, concentrators and conductors of sunlight, which are built into the inner cavity of the translucent heat-insulating
Принцип выполнения встроенных лучеконцентраторов 105 (Фиг.5) поясняется следующим образом. Предположим, что для верхнего основания гелиопоглощающего короба 4, через которое во внешнюю среду проходит основное количество теплопотерь, изготовлена пластина из теплоизолирующего материала, равная по площади этому основанию. Если этой пластиной накрыть данное основание, то не будет и теплопотерь, но, естественно, внутрь гелиопоглощающего короба солнечные лучи поступать также не будут. Следовательно, в этой теплоизолирующей пластине необходимо сделать соответствующие щели, но не простые щели, а такие, чтобы все падающие сверху солнечные лучи проходили внутрь гелиопоглощающего короба, и при этом, чтобы выход тепла, в том числе лучеиспусканием, из последнего был значительно ограничен. С этой целью указанная теплоизолирующая пластина должна пройти соответствующую отработку таким образом, что в ней выполняются вытянутые в длину пирамидообразные лучеконцентраторы. Верхние их основания 106 открыты для прохождения солнечных лучей 32, причем суммарная площадь их практически равна площади теплоизолирующей пластины и площади гелиопоглощающего короба. Нижние основания 107 значительно меньше по ширине (и по площади), чем верхние. Боковые стенки 108 выполнены с лучеотражающими поверхностями 109. Таким образом, солнечные лучи 32, поступая внутрь встроенных лучеконцентраторов 105, отражаются лучеотражающими поверхностями 109 стенок 108 и проходят через свободные (открытые) нижние основания 107 образованных пирамидообразных щелей до лучепоглощающих поверхностей 93 теплоизолирующих подложек 44 гелиопоглощающих коробов 4 (в такой их конструкции). В свою очередь, теплоизолирующие подложки 44 расположены посредством слоя гидроизоляции 110 на теплоизолирующем верхем покрытии 23 теплоаккумулирующей емкости 1 с жидким теплоаккумулирующим материалом - водой 2 и теплоносителем 3 (в частности, смесь воды и воздуха).The principle of implementation of the integrated beam concentrators 105 (Figure 5) is explained as follows. Suppose that for the upper base of the helioplastic box 4, through which the bulk of the heat loss passes into the external environment, a plate is made of heat-insulating material, equal in area to this base. If this base is covered with this plate, then there will be no heat loss, but, naturally, the sun's rays will also not enter the helioplastic box. Therefore, in this heat-insulating plate, it is necessary to make the corresponding gaps, but not simple gaps, but such that all the sun's rays incident from above pass into the helioplastic box, and so that the heat output, including radiation, from the latter is significantly limited. For this purpose, said heat-insulating plate must undergo appropriate testing in such a way that pyramid-shaped beam concentrators elongated in length are made in it. Their
Особо важное значение имеют геометрические параметры встроенных лучеконцентраторов 105. Угол при вершине двух смежных боковых лучеотражающих сторон не должен превышать 20°, более целесообразна его величина 10-15°. При высоте встроенных лучеконцентраторов 100 мм ширина нижнего основания пирамидок - днища 107 не должна превышать 30 мм, а теплоизолирующего расстояния между основаниями 107 не должна превышать 10 мм (то есть встроенные лучеконцентрирующие щели имеют шаг около 40 мм).Of particular importance are the geometric parameters of the
При такой конструкции вытянутых в длину пирамидообразных лучеконцентраторов 105, ориентированных преимущественно в направлении север-юг, подавляющее количество солнечных лучей в течение светового дня, в любой сезонный период, поступают на гелиопоглощающую поверхность 93 гелиопоглощающего короба 4.With this design, the elongated pyramid-shaped
В таком обработанном виде вышеуказанная теплоизолирующая пластина превращается в рамку с боковыми сторонами, ориентировочно, размером 1000×1000 мм, между которыми расположены в длину треугольные (соединенные по торцам между собой) несущие конструкции - стенки 108 встроенных концентраторов со своими щелевыми пирамидообразными проемами. В последних, практически, все солнечные лучи 32 проходят к гелиопоглощающему коробу, а выход вверх конвективных и лучевых теплопотерь дополнительно снижен в 4 раза. Над вершинами 111 вытянутых треугольных профилей в рамке может быть размещено светопроницаемое покрытие 112, например тонкое листовое стекло, либо конструкция может быть ограничена применением лишь светопроницаемого покрытия 34 светопроницаемого теплоизолирующего короба 33, внутри которого и расположен данный встроенный лучеконцентратор.In this processed form, the aforementioned heat-insulating plate turns into a frame with lateral sides, approximately 1000 × 1000 mm in size, between which are located triangular (connected at the ends to each other) load-bearing structures -
Реальное, практическое исполнение последнего, с целью дополнительного удешевления материалов, трудозатрат и монтажных издержек, а также для значительного увеличения производительности труда - скорости строительства гелиотеплоэлектростанций - должно быть модернизировано. В частности, указанная рамка 1000×1000 мм может вместе с треугольными профилями, формирующими тороидообразные лучеконцентрирующие щели, прессоваться из теплоизолирующего материала, в частности прессоваться из пенистых материалов, цементных растворов, древесно-стружечных композиций и т.д. В наиболее облегченном виде данная конструкция может быть изготовлена из сборных конструкций. В частности, треугольные профили могут изготавливаться пустотелыми, технологически удобной длины, из различных материалов: фольгированной лучеотражающим слоем плотной бумаги, из стекла или пеностекла с нанесенным посредством напыления зеркальным покрытием, из бетона или пенобетона с покрытием их лучеотражающим материалом посредством тонкого алюминиевого профиля, фольги и т.д.The real, practical implementation of the latter, with the aim of further reducing the cost of materials, labor and installation costs, as well as for a significant increase in labor productivity - the speed of construction of solar thermal power plants - should be modernized. In particular, this
Возможности для дешевого изготовления и мерного пореза таких треугольных профилей имеются в многочисленных вариантах.Opportunities for low-cost manufacturing and dimensional cut of such triangular profiles are available in numerous versions.
Периметрические стороны указанной щелевой рамки могут изготавливаться прессованием в сборе, с элементами конструкций для закрепления светопроницаемых материалов, в том числе - совместно с теплоизолирующей подложкой, что дополнительно упростит технологию герметизации.The perimetric sides of this slotted frame can be manufactured by pressing assembly, with structural elements for fixing translucent materials, including together with a heat-insulating substrate, which will further simplify the sealing technology.
Очевидно, что щелевые лучеконцентрирующие рамки должны стыковаться между собой в вытянутые на большую длину конструкции гелиопоглощающих коробов - на всю ширину теплоаккумулирующей емкости. В смежных сторонах стыкуемых гелиопоглощающих или светопроницаемых коробов выполняются согласованные друг с другом по осям отверстия, щелевые проемы и устанавливаются втулки с прямоугольными, коническими или цилиндрическими стыкующимися сопряженными частями. Втулки стягиваются между собой.Obviously, slotted beam-concentrating frames should fit together into elongated structures of helioplastic boxes elongated over a large length - the entire width of the heat storage tank. In adjacent sides of the abutting helium-absorbing or translucent ducts, holes, slotted openings are coordinated with each other along the axes, and bushings with rectangular, conical or cylindrical mating mating parts are installed. The bushings are pulled together.
В результате таких стыковок в заводских условиях могут неразъемным образом собираться в законченные сборочные единицы длиной 3-15 метров модули из гелиопоглощающих и светопроницаемых теплоизолирующих коробов (4, 33) со встроенными лучеконцентраторами, удобные для транспортировки и последующей сборки в составе гелиотеплопреобразователей. Подготовленные заводские условия гарантируют высокие качество и производительность изготовления таких удлиненных модулей, которые стыкуются между собой уже на строительной площадке доступными соединениями.As a result of such joins, in factory conditions, modules from solar-absorbing and translucent heat-insulating boxes (4, 33) with built-in beam concentrators can be assembled into integral assembly units of 3-15 meters in length, convenient for transportation and subsequent assembly as a part of solar heat converters. The prepared factory conditions guarantee high quality and manufacturing performance of such elongated modules that are joined together at the construction site by accessible connections.
На Фиг.5 показан вариант гелиотеплопреобразователя, когда применены охлаждаемые свободные полости (или воздушные «мешки») 48 (их подключения показаны пунктиром), через которые проходит теплоутилизирующий воздухопоток из коробов 33, частично омывающий и встроенные лучеконцентраторы 105. Такие свободные полости 48, как указано выше, могут быть применены также для изолированного охлаждения в емкости 1 и текучего теплоносителя.Figure 5 shows a variant of the solar thermal converter when cooled free cavities (or air "bags") 48 are used (their connections are indicated by a dotted line) through which heat-utilizing airflow from
Рядом показано расположение эластичных воздухонаполненных полостей 113, накрывающих днище теплоаккумулирующий емкости, отводы от которых (не показаны) соединяют их с устройствами регулирования давления в них и тем самым - положения теплоаккумулирующей емкости 1 относительно поверхности водоема.The arrangement of elastic air-filled
Эластичные воздухонаполненные полости 113 могут устанавливаться и под днищем (10), под слоем его гидроизоляции 110, однако с необходимыми предохраняющими приспособлениями.Elastic air-filled
На Фиг.1 условно показан трубопровод 114 с коммутатором 115, по которому нагретый теплоаккумулирующий материал 2 (вода) из теплоаккумулирующей емкости может поступать к средствам 16 или к тепловому преобразователю 51 (в варианте с исключением трубного коллектора 49). Отвод трубопровода 114 показан на Фиг.1 в подводной зоне, на уровне днища теплоаккумулирующей емкости 1, тогда как на самом деле этот отвод делается на более высоком уровне с помощью вертикальных 116 и горизонтальных 117 трубопроводов, дополнительно упрочняющих периметр теплоаккумулирующей емкости.Figure 1 conventionally shows a pipe 114 with a switch 115, through which the heated heat-accumulating material 2 (water) from the heat-storage tank can flow to means 16 or to a heat converter 51 (in the embodiment with the exception of the pipe manifold 49). The branch pipe 114 is shown in figure 1 in the underwater zone, at the bottom of the heat storage tank 1, while in fact this branch is done at a higher level using vertical 116 and horizontal 117 pipelines, additionally strengthening the perimeter of the heat storage tank.
Работает гелиотеплоаккумулятор согласно предлагаемому изобретению в приведенном варианте следующим образом.The solar thermal accumulator according to the invention in the above embodiment works as follows.
Внутренняя полость теплоаккумулирующей емкости 1 заполнена водой, через которую (в данном варианте) свободно циркулирует воздух 3, являющийся в гелиотеплоаккумуляторе теплоносителем в канале утилизации теплопотерь, и вода 3 - как теплоноситель в нижнем коробе 4. Замкнутый канал циркулирования водного теплоносителя (циркуляционный теплонакопительный канал) включает в себя внутреннюю полость гелиопоглощающего короба 4, на поверхность которого (в приведенном примере - верхнее основание 5 и боковые стенки 6, отмеченные жирным шрифтом) поступают солнечные лучи 32, отверстия 8, через которые вода поступает во внутреннюю среду теплоаккумулирующей емкости 1 и проходит через нее от южной стенки до северной, и всасывающий трубопровод 7, соединенный в одно целое с гидронасосом (7), через которые вода откачивается из теплоаккумулирующей емкости и поступает во внутреннюю полость гелиопоглощающего короба 4. Таким образом, солнечные лучи 32 нагревают движущийся в последней водный поток 3 (показан стрелкой), который, проходя через отверстия 8, в свою очередь, нагревает воду 2 в теплоаккумулирующей емкости 1 и продвигается через нее, отдавая ей тепловую энергию, к трубопроводу 7 под воздействием гидронасоса с аналогичным номером, составляющим единое всасывающее устройство.The internal cavity of the heat storage tank 1 is filled with water through which (in this embodiment) air 3 freely circulates, which is the heat carrier in the solar thermal accumulator in the heat loss recovery channel, and water 3 is used as the heat carrier in the lower box 4. Closed channel for circulating the water heat carrier (circulation heat storage channel) includes the internal cavity of the helioplastic box 4, onto the surface of which (in the above example, the
Температура потока водного теплоносителя 3 на входе в теплоаккумулирующую емкость может достигать 100°С, что определяется задаваемой - регулируемой посредством гидронасоса 7 - его скоростью (в зависимости от высоты Солнца над горизонтом), а также последовательным соединением нескольких гелиопоглощающих коробов 4, как показано на Фиг.3. Последние соединены трубопроводами 60 с наружным магистральным трубопроводом 61, который входит во внутреннюю среду темлоаккумулирующей емкости трубопроводами 45 (Фиг.2), при замене ними сквозных отверстий 8 (Фиг.1). Температура теплоносителя 3 на входе в теплоаккумулирующую емкость 1 зависит также от качества теплоизоляции гелиопоглощающего короба 4 и конструкции гелиоконцентраторов. Если в качестве теплоносителя в гелиопоглощающем коробе 4 является воздух или минеральное масло, то его выходная температура может значительно превышать 100°С, достигая 150-200°С и больше (при этом соответственно меняется и теплоаккумулирующий материал или используются в последнем специальные каналы).The temperature of the flow of water coolant 3 at the inlet to the heat storage tank can reach 100 ° C, which is determined by its speed (depending on the height of the Sun above the horizon) set by the hydraulic pump 7 and also by the series connection of several heliopads 4, as shown in FIG. .3. The latter are connected by
Теплоизоляция гелиопоглощающего короба 4 обеспечивается, в первую очередь, светопроницаемой воздухонаполненной конструкцией 33 - вторым, верхним светопроницаемым теплоизолирующим коробом, верхнее основание 34 и боковые стенки 35 которого (Фиг.2) ограничивают по периметру воздушную среду 3 со значительной высотой. Как хороший теплоизолятор, воздух снижает теплопотери из гелиопоглощающего короба, однако в подобных конструкциях процессы конвекции являются все же существенным препятствием высокой теплоизоляции. Поэтому светопроницаемый теплоизолирующий короб 33 дополнительно включен в систему утилизации теплопотерь, что достигается организацией регулярного тепломассообмена между воздушной средой светопроницаемого теплоизолирующего короба 33 и водной средой теплоаккумулирующей емкости 1. Нагретый теплопотерями воздухопоток из первого поступает в нижнюю часть последней, где теплоаккумулирующий материал 2 (вода с примесью воздуха в данном варианте) является наиболее холодным, посредством чего воздух охлаждается, проходит сквозь водный массив вверх к северной стороне, в частности из-за наклона теплоизолирующего верхнего покрытия 23, и вновь поступает назад в верхний короб 33. В зависимости от высоты теплоаккумулирующей емкости 1, в конце летнего периода, теплоаккумулирующий материал в нижних ее слоях может приобрести также высокую температуру. Поэтому внутренняя полость верхнего короба 33 может быть подключена теплоизолированным трубопроводом к средствам 16 съема и преобразования тепловой энергии гелиотеплоэлектростанции, точнее - к средствам формирования ее центрального энергетического воздухопотока (на иллюстрациях это не показано). За счет этого тепловая энергия конвективным путем из гелиотеплопреобразователя практически не теряется в окружающую среду. Ограничение лучевых теплопотерь в значительной мере достигается применением специальных гелиоконцентраторов, встроенных в светопроницаемый теплоизолирующий короб 33.The thermal insulation of the heliopolymerizing duct 4 is provided, first of all, by a translucent air-filled structure 33 - a second, upper translucent heat-insulating duct, the
Воздушный слой 12 также является эффективным средством снижения теплопотерь через стенки и днище теплоаккумулирующей емкости 1, тем более, что он подключен, как показано на Фиг.1, к средствам 16 съема и преобразования тепловой энергии гелиотеплоэлектростанции посредством управляемого пневмоклапана 14 и воздухокомпрессора 15 при участии датчика температуры 13. В связи с таким полезным отбором нагретого воздуха в верхней части воздушного слоя 12, в придонные слои его (показано условно) подается воздух из окружающей среды посредством компрессора 18, обратного пневмоклапана 19 с применением датчика давления 17 и предохранительного воздушного клапана 20 (или теплообмен осуществляется посредством циркуляции). За счет применения описанных схем с компрессорами 15, 18, а также пневмоклапанов 26, обратных клапанов 27, датчиков давления 25 и подающих компрессоров 28, обратных клапанов 29, датчиков давления 30 и предохранителей 31 осуществляется не только воздушный тепломассообмен, но и тонкое управление величиной и соотношением давлений теплоаккумулирующего материала 2, с присадкой воздуха 3, во внутренней среде теплоаккумулирующей емкости 1 и воздушного слоя 12. Предохранитель 31 (предохранительный воздушный клапан) и воздушный предохранительный клапан 20 выполняются преимущественно по дифференциальной схеме. Учитывая важность поддержания заданных давлений, указанных аппаратов по периметру теплоаккумулирующей емкости 1 устанавливается параллельно по несколько комплектов.The air layer 12 is also an effective means of reducing heat loss through the walls and bottom of the heat storage tank 1, especially since it is connected, as shown in FIG. 1, to the means 16 for collecting and converting thermal energy of the solar thermal power plant by means of a controlled pneumatic valve 14 and an air compressor 15 with the participation of the sensor temperature 13. In connection with such a useful selection of heated air in the upper part of the air layer 12, air from the environment is supplied to the bottom layers of it (shown conditionally) by means of a compressor 18, an inverse pneumatic valve 19 using the pressure sensor 17 and an air relief valve 20 (or heat exchange is carried out through circulation). Due to the application of the circuits described above with compressors 15, 18, as well as pneumatic valves 26, non-return valves 27, pressure sensors 25 and feed compressors 28, non-return valves 29, pressure sensors 30 and fuses 31, not only air heat and mass transfer, but also fine control of the ratio of the pressures of the heat storage material 2, with air additive 3, in the internal environment of the heat storage tank 1 and the air layer 12. Fuse 31 (safety air valve) and air safety valve 20 olnyayutsya preferably a differential circuit. Given the importance of maintaining the given pressures, these devices along the perimeter of the heat storage tank 1 are installed in parallel for several sets.
Если в качестве теплоаккумулирующего материала или теплоносителя применено высокотемпературное жидкое вещество, что позволяет повысить энергоемкость гелиотеплопреобразователя, то подача теплоутилизирующего воздуха в теплоаккумулирующую емкость из коробов 33 связана с существенными ограничениями. Наиболее целесообразным решением в данном случае является создание в жидкой среде замкнутых воздушных полостей 48, в частности, из тонкого малоэластичного материала, воздушные подводы и отводы которого показаны пунктиром (Фиг.1). В этом случае воздухопоток 3 из светопроницаемого теплоизолирующего короба 33 охлаждается нижним слоем теплоаккумулирующего материала через материал, охватывающий воздушную полость 48, чем осуществляются тепломассообмен и утилизация тепловых потерь из гелиопоглощающего короба 4. Воздушные полости 48 в сплошной жидкой среде могут изготавливаться посредством высокотемпературных дешевых полимерных пленок, резиновых полостей и устанавливаться в расчетных количествах по всей длине теплоаккумулирующей емкости 1 и даже на разных глубинах с переключателями. Изоляция воздуха 3 (из короба 33) от жидкого теплоаккумулирующего материала 2 в теплоаккумулирующей емкости 1 является полезной мерой, хотя и повышающей стоимость гелиотеплопреобразователя. Эффективным дублирующим вариантом является обеспечение продвижения его вниз и вверх по трубам 116, 117, которые могут быть установлены вертикально и горизонтально в теплоаккумулирующей емкости 1 для частичного упрочнения ее периметра. Свободные полости 48 могут применяться и в случае использования в качестве текучего теплоносителя в коробе 4 и теплоаккумулирующего материала 2 в емкости 1 различных жидкостей (в том числе опресненной и соленой воды).If a high-temperature liquid substance is used as a heat-accumulating material or a heat carrier, which makes it possible to increase the energy intensity of the solar thermal converter, then the supply of heat-transferring air to the heat-storage tank from the
Цель создания мощных теплоаккумулирующих емкостей заключается в накоплении тепловой энергии для обеспечения технологических систем гелиотеплоэлектростанции. Для этого предусматривается соединение с ними теплосъемных средств. В частности, как показано на Фиг.1, в теплоаккумулирующей емкости 1 установлен теплопроводный трубный коллектор 49 (показан условно внизу), размещенный в верхних слоях теплоаккумулирующего материала, к которому на вход подключено вспомогательное жидкое рабочее тело, а выход его связан с температурным преобразователем 51 (температурным «трансформатором»). В качестве температурного «трансформатора» может быть применен известный, классический тепловой насос. Однако более дешевым и эффективным средством во многих случаях применения теплоаккумулирующих емкостей является вращающийся механический активатор жидкости, в частности воды, с которого снимается повышенная температура относительно его входа (особенно с применением процессов кавитации в нем). Такой тепловой преобразователь-«трансформатор» температуры термодинамически потребляет тепловую энергию из теплоаккумулирующей емкости при более низкой температуре и передает ее в технологические системы гелиотеплоэлектростанции при значительно увеличенной температуре с весьма высоким коэффициентом полезного действия. Тепловой отвод 52 теплового преобразователя, в том числе теплового насоса, по тепловому каналу 53 (представлен стрелкой) передает повышенную температуру к технологическим средствам 16, входящим в состав оборудования гелиотеплоэлектростанции. Однако, в случае применения жидкого теплоаккумулирующего материала и жидкого теплоносителя (вода в данном случае), более целесообразным является отбор горячей воды по трубному каналу 114 с коммутатором 115, которые входят в теплосъемный циркуляционный канал.The goal of creating powerful heat storage tanks is the accumulation of thermal energy to provide technological systems for solar thermal power plants. For this, it is planned to connect heat-removing means with them. In particular, as shown in FIG. 1, a heat-conducting pipe collector 49 (shown conditionally below) is installed in the heat storage tank 1, located in the upper layers of the heat-storage material, to which an auxiliary liquid working fluid is connected to the input, and its output is connected to the temperature converter 51 (temperature "transformer"). As a temperature “transformer”, a well-known, classic heat pump can be used. However, a cheaper and more effective means in many cases of using heat storage tanks is a rotating mechanical activator of a liquid, in particular water, from which the elevated temperature is removed relative to its inlet (especially using cavitation processes in it). Such a temperature thermal converter “transformer” thermodynamically consumes thermal energy from a heat storage tank at a lower temperature and transfers it to the technological systems of a solar thermal power station at a significantly increased temperature with a very high efficiency. The heat sink 52 of the heat converter, including the heat pump, transfers heat at a heat channel 53 (represented by an arrow) to the process means 16, which are part of the solar thermal equipment. However, in the case of using liquid heat-accumulating material and liquid heat carrier (water in this case), it is more expedient to take hot water through a pipe channel 114 with a switch 115, which are included in the heat-collecting circulation channel.
На Фиг.3 в теплоаккумулирующей емкости 54 размещен теплопроводный трубный коллектор 73, который посредством вспомогательного теплоносителя передает тепловую энергию в данном случае в теплопункт 76, в котором по известным инженерным решениям вырабатывается горячая вода для помыва и обогрева помещений. Горячая вода с выхода трубного коллектора 73 по теплоизолированному трубопроводу 75 с помощью фильтра 78 и гидронасоса 77 поступает в теплопункт 76, где отдает часть своей тепловой энергии и возвращается в охлажденном виде по трубопроводу 74 на вход трубного коллектора 73, где посредством теплоаккумулирующей емкости 1 снова нагревается до исходной температуры. Если температура во внутренней среде последней недостаточна по требуемым параметрам отпускаемой потребителям тепловой энергии, на выходе гидронасоса 77 или вместо него устанавливается аналогичный преобразователь тепловой энергии 51/52. Теплоаккумулирующая емкость 1 должна иметь такую теплоемкость и запас тепловой энергии, накопленный в солнечный период года, чтобы его было достаточно для теплоснабжения потребителей в малосолнечный период года согласно параметрам установленной мощности гелиотеплоэлектростанции.In Fig. 3, a heat-conducting
В теплоаккумулирующей емкости 54 дополнительно устанавливается также электротермический преобразователь (на иллюстрациях не показан), через который в нее направляется избыток электрической энергии, вырабатываемой гелиотеплоэлектростанцией за счет периодического усиления естественного ветра, если последний используется в ней вместе с солнечной радиацией.An electrothermal converter (not shown in the illustrations) is also installed in the
Теплоаккумулирующая емкость 54 может решать задачи только лишь теплоснабжения, и в таком случае она будет исполнять функции высокоэффективной гелиокотельной, потребность в которых при удалении от экватора значительно нарастает. Однако преимущественно теплоаккумулирующие емкости 1, 54, 55 (Фиг.1, 3) используются как для производства тепловой энергии, так и в качестве базовых средств полноценной электростанции - гелиотеплоэлектростанции с выработкой электрической энергии: и посредством использования пара, преимущественно пара легко испаряемой жидкости, и посредством применения одновременно ветровоздушных потоков (ветра и воздуха окружающей среды, дополнительно насыщаемых энергетически за счет тепловой энергии теплоаккумулирующей емкости и за счет утилизации различных теплопотерь, в том числе тепловыделений при конденсации пара после прохождения его через паротурбогенератор).The
В теплоаккумулирующей емкости 55 (Фиг.3) в данном примере в качестве теплоаккумулирующего материала и текучего теплоносителя применена вода. Здесь применен теплопроводный трубный коллектор 80, обеспечивающий работу паровой турбины 81 с легко испаряемой жидкостью, классическим примером которой являются фреоновые паровые турбины. Однако, так как температура во внутренней среде теплоаккумулирующей емкости 55 находится, как правило, в диапазоне 50-90°С, то вместо фреона для работы паротурбогенератора могут применяться и другие жидкости, с температурой кипения, в худшем случае, до 50°С. При использовании промежуточного теплового преобразователя - «трансформатора» в паровой турбине может использоваться даже обыкновенный водяной пар, так как посредством теплового «трансформатора» воду в промежуточной емкости можно нагревать для этих целей до температуры 150°С и больше за счет создания повышенного внутреннего давления в нем. Однако наиболее экономичным и в этом случае будет использование жидкости с пониженной точкой кипения в диапазоне температур 20-50°С.In the heat storage tank 55 (FIG. 3) in this example, water is used as the heat storage material and the flowing heat carrier. Here, a heat-conducting
В приведенном примере на вход трубного коллектора 80 по трубопроводу 82 поступает легко испаряемая жидкость от источника 83, в котором она преобразуется в пар с заданными термодинамическими параметрами, и он поступает по трубопроводу - паропроводу 84 на вход паровой турбины 81, сочлененной с электрогенератором (на иллюстрациях не показан). Отработанный пар из турбины 81 поступает в холодильный агрегат 85, где конденсируется и поступает в накопитель 83 легко испаряемой жидкости как ее непрерывный источник для работы турбины (насосный агрегат, фильтры и предохранительные устройства на иллюстрациях не показаны). Для обеспечения работы холодильного агрегата требуются средства охлаждения, в качестве чего чаще всего применяется холодная вода (показано стрелкой 86). Использование тепловой энергии, выделяющейся в холодильном агрегате 85 при конденсации пара - так называемых тепловых потерь, требует важных технических решений (с целью повышения эффективности использования тепловой энергии теплоаккумулирующей емкости). Аналог такого решения в стандартных теплоэлектростанциях с использованием градирен является далеким от эффективности. Необходимые технические варианты утилизации теплопотерь применительно к конденсаторам пара и гелиотеплопреобразователям разработаны по аналогии с вышеизложенной теплопередачей от светопроницаемых теплоизолирующих коробов 33 (Фиг.2).In the given example, the easily collectible liquid from the
На Фиг.3, 4 показаны варианты использования технологических проходов и проездов. В связи с простотой и надежностью предложенной конструкции гелиотеплопреобразователя его техническое обслуживание, и, в частности, коробов 4, 33, и в целом его технологий прямого назначения производится редко. Тем не менее гелиопоглощающие и светопроницаемые теплоизолирующие короба с их оборудованием все-таки нуждаются в периодическом доступе для надзора, помыва и текущего ремонта. Следовательно, для этой цели между последними должны быть размещены проходы, достаточные по ширине для проведения работ двумя специалистами. Оптимальной для проведения таких работ является ширина 0,5 метра или несколько больше. Ширина указанных коробов для удобства обслуживания их рабочим персоналом составляет 1 метр или несколько больше. Это означает, что на проходы в таком варианте будет отводиться без энергетической потери солнечной радиации не менее третьей части территории (без учета еще и технологических проездов). Поэтому в предложенном техническом решении предусмотрена установка специальных дешевых гелиоконцентраторов непосредственно над коробами 4, 33 (Фиг.4), которые позволяют энергетически использовать и те солнечные лучи, прямая траектория которых ориентирована мимо коробов 4, 33 - на технологические проходы, с совмещением за счет них при этом также других, экономически эффективных функций.Figure 3, 4 shows the use of technological passages and driveways. Due to the simplicity and reliability of the proposed design of the solar thermal converter, its maintenance, and, in particular,
Данные гелиоконцентраторы (Фиг.4) - концентраторы и проводники солнечных лучей (верхние лучеконцентраторы) имеют вытянутую в длину пустотелую пирамидообразную форму, боковые стенки 90 которых покрыты лучеотражающим (зеркальным) материалом 91 изнутри, в частности изготовлены из него, а их верхние светопроницаемые теплоизолирующие основания 94 пропускают внутрь солнечные лучи 32. За счет лучеотражений последние ориентируются в пространственную зону 89 верхних коробов 33, а далее - в пространственную зону 88 нижних гелиопоглощающих коробов 4. Их гелиопоглощающие поверхности 93 значительно меньше площадей верхних оснований 94 гелиоконцентраторов, чем определяется коэффициент гелиоконцентрации. Для высококачественного отражения солнечных лучей 32 на гелиопоглощающую поверхность 93 угол наклона боковых стенок 90 (91) должен быть близок к 80° относительно горизонтальной гелиопоглощающей поверхности. Это определяет, что при ширине гелиопоглощающих коробов 4 и ширине технологических проходов 62 (Фиг.3) одинаковой величины, по одному метру, высота расположения верхних оснований 94 гелиоконцентраторов относительно гелиопоглощающих поверхностей 93 должна составлять около 3 метров. При увеличении площади технологических проходов относительно площади гелиопоглощающих коробов, для расширения использования их в хозяйственно-экономических целях без существенных энергетических потерь солнечной радиации в гелиоконцентраторах, высота расположения оснований 94 должна быть соответственно увеличена. Нагреваемая воздушная среда за счет теплопотерь лучеотражения внутри гелиоконцентраторов также включена в системы утилизации теплопотерь, что на Фиг.4 не показано.These helioconcentrators (Figure 4) - concentrators and conductors of sunlight (upper beam concentrators) have an elongated hollow pyramid shape, the
Смежные боковые стороны оснований 94 совмещаются друг с другом по линиям 95, которые на Фиг.4 проектируются в точку, образуя вершину пирамидообразной поверхности, вытянутой в длину и накрывающей сверху технологические проходы.The adjacent lateral sides of the
Уже это означает, что рабочий персонал может вести обслуживание коробов 4, 33 во время атмосферных осадков, непогоды, что повышает эффективность обслуживания. Вместе с тем расширение площади технологических проходов без существенной потери величины используемой солнечной энергии ориентирует на применение этих редко используемых при техническом надзоре площадей и пространств в других совмещенных целях - для культивирования овощей, ягод и даже фруктов. С закрытием торцов созданных технологических пространств образуется нагреваемая объемная среда для тепличного культивирования растений, так как верхнее покрытие 23 теплоаккумулирующей емкости 1 (Фиг.1) при всем качестве теплоизоляции является теплогенерирующим основанием, обеспечивающим необходимые тепличные режимы. Для удобства технического обслуживания оборудования культивируемые растения рассаживаются в передвижных посадочных емкостях, поднятых на небольшую высоту над поверхностью прохода.This already means that the working staff can maintain
Описанное техническое решение является весьма перспективным, остро необходимым для ближайшего будущего в связи с интенсивным ростом численности населения, в том числе с учетом того, что данная конструкция гелиотеплопреобразователя предназначена для водного базирования, включая поверхностные и приповерхностные водные слои морей и океанов, а величина посадочных площадей может составлять 60-70% отведенных площадей под гелиотеплопреобразователь. Тем самым последний может быть отнесен к технологическим установкам надводных теплиц, обеспечивающих их теплом и дополнительно вырабатывающих товарную тепловую и электрическую энергию. Кроме того, гелиотеплопреобразователь водного базирования приспособлен для рыбоводства, в том числе для разведения и сохранения рыбы, культивирования других морепродуктов.The described technical solution is very promising, urgently needed for the near future due to the intensive population growth, including taking into account the fact that this design of the solar thermal converter is designed for water-based, including surface and surface water layers of the seas and oceans, and the size of the landing area can make up 60-70% of the allotted area for the solar thermal converter. Thus, the latter can be attributed to the technological installations of surface greenhouses, providing them with heat and additionally generating commercial thermal and electric energy. In addition, the water-based solar thermal converter is suitable for fish farming, including for breeding and preserving fish, cultivating other seafood.
Так как вытянутые в длину боковые стены, пирамидообразно накрывающие технологические проходы - пространства, затемняют их таким образом, что солнечный свет поступает, главным образом, через южные торцевые светопроницаемые поверхности, в устройстве согласно изобретению предусмотрено создание над технологическими проходами зеркальных - лучеотражающих помещений для теплично культивируемой растительности, состоящих в том числе из: боковых лучеотражающих покрытий 92 (или светопроницаемых боковых стенок 90 с внутренним лучеотражающим покрытием 91 для гелиоконцентрации); поверхностей - верхних покрытий 23 на проходах и посадочных емкостей (96) (Фиг.4) с покрытием их лучеотражающими материалами (92). Известно, что при организации многократного отражения солнечных лучей в среде выращивания растений, их внешнее облучение должно быть значительно снижено. Именно этот эффект используется здесь. Кроме того, как указывалось выше, поверхности и пространства над гелиопоглощающими коробами и технологическими проходами закрыты дополнительно сплошным светопроницаемым теплоизолирующим слоем оснований 94, и потому из внутренней воздушной полости системы указанных гелиоконцентраторов может извлекаться нагретая воздушная среда для использования энергии теплопотерь как конвективных, так и связанных с отражением лучей в технологическом оборудовании гелиотеплоэлектростанций. Теплопотери, связанные с инфракрасным излучением коробов 4, 33, также существенно ограничиваются - за счет применения вышеуказанных встроенных лучеконцентраторов.Since the elongated side walls, pyramid-like covering technological passages - spaces, obscure them in such a way that sunlight enters mainly through the southern end translucent surfaces, the device according to the invention provides for the creation of mirror-reflecting rooms above the technological passages for a greenhouse cultivated vegetation, including including: lateral reflective coatings 92 (or translucent
Технологические проезды 56, 57, 63 (Фиг.3) также используются как по энергетическому, так и по хозяйственно-экономическому назначению. В частности, над технологическими проездами на высоте около 3 метров размещаются аналогичные гелиопоглощающие короба 4 на опорных стойках, которые используются, в свою очередь, для установки вертикальных лучеотражающих панелей, отмеченных жирными линиями, и для закрепления конструкций (72) посадочных емкостей (показаны пунктиром, Фиг.3). Посадочные емкости 96 размещаются на поперечных относительно водных проездов конструкциях 72 преимущественно на высоте от 1,2 метра и выше так, чтобы под ними проходили специальные плавсредства с обслуживающим персоналом и технологическими приспособлениями.
В поперечном технологическом проезде 63 размещено в качестве примера строение 64 хозяйственно-экономического назначения, последних в различных проездах и/или по северному периметру гелиотеплопреобразователя может быть установлено несколько.In the transverse
В данных строениях (64) размещаются преимущественно экзотермические технологические процессы, выпуск ценной продукции которых связан со значительными выделениями тепловой энергии, которая направляется на утилизацию. Кроме того, на поверхности стен и кровель этих сооружений устанавливаются аналогичные гелиопоглощающие и светопроницаемые теплоизолирующие короба 4, 33 (Фиг.1, 4), включенные в описанные выше циркуляционные каналы, а также лучеотражающие панели, где это экономически целесообразно.In these buildings (64), mainly exothermic technological processes are located, the production of valuable products of which is associated with significant emissions of thermal energy, which is sent for recycling. In addition, on the surface of the walls and roofs of these structures are installed similar helium-absorbing and translucent heat-insulating boxes 4, 33 (Figs. 1, 4) included in the circulating channels described above, as well as reflective panels, where it is economically feasible.
Хозяйственно-экономические сооружения (64) для экзотермических технологий могут выполняться подвижными, перемещаемыми на воде и состоять из разъемных технологических модулей с целью удобства их оперативных передислокаций. Утилизация тепловых потерь их экзотермических технологий может быть совмещена с конструкциями циркуляционных каналов, коробов 4, 33 и/или теплоизолирующих подложек 44 с гелиопоглощающими покрытиями (Фиг.3, 4). Такие сооружения (64) могут использоваться также для размещения в них определенного оборудования гелиотеплопреобразователя, в частности насосов, компрессоров и др.Economic and economic structures (64) for exothermic technologies can be carried out movable, moveable on water and consist of detachable technological modules in order to facilitate their quick relocation. Utilization of heat losses of their exothermic technologies can be combined with the designs of circulation channels,
На Фиг.4 показана горизонтальная светопроницаемая поверхность, например, из полимерной или стеклянной пленки, которая образуется состыкованными между собой верхними основаниями 94 - входными окнами гелиоконцентраторов. На этом же уровне размещены гелиопоглощающие и светопроницаемые теплоизолирующие короба 4, 33, установленные над технологическими водными проездами, между которыми образованы продольные просветы, направленные соосно с технологическими проходами 62 на теплоаккумулирующих емкостях 54, 55 и плавсредствах 58, 59 - теплоизолирующих плавающих подложках. Если указанные просветы закрыть светопроницаемым материалом, как показано штриховкой над проездом 56 (Фиг.3), то образуется сплошное светопроницаемое покрытие над всем гелиотеплопреобразователем на одном уровне, преимущественно включая и сооружения 64. Тем самым гелиотеплопреобразователь преобразуется в сплошную теплицу на поверхности водоема, что и предусмотрено в настоящем техническом решении. Проблема возникает в том, что крупный град или снег, где они бывают, могут повредить такое светопроницаемое теплоизолирующее покрытие своим весом или ударами при падениях. Поэтому на Фиг.4 показано еще одно важное техническое решение - посредством размещения над последним высокопрочного материала или пленки, перематываемых полосами шириной 6-10 метров над гелиотеплопреобразователем по всей его длине. В частности, стеклопленка или стеклоткань 97 в качестве перематываемого материала растянута посредством тросов и параллельных нитей 103, 104 (показаны пунктиром) между перематывающими барабанами. Песок, снег, град, накапливающиеся на перематываемом материале 97, сбрасываются ним в ту или другую стороны, за пределы гелиотеплопреобразователя. Таким образом убирается и защищается от повреждений вся поверхность гелиотеплопреобразователя. Перематываемый материал может быть светопроницаемым или темным, но преимущественно - светопроницаемым. В несолнечное время перематываемый материал занимает соответствующее положение и дополнительно утепляет защищаемую поверхность, при этом в дневное несолнечное время он пропускает внутрь и соответствующее количество рассеянного дневного света, что является полезным. Благодаря всему изложенному работоспособность и надежность гелиотеплопреобразователя возрастает до необходимого и достаточного уровня. При этом оказывается автоматизированной уборка территории последних, что снижает эксплуатационные расходы.Figure 4 shows a horizontal translucent surface, for example, of a polymer or glass film, which is formed by the
На Фиг.5 дана принципиальная схема применения указанных нижних гелиоконцентраторов 105, встроенных в дополнительную теплоизолирующую среду гелиопоглощающих коробов 33, накрытых сверху и охваченных по периметру верхними гелиоконцентраторами со светопроницаемыми основаниями 94 - окнами (последнее на Фиг.5 не иллюстрируется, чтобы не усложнялось понимание главного). В этом случае солнечные лучи 32 проходят через основания 94 верхних гелиоконцентраторов, основания 34 светопроницаемых теплоизолирующих коробов 33 и через встроенные пирамидообразные теплоизолирующие лучеконцентраторы 105 попадают на гелиопоглощающую поверхность 93 теплоизолирующей подложки 44, которая является в данном варианте гелиопоглощающим основанием гелиопоглощающего короба 4. Подложка 44 размещена на теплоизолирующем верхнем покрытии 23 теплоаккумулирующей емкости 1, содержащей нагретую воду 2 как теплоаккумулирующий материал и примесь водно-воздушной смеси 3, состоящей из водного теплоносителя 3 короба 4 и вспомогательного воздушного теплоносителя (также с номером 3) короба 33 (Фиг.5, 1, 2). Солнечные лучи 32 проходят через встроенный лучеконцентратор 105 прямо или с помощью лучеотражающих поверхностей 109 его стенок 108.Figure 5 shows a schematic diagram of the use of these
Угол при вершине 111 встроенного лучеконцентратора не превышает 20° (его оптимальная величина 10-15°), что позволяет всем лучам, поступающим на верхнее основание 106, проходить (без обратных отражений) на гелиопоглощающую поверхность 93. Эти лучи в концентрированных пучках нагревают (посредством гелиопоглощающей поверхности 93) жидкий теплоноситель 3 (в данном случае воду) в гелиопоглощающем коробе 4. Полученная таким образом тепловая энергия поступает внутрь теплоаккумулирующей емкости 1 и там накапливается на длительный период.The angle at the apex 111 of the integrated beam concentrator does not exceed 20 ° (its optimum value is 10-15 °), which allows all the rays entering the
Теплопотери из гелиопоглощающего короба 4 встречают значительное дополнительное сопротивление за счет уменьшения площади светопроницаемых теплоизолирующих оснований 107, ограниченных соединенными между собой смежными наклонными стенками 108. Площадь основания 107 каждого встроенного лучеконцентратора 105 в 3-4 раза меньше площади его верхнего основания 106, за счет чего соответственно и снижаются теплопотери, а температура в гелиопоглощающих коробах 4 увеличивается до заданной величины. Так как стоимость в практической реализации встроенных лучеконцентраторов в условиях их заводского серийного производства является весьма низкой, их экономическая эффективность исключительно высока.Heat losses from the solar absorber box 4 meet significant additional resistance due to a decrease in the area of light-permeable heat-insulating
Теплопотери, которые проходят через воздушные полости встроенных лучеконцентраторов 105, в свою очередь, поступают в воздушную среду светопроницаемого теплоизолирующего короба 33, которая периодически или непрерывно (с регулированием скорости) поступает для их утилизации, в частности, в теплоаккумулирующую емкость 1. В последней воздухопоток из короба 33 может поступать непосредственно в жидкий теплоноситель 2, подниматься через последний вверх и отводиться воздухопроводом 39 назад в короб 33 (Фиг.1). Однако на Фиг.1, 5 показана воздухопроходная емкость (воздушный «мешок») 48, по которой теплоутилизирующий воздухопоток может проходить по циркуляционному каналу без прохождения через воду и без создания двухфазной среды в теплоносителе 3 и теплоаккумулирующем материале 2.Heat losses that pass through the air cavities of the built-in
Кроме того, так как в теплоаккумулирующей емкости 1 установлены вертикальные и горизонтальные трубы (116, 117) для частичной фиксации ее периметра, последние могут использоваться и для прохождения через них теплоутилизирующего воздухопотока. В дополнение к этому, теплоутилизирующий воздухопоток может прокачиваться и через воздушную эластичную полость 113, главным назначением которой является тонкое автоматическое регулирование положения теплоаккумулирующей емкости 1 относительно поверхности водоема.In addition, since vertical and horizontal pipes (116, 117) are installed in the heat storage tank 1 to partially fix its perimeter, the latter can also be used to pass heat-utilizing air flow through them. In addition, the heat-utilizing airflow can also be pumped through the
Предложенные технические решения согласно предлагаемому изобретению позволяют обеспечить низкую удельную стоимость (с большой перспективой дальнейшего ее снижения): теплоаккумулирующей емкости (применение дешевых и жестких пенистых материалов, удобных при строительстве, с количеством примесей воздушных пузырьков в них до 80-90% их объема, при одновременном фиксировании ее верхнего покрытия посредством собственно теплоаккумулирующего материала); гелиопоглощающих и светопроницаемых теплоизолирующих коробов с объединением их в единую технологичную, неразъемную модульную конструкцию именно заводского изготовления (при эффективной разъемной стыковке их сборочных единиц посредством простейших соединений, изготовленных в условиях заводского производства, с применением дешевых материалов, особенно с последующим переходом к применению тонких, дешевых и особо прочных стеклянных пленок); конструкций компоновок циркуляционных каналов с короткими трубными связями; технологических проходов и проездов с одновременным производством ценных продуктов и совмещением этого производства с основными энергетическими процессами и гелиоконцентрацией; весьма эффективных компоновок теплоаккумулирующих емкостей и установок гелиопоглощающих коробов на простейших водных плавсредствах - теплоизолирующих подложках; соединений теплоаккумулирующих емкостей со средствами съема и передачи тепловой энергии в эффективных конструкциях, в том числе с применением жидких теплоносителей и в теплосъемных циркуляционных каналах. Такие технические решения позволяют создать программы по снижению удельной себестоимости гелиотеплопреобразователей и гелиотеплоэлектростанций до величин, недоступных при использовании других известных технических решений.The proposed technical solutions according to the invention allow to provide a low unit cost (with a great prospect of further reducing it): heat storage capacity (the use of cheap and rigid foam materials suitable for construction, with the amount of air bubble impurities in them up to 80-90% of their volume, with at the same time fixing its upper coating by means of the heat storage material itself); solar-absorbing and translucent heat-insulating boxes with combining them into a single technological, one-piece modular design of factory-made ones (with effective detachable joining of their assembly units by means of the simplest joints made in the factory, using cheap materials, especially with the subsequent transition to thin, cheap and especially strong glass films); designs of circulating channel arrangements with short pipe connections; technological passages and driveways with the simultaneous production of valuable products and combining this production with the main energy processes and helioconcentration; very effective layouts of heat storage tanks and installations of helioplastic boxes on the simplest water craft - heat insulating substrates; connections of heat storage tanks with means of removal and transfer of thermal energy in efficient designs, including the use of liquid coolants and heat removal circulating channels. Such technical solutions make it possible to create programs to reduce the unit cost of solar thermal converters and solar thermal power plants to values not available when using other known technical solutions.
Данное техническое решение является весьма эффективным уже при реализации лишь первого пункта формулы изобретения, однако использование ее последующих пунктов наращивает его технико-экономическую эффективность.This technical solution is very effective even with the implementation of only the first paragraph of the claims, however, the use of its subsequent paragraphs increases its technical and economic efficiency.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007119456/06A RU2344354C1 (en) | 2007-05-25 | 2007-05-25 | Water-based helium heat reclaim unit for helium thermal power stations |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007119456/06A RU2344354C1 (en) | 2007-05-25 | 2007-05-25 | Water-based helium heat reclaim unit for helium thermal power stations |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2344354C1 true RU2344354C1 (en) | 2009-01-20 |
Family
ID=40376080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007119456/06A RU2344354C1 (en) | 2007-05-25 | 2007-05-25 | Water-based helium heat reclaim unit for helium thermal power stations |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2344354C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2574111C2 (en) * | 2013-08-20 | 2016-02-10 | Алексей Александрович Кузнецов | Solar power structure with water exchange function |
| WO2016043631A1 (en) * | 2014-09-18 | 2016-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Горностай" | Solar collector |
| RU2650916C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-04-18 | Николай Васильевич Ясаков | Marine energy complex |
-
2007
- 2007-05-25 RU RU2007119456/06A patent/RU2344354C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2574111C2 (en) * | 2013-08-20 | 2016-02-10 | Алексей Александрович Кузнецов | Solar power structure with water exchange function |
| WO2016043631A1 (en) * | 2014-09-18 | 2016-03-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Горностай" | Solar collector |
| RU2650916C1 (en) * | 2017-01-10 | 2018-04-18 | Николай Васильевич Ясаков | Marine energy complex |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4235221A (en) | Solar energy system and apparatus | |
| US9404677B2 (en) | Inflatable linear heliostatic concentrating solar module | |
| US4172766A (en) | Solar energy collectors and plants operated by them | |
| Mekhilef et al. | The application of solar technologies for sustainable development of agricultural sector | |
| US4350143A (en) | Solar power station having groups of solar collectors | |
| Erell | Roof cooling techniques: a design handbook | |
| US4249516A (en) | Solar energy collection | |
| US4159629A (en) | Apparatus for the collection and conversion of solar energy | |
| US8931276B2 (en) | Hybrid renewable energy system having underground heat storage apparatus | |
| JP2018509892A (en) | Environmentally friendly indoor cultivation | |
| CN104412047A (en) | Insulating glass style solar heat collector and building using solar energy for heating and cooling employing same | |
| US7954322B2 (en) | Floating solar energy conversion and storage apparatus | |
| US20100307566A1 (en) | Photovoltaic Solar Island | |
| RU2344354C1 (en) | Water-based helium heat reclaim unit for helium thermal power stations | |
| WO2014144996A1 (en) | Radiant energy collectors and methods therefor | |
| MXPA00010123A (en) | Greenhouse. | |
| RU2344353C1 (en) | Helium heat regenerator with fluid heat-carrier for helium heat power stations | |
| RU2250422C2 (en) | Solar power plant for hot water supply and sun collector of such plant | |
| Chaibi et al. | Solar thermal processes: A review of solar thermal energy technologies for water desalination | |
| RU2760162C1 (en) | Autonomous greenhouse with night heating and daytime ventilation using solar energy | |
| RU2267061C2 (en) | Method of thermal conversion of solar power | |
| RU2271502C2 (en) | Solar power plant for thermal treatment of products | |
| RU2007127061A (en) | HELIOAEROBARIC HEAT POWER PLANT | |
| NL2020743B1 (en) | Process to generate and store energy | |
| CN219586889U (en) | Dome type double-layer transparent low-energy consumption climate-control house suitable for cold areas |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090526 |