Ґрунтовий термоелектричний генератор на основі “сонячного ставка”

Реферат: Ґрунтовий термоелектричний генератор складається з корпусу, термоелектричної батареї, джерела тепла, теплоприймального і теплорозсіюючого елементів, електронного блока управління для акумулювання і стабілізації виробленої генератором енергії, теплопроводів, теплової ізоляції. Додатково містить тепловий колектор-акумулятор тепла, розташований в придонній конвективній зоні "сонячного ставка", що має тепловий контакт із теплоприймальним елементом генератора. UA 96491 U (54) ҐРУНТОВИЙ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНИЙ ГЕНЕРАТОР НА ОСНОВІ "СОНЯЧНОГО СТАВКА" UA 96491 U UA 96491 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до термоелектричного приладобудування, а більш конкретно - до термоелектричних відновлювальних джерел живлення, створення яких у даний час для України є особливо актуальним. Такі екологічно чисті, відновлювальні джерела живлення можуть використовуватись у різних галузях народного господарства, в наукових дослідженнях і т.і. В Інституті термоелектрики Національної академії наук України та Міністерства освіти і науки України протягом багатьох років проводяться комплексні дослідження зі створення відновлювальних термоелектричних джерел живлення, які здійснюють пряме перетворення теплової енергії ґрунту в електричну енергію. Результатом таких теоретичних досліджень є створення теорії термоелектричного перетворення тепла ґрунту [1], на основі якої розроблено ряд ґрунтових термоелектричних джерел живлення. У [2] наведено опис, принцип дії, параметри і характеристики таких ґрунтових джерел живлення. Один із варіантів ґрунтового термоелектричного генератора, вибраного як прототип, описаний в [3]. Автономне відновлювальне термоелектричне джерело живлення містить корпус, термобатарею, теплоприймальний і теплорозсіюючий елементи, теплоізоляцію, теплопроводи, електронний блок управління для акумулювання і стабілізації вихідних параметрів виробленої генератором енергії. Для своєї роботи таке джерело живлення використовує різницю температур, яка виникає внаслідок проходження за профілем ґрунту теплового потоку, сформованого сонячною радіацією, що попадає на поверхню ґрунту, або зворотнім (у нічний час) тепловим потоком з ґрунту до його поверхні. Таке джерело живлення є повністю автономним, ресурс його роботи складає 25÷30 років. Воно є максимально наближеним до споживача і, практично, незамінним для вирішення різних, часто унікальних, задач, коли необхідно забезпечити електроенергією різні пристрої з малою потужністю споживання, що розташовані у віддалених і важкодоступних місцях. Однак, градієнти температури в ґрунтах для більшості кліматичних зон обмежується величинами, рівними в середньому 5-20 °C. Внаслідок цього коефіцієнт корисної дії ґрунтового термогенератора є досить низьким (-0,1 %), так само як і його вихідна потужність, величина якої 2 складає біля 1÷5 Вт/м поверхні ґрунту. Тому в основу корисної моделі поставлена задача покращення характеристик ґрунтового генератора. Поставлена задача вирішується наступним чином. Відомо, що на Землі існує велика кількість геотермальних зон, тобто місць з підвищеною температурою, у яких ефективність роботи ґрунтового термоелектричного генератора буде значно кращою. Одним із таких місць може бути так званий "сонячний ставок". Він являє собою неглибоку (~2÷3 м) водойму, у якій існує природній або штучно створений градієнт солоності. За рахунок цього температура води у придонній частині "сонячного ставка" наближається до 100 °C, що значно перевищує різницю температури, яка існує в ґрунті. Тому запропонована корисна модель передбачає розташування ґрунтового термоелектричного генератора 1 (див. креслення) під донною частиною "сонячного ставка" 2 і наявність у його конструкції теплового колектора-акумулятора тепла 3, що має тепловий контакт із теплоприймальним елементом генератора 4. При цьому тепловий колектор-акумулятор тепла розташовується в придонній конвективній зоні сонячного ставка, а тепло від нього до теплоприймального елемента генератора передається тепловими трубами 5. Тепло, що пройшло через термобатарею ґрунтового термогенератора (ГТЕГ), розсіюється в оточуючий ґрунт теплорозсіюючим елементом 6. Працює запропонований ґрунтовий термогенератор, використовуючи значно вищий перепад температури від перепаду, що існує в, так званому, активному шарі ґрунту. Адже в придонній області "сонячного ставка" температура може досягти 90-100 °C. Тепловий колекторакумулятор тепла забирає тепло від гарячої води і за допомогою теплопроводів, різновидом яких є теплові труби, підводить його до теплоприймальної площадки термогенератора. Це забезпечує робочий перепад температури на термобатареї на рівні 80÷90 °C, адже температура ґрунту на глибині, що перевищує глибину проникнення температурної хвилі від сонячної радіації, в середньому складає 8÷10 °C. Запропоноване в корисній моделі джерело живлення є значно ефективнішим за відомі аналоги серед ґрунтових термогенераторів, адже воно може використовувати в п'ять разів більший перепад температури, що автоматично призводить до аналогічного зростання його коефіцієнта корисної дії. Збільшення ефективності досягається за рахунок розташування ґрунтового генератора під "сонячним ставком". При цьому в конструкцію ґрунтового генератора входить тепловий колектор-акумулятор тепла, який забирає і акумулює теплову енергію від гарячої води в сонячному ставку, і теплові труби, через які тепло від теплового колектора-акумулятора тепла підводиться до гарячих спаїв термобатареї. 1 UA 96491 U 5 10 15 20 У корисній моделі, що заявляється, запропоновано нове вирішення питання про суттєве збільшення ефективності роботи ґрунтового термоелектричного джерела живлення, яке є одним із видів відновлювальних джерел живлення, суть якого полягає в тому, що в конструкцію ґрунтового термоелектричного генератора на основі "сонячного ставка" входить тепловий колектор-акумулятор тепла, розташований в придонній конвективній зоні "сонячного ставка", що має тепловий контакт через теплові труби із теплоприймальним елементом ґрунтового генератора. Промислове використання запропонованої корисної моделі не вимагає спеціальних технологій і матеріалів. Її реалізація можлива на існуючих підприємствах електронної і приладобудівної промисловості, зокрема - в термоелектричному приладобудуванні. Запропоноване джерело живлення можна ефективно використовувати одночасно з іншими, традиційними способами використання теплової енергії "сонячного ставка". Джерела інформації:. 1. Микитюк П.Д. Прилади термоелектричного перетворення теплової енергії ґрунту. Дисертація кандидата фізико-математичних наук: 01.04.01.4.2004. 2. Анатичук Л.І., Микитюк П.Д. Генератори, що використовують теплові потоки у ґрунтах // Термоелектрика. - № 3. - 2003. - С. 86-95. 3. Пат. № 60922А Україна, МПК H01L35/02 Автономне відновлювальне джерело живлення. Анатичук Л.І., Микитюк П.Д.; Інститут термоелектрики. - Заявл. 09.06.2003; опубл. 17.11.2003, бюл. № 11, с. 4.183-4.184. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 1. Ґрунтовий термоелектричний генератор, що складається з корпусу, термоелектричної батареї, джерела тепла, теплоприймального і теплорозсіюючого елементів, електронного блока управління для акумулювання і стабілізації виробленої генератором енергії, теплопроводів, теплової ізоляції, який відрізняється тим, що містить тепловий колектор-акумулятор тепла, розташований в придонній конвективній зоні "сонячного ставка", що має тепловий контакт із теплоприймальним елементом генератора. 2. Ґрунтовий термоелектричний генератор за п. 1, який відрізняється тим, що тепло від теплового колектора-акумулятора тепла до теплоприймального елемента генератора подається тепловими трубами. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2