Двоконтурна комбінована геліосистема

Реферат: Двоконтурна комбінована геліосистема містить контури охолодження для геліоколекторів з концентраторами і для комбінованих фотоелектричних модулів з розміщеними на них циркуляційними насосами, швидкісний теплообмінник, опріснювач, акумулятор електричної енергії з'єднаний з керованим інвертором, термодатчики, сигнали від яких надходять до диференційних регуляторів. Додатково оснащена нагрівачами, які встановлені в ферментаційній камері біогазової установки та електричними клапанами для зміни режимів роботи. UA 98994 U (54) ДВОКОНТУРНА КОМБІНОВАНА ГЕЛІОСИСТЕМА UA 98994 U UA 98994 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до фотоенергетики та геліотехніки. Як найближчий аналог прийнято двоконтурну геліосистему [Патент UA № 87910 U (С1), F24J2/42, опубл. 25.02.2014 від], що містить контури охолодження для геліоколекторів з концентраторами і для комбінованих фотоелектричних модулів з розміщеними на них циркуляційними насосами, швидкісний теплообмінник, опріснювач, акумулятор електричної енергії, з'єднаний з керованим інвертором, термодатчики, сигнали від яких надходять до диференційних регуляторів. Недоліком такої двоконтурної геліосистеми є те, що рівень теплової енергії перетвореної з сонячної геліоколекторами з концентраторами і комбінованими фотоелектричними модулями недостатньо повністю використаний. Крім того, геліосистема має низьку експлуатаційну ефективність і тому задачею є розширення діапазону її дії. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення двоконтурної геліосистеми шляхом додаткового підключення до неї нагрівачів, які встановлені в ферментаційній камері біогазової установки, що забезпечить перетворення сонячної енергії не тільки в електричну і теплову, а і в хімічну енергію біогазу шляхом подальшого використання температури теплоносія в контурі. Поставлена задача вирішується тим, що двоконтурна комбінована геліосистема, що містить контури охолодження для геліоколекторів з концентраторами і для комбінованих фотоелектричних модулів з розміщеними на них циркуляційними насосами, швидкісний теплообмінник, опріснювач, акумулятор електричної енергії, з'єднаний з керованим інвертором, термодатчики, сигнали від яких надходять до диференційних регуляторів, згідно з корисною моделлю, додатково оснащена нагрівачами, які встановлені в ферментаційній камері біогазової установки, електричними клапанами для зміни режимів роботи. Оснащення двоконтурної комбінованої геліосистеми нагрівачами, встановленими в ферментаційній камері біогазової установки, які під'єднанні до опріснювача трубопроводами через електрично керовані клапани дозволить використовувати низькопотенційну теплову енергію, з метою одержання крім теплової і електричної хімічну енергію біопалива, надаючи можливість більш широкого використання енергії Сонця і додасть також додатковий фактор автономності системі. Внесення до двоконтурної геліосистеми сонячної енергії нагрівачів до ферментаційної камери біогазової установки з електрично керованими клапанами дасть можливість отримувати певні об'єми біогазу, а в подальшому і моторного палива без втрат його на підтримання потрібних температурних режимів в ферментаційній камері протягом весіннього, осіннього і літнього сезонів шляхом перетворення теплової енергії в хімічну. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де представлена схема комбінованої геліосистеми, яка складається з низькотемпературного і високотемпературного контурів. Перший містить комбіновані фотоелектричні модулі 1, відвід тепла в яких відбувається через вихідний патрубок 8 за допомогою циркуляційного насоса Р1, нагрівач 2, який входить до складу опріснювача 6 і розташований в його нижньому секторі, нагрівач 16, який входить до складу ферментаційної камери біогазової установки 19 і розташований в нижньому її секторі, електричні клапани V4 з V8 і V3 з V7, за допомогою яких відповідно відбувається послідовне або локальне живлення нагрівачів 16 і 2, вихідний контур швидкісного теплообмінника 7, які створюють перший низькотемпературний контур, заповнений антифризом. Геліоколектори 3 з концентраторами 4, з циркуляційним насосом Р2, відбираючим тепло від геліоколекторів, нагрівачем 5, розташованим в опріснювачі 6 у верхньому секторі, нагрівачем 17, розташованим в ферментаційній камері біоустановки 19 у верхньому секторі, електричними клапанами V1 з V5 і V2 з V6, за допомогою яких відповідно відбувається послідовне або локальне живлення нагрівачів 5 і 17, які загалом створюють другий високотемпературний контур, заповнений антифризом. Загалом нагрівачі 16 і 17, розміщені у ферментаційній камері біоустановки, призначені відповідно для забезпечення температурних умов роботи в мезофільному і термофільному режимах. Таким чином, першим в черзі використання теплової енергії, одержаної від обох контурів є нагрівачі опріснювача 6, а другим в черзі по споживанню теплової енергії є нагрівачі ферментаційної камери біогазової установки 19. Датчики температури, розташовані на вхідних і вихідних патрубках комбінованих фотоелектричних модулів - Т1 і Т2 і геліоколекторів з концентраторами - Т3 і Т4, а також опріснювача - Т5 і ферментаційної камери біогазової установки - Т6, датчики рівня рідини У2 і У1, розташовані всередині опріснювача 6, які сигналізують про досягнення рідиною максимального і мінімального об'єму солоної води в ньому, рівень рідини У1 - має постійне значення, і розташований над нагрівачем 5 другого 1 UA 98994 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 контура, рівень рідини У2 - відповідно знаходиться над рівнем рідини У1. Швидкісний теплообмінник 7, розташований між вихідним патрубком батареї комбінованих фотоелектричних модулів 1 і напірним трубопроводом холодної води 9. Диференційні терморегулятори А1, А2, A3, багатоканальний А6, регулятор освітленості А4 і регулятор рівня рідини А5, які, в свою чергу, складаються з диференційних підсилювачів, фільтруючих ємностей, регулювальних опорів, проміжних реле та інших комутаційних елементів, що відповідно подають проміжні сигнали на вмикання або розмикання живлення циркуляційних насосів Р1 і Р2 в обох контурах, вмикання глибинного насоса Р3 подачі морської води з глибини моря до вхідного патрубка 18, який входить до складу опріснювача 6 у міру випаровування її в опріснювачі, що охолоджує за допомогою теплообмінника 7 теплоносій першого низькотемпературного контура, відкривання або закривання електричних клапанів V1V8. Багатоканальний диференційний регулятор А6 виконує роль комбінованого контролера для ферментаційної камери біогазової установки 19 і опріснювача 6, призначеного для контролювання температурних режимів роботи в умовах нестабільності рівня щільності природного сонячного випромінювання в цих елементів схеми. Акумулятор електричної енергії 10, який накопичує енергію від комбінованих фотоелектричних модулів 1 і нівелює коливання напруги викликані нестабільністю надходження сонячного випромінення, інвертор 11 для фотоелектричних систем з власною системою керування, який здійснює живлення насосів P1, P2 і Р3 змінним струмом, а також живлення локальної або централізованої мережі змінного електричного струму 12, датчик сонячного випромінювання 13, встановлений на каркасі батареї комбінованих фотоелектричних модулів 1, логічні елементи "І" 14 і 15, які сприймають і обробляють сигнали від диференційних регуляторів А2 і A3 і відповідно А4 і А5. Робота двоконтурної комбінованої геліоустановки здійснюється наступним чином. В умовах літньої пори року, під час сходу сонця на комбінованих фотоелектричних модулях 1, кути установки яких встановлюються залежно від географічної широти місцевості та особливостей клімату обумовленого району, починає генеруватись електрична енергія невеликого рівня, яка накопичується на клемах акумулятора 10 і через інвертор 11 надходить для живлення циркуляційних насосів Р1 і Р2 в обох контурах та глибинного насоса Р3, а надлишковий рівень спрямовується в локальну або централізовану мережу 12. Різниця між температурами Т2 і Т1 комбінованої фотоелектричної батареї в першому контурі, а також відповідно Т4 і Т3 геліоколектора 3 з концентратором 4 у складі другого контура в умовах сходу сонця мають приблизно однаковий рівень і циркуляція теплоносія в обох контурах не відбувається. В умовах подальшого денного зростання потоку сонячної радіації відбувається одержання електричної енергії вищого рівня від комбінованих фотоелектричних модулів 1 у вигляді суттєвого зростання струму. Електрична енергія, накопичуючись в акумуляторі 12, який нівелює коливання постійного струму в умовах нестабільності сонячного випромінювання і перетворюючись в змінний струм в інверторі 11, спрямовується для живлення циркуляційних насосів P1, P2 і Р3, а більшою частиною надходить в локальну або централізовану мережу 12. В умовах зростання рівня сонячної радіації починають грітись сонячні елементи в модулях і напруга в сонячних елементах починає поступово знижуватись, що призводить до зниження загального ККД фотоелектричних модулів 1. Починають зростати температури Т2 відносно Т1, а також Т4 відносно Т3. Коли Т2 відносно Т1 і Т4 відносно Т3 досягнуть певного рівня, а Т4 крім того перевищить Т5 за умов наявності сонячного випромінювання, спрацьовують відповідно диференційні терморегулятори А1 і А2 з A3. Диференційний регулятор А1 вмикає насос Р1, який здійснює передачу надлишкового рівня теплової енергії від фотоелектричних модулів 1 через вихідний патрубок 8 спочатку до нагрівача 2, який входить до складу опріснювача 6, а далі до нагрівача 16, який входить до складу ферментаційної камери біогазової установки 19. Багатоканальний регулятор А6, залежно від рівня температури і вибраного режиму роботи в біоустановці, вибирає за допомогою електричних клапанів V3, V4, V7 і V8 або послідовне або локальне включення нагрівачів 2 (в опріснювачі 6) і 16 (в ферментаційній камері біоустановки 19), який повинен забезпечувати мезофільний режим роботи. Клапани V3 з V7 і V4 з V8 працюють в протифазі. Аналогічно відбувається живлення нагрівачів 5 і 17, які відповідно входять до складу опріснювача 6 і біоустановки 19, забезпечуючи нагрів до максимальної температури і створення температурних умов для термофільного режиму. Клапани V1 з V5 і V2 з V6 працюють в протифазі і, аналогічно першому контуру, живлять нагрівачі 5 і 17 послідовно або локально. Диференційні терморегулятори А2 з A3, за допомогою логічного елемента 14 вмикають контурний насос Р2, які здійснюють циркуляцію теплоносіїв в контурах і передачу теплової енергії від колекторів з концентраторами до нагрівальних приладів 5 і 17. 2 UA 98994 U 5 10 15 20 25 30 За умови зменшення рівня морської води в опріснювачі 6 до рівня У1 по причинах витоку опрісненої через патрубки 20 в процесі роботи, спрацьовує А5 і за наявності сонячного випромінювання в певних межах, що надходить від датчика 13, спрацьовує диференційний регулятор А4, які за допомогою логічного елемента 15 вмикають глибинний насос Р3. Насос Р3, піднімаючи відносно холодну морську воду з дна моря, охолоджує в швидкісному теплообміннику 7 теплоносій першого контура, який надходить до сонячних елементів, викликаючи зростання не тільки напруги, а і ККД всієї батареї комбінованих фотоелектричних модулів 1. Підігріта в теплообміннику 7 морська вода надходить до опріснювача 6 і через вхідний патрубок 18 заповнює його до рівня води У2. Заповнений морською водою опріснювач під дією нагрівачів 2 і 5 від обох контурів, починає інтенсивно генерувати пару, який, конденсуючись по стінках опріснювача, виводиться зовні у вигляді опрісненої води через патрубки 20. У міру випаровування солоної води в опріснювачі 6 процес повторюється. Закачка морської води в опріснювач 6 відбувається за умов падіння рівня її до У1 і наявності сонячного освітлення, про яке сигналізує датчик 13 на регулятор А4. Швидкість випаровування морської солоної води в опріснювачі більшою частиною обумовлене об'ємом рідини в межах У1-У2, температурою теплоносія в другому контурі з концентраторними геліоколекторними модулями 3 і 4 та швидкістю прокачування її по колу. З метою зниження температури випаровування морської води може бути передбачена наявність вакуумного насоса в складі опріснювача. В нічному режимі циркуляційні насоси не працюють, бо визначеної різниці між Т4 і Т3, а також між Т2 і Т1 і в умовах відсутності сонячного випромінювання немає, датчик 13 сонячного випромінюння не спрацьовує, і логічний елемент 15 не видає сигнал управління на насос Р3. Таким чином через швидкісний теплообмінник 7 в опріснювач 6 морську воду насос Р3 не закачує в нічний час. В осінньо-весняних умовах процеси генерування електричної енергії, утилізації теплової та опріснення в системі аналогічні тим, що відбуваються влітку, хоча в цей час суттєво знижуються потужності вищевказаних електричної і теплової енергії. В зимових умовах України генерування електричної енергії комбінованими фотоелектричними модулями складає 1/10-1/20 енергії одержаної влітку. Об'єм одержаної теплової енергії настільки незначний, що опріснювач 6 доцільно замінити на акумулятор теплової енергії з резервним нагрівачем, живлення якого відбувається від централізованої електричної мережі. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 Двоконтурна комбінована геліосистема, що містить контури охолодження для геліоколекторів з концентраторами і для комбінованих фотоелектричних модулів з розміщеними на них циркуляційними насосами, швидкісний теплообмінник, опріснювач, акумулятор електричної енергії, з'єднаний з керованим інвертором, термодатчики, сигнали від яких надходять до диференційних регуляторів, яка відрізняється тим, що додатково оснащена нагрівачами, які встановлені в ферментаційній камері біогазової установки та електричними клапанами для зміни режимів роботи. 3 UA 98994 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 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 4