RU2227959C1

RU2227959C1 - Power supply installation for rural consumers using natural heat and cold sources

Info

Publication number: RU2227959C1
Application number: RU2002126944/09A
Authority: RU
Inventors: Д.С. Стребков; М.Н. Ерохин; хин Ф.Г. Марь; Ф.Г. Марьяхин; А.И. Учеваткин; Б.П. Коршунов; Е.И. Назин; Л.С. Орсик; Б.Т. Маринюк
Original assignee: Государственное научное учреждение Всероссийский НИИ электрификации сельского хозяйства
Priority date: 2002-10-09
Filing date: 2002-10-09
Publication date: 2004-04-27

Abstract

FIELD: electrical engineering; power supplies. SUBSTANCE: heat-insulated heat storage of power installation which is in thermal contact with combustion chamber is vacuum-tight structure; its top part communicates through valve and control valve with water supply system and with pipes disposed above condenser; bottom part of heat- insulated heat storage communicates through pump with inlet and outlet parts of solar collector; condenser is also vacuum-tight structure and is in thermal contact with cold storage, its top part being in communication with vacuum pump and through the latter, with atmosphere; electrical expander unit is placed in pipe running from heat-insulated heat storage to intermediate inner part of condenser; cold storage communicates through pipeline with pump, water supply, and water users. EFFECT: enhanced level of power generated, reduced specific cost of generated electrical energy. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение предназначено для электропитания объектов сельскохозяйственного производства, систем связи и управления, резервного энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей и может быть использовано в других отраслях народного хозяйства и в быту сельского населения.The invention is intended for power supply of agricultural facilities, communication and control systems, backup energy supply for agricultural consumers and can be used in other sectors of the national economy and in the life of the rural population.

Наиболее близким к данному изобретению по технической сущности является патент "Устройство для электропитания сельских потребителей" РФ №2166223 (Марьяхин Ф.Г., Учеваткин А.И., Коршунов Б.П. и др.) Это устройство состоит из аккумуляторов тепла и холода, камеры сгорания, термодатчиков, трубопроводов, электрогенератора с электроаккумулятором и блоком управления. Недостатком этого устройства является низкий уровень генерируемой мощности и высокие удельные затраты получаемой электроэнергии, что ограничивает его применение на сельскохозяйственных объектах.Closest to this invention in technical essence is the patent "Device for powering rural consumers" of the Russian Federation No. 2166223 (Maryakhin F.G., Uchevatkin A.I., Korshunov B.P. and others) This device consists of heat and cold accumulators , combustion chambers, temperature sensors, pipelines, an electric generator with an electric accumulator and a control unit. The disadvantage of this device is the low level of generated power and high unit costs of the generated electricity, which limits its use in agricultural facilities.

Техническим результатом применения предлагаемой установки является повышение уровня генерируемой мощности и снижение удельных затрат получаемой электроэнергии.The technical result of the application of the proposed installation is to increase the level of generated power and reduce the specific costs of the generated electricity.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что теплоизолированный аккумулятор тепла, находящийся в тепловом контакте с камерой сгорания, выполнен вакуум-плотным, его верхняя часть через клапан и регулирующий вентиль соединена с системой водоснабжения и трубами с расположенным выше конденсатором, а нижняя часть теплоизолированного аккумулятора тепла через насос соединена с входной и выходной частями солнечного коллектора, причем конденсатор также выполнен вакуум-плотным и находится в тепловом контакте с аккумулятором холода, а верхняя его часть соединена с вакуумным насосом и через него - с атмосферой, а в трубе, соединяющей теплоизолированный аккумулятор тепла со средней внутренней частью конденсатора, помещена электродетандерная установка, а аккумулятор холода соединен трубопроводами с насосом, источником водоснабжения и потребителями воды, причем в теплоизолированном аккумуляторе тепла установлены электронагреватель, датчик температуры, электроконтактный вауумметр, электрически связанные с блоком управления, а камера сгорания снабжена оребренной трубой, проходящей через теплоизолированный аккумулятор тепла, а на трубе, соединяющей его с нижней частью конденсатора, установлен насос.The above technical result is achieved in that the heat-insulated heat accumulator in thermal contact with the combustion chamber is vacuum-tight, its upper part is connected through a valve and a control valve to the water supply system and pipes with a condenser located above, and the lower part of the heat-insulated heat accumulator the pump is connected to the input and output parts of the solar collector, and the capacitor is also made vacuum-tight and is in thermal contact with the battery yes, and its upper part is connected to the vacuum pump and through it to the atmosphere, and an electric expander is placed in the pipe connecting the heat-insulated heat accumulator to the middle internal part of the condenser, and the cold accumulator is connected by pipelines to the pump, water supply source and water consumers, and in the heat-insulated heat accumulator there are installed an electric heater, a temperature sensor, an electric contact vacuum meter, electrically connected to the control unit, and the combustion chamber is equipped with finned a pipe passing through a heat-insulated heat accumulator, and a pump is installed on the pipe connecting it to the bottom of the condenser.

На чертеже представлена схема установки для энергоснабжения сельских потребителей с использованием естественных источников тепла и холода. Она состоит из вакуум-плотного теплоизолированного аккумулятора тепла 1, находящегося в тепловом контакте с камерой сгорания 2, в верхней части соединенного через регулирующий клапан 3 с системой водоснабжения и с расположенным выше конденсатором 4, трубами 5 и 6. Нижняя часть теплоизолированного аккумулятора тепла 1 через насос 7 соединена с входной и выходной частями солнечного коллектора 8, причем конденсатор 4 также выполнен вакуум-плотным и находится в тепловом контакте с аккумулятором холода 9, а верхняя его (конденсатора) часть соединена с вакуумным насосом 10 и через него - с атмосферой, а в трубе 6, соединяющей теплоизолированный аккумулятор тепла 1 со средней частью внутреннего объема конденсатора 4, помещена электродетандерная установка 11 с электрогенератором 12, который электрически связан с электроаккумулятором 13, а он, в свою очередь, - с блоком управления 14 и потребителями энергии, причем аккумулятор холода 9 соединен трубопроводами с насосом 15, источником водоснабжения и потребителями воды, а в нижней части теплоизолированного аккумулятора тепла 1 установлены электронагреватель 16, датчик температуры 17, электрически связанные с блоком управления 14, а камера сгорания 2 снабжена оребренной трубой 18, проходящей через теплоизолированный аккумулятор тепла 1, а на трубе 5, соединяющей его с нижней частью конденсатора 4, установлен насос 19. На трубе перед клапаном 3 установлен регулирующий вентиль 20, а в верхней части аккумулятора тепла установлен электроконтактный вакуумметр 21.The drawing shows a diagram of the installation for energy supply to rural consumers using natural sources of heat and cold. It consists of a vacuum-tight heat-insulated heat accumulator 1, which is in thermal contact with the combustion chamber 2, in the upper part connected via a control valve 3 to the water supply system and with the condenser 4 located above, pipes 5 and 6. The lower part of the heat-insulated heat accumulator 1 through the pump 7 is connected to the input and output parts of the solar collector 8, and the capacitor 4 is also made vacuum-tight and is in thermal contact with the cold accumulator 9, and its upper part (of the capacitor) is connected on with a vacuum pump 10 and through it with the atmosphere, and in the pipe 6 connecting the heat-insulated heat accumulator 1 with the middle part of the internal volume of the condenser 4, an electric expander 11 is placed with an electric generator 12, which is electrically connected to the electric accumulator 13, and he, in his in turn, with the control unit 14 and energy consumers, and the cold accumulator 9 is connected by pipelines to the pump 15, the water supply source and water consumers, and electric elements are installed in the lower part of the heat-insulated heat accumulator 1 a heater 16, a temperature sensor 17, electrically connected to the control unit 14, and the combustion chamber 2 is equipped with a finned pipe 18 passing through a heat-insulated heat accumulator 1, and a pump 19 is installed on the pipe 5 connecting it to the lower part of the condenser 4. On the pipe before valve 3 has a control valve 20, and an electrocontact vacuum gauge 21 is installed in the upper part of the heat accumulator.

Установка для энергоснабжения сельских потребителей с использованием естественных источников тепла и холода работает следующим образом.Installation for energy supply to rural consumers using natural sources of heat and cold works as follows.

Рабочим телом установки является вода, которая заливается в теплоизолированный аккумулятор тепла 1 из системы водоснабжения через клапан 3 и регулирующий вентиль 20. Ее нагрев производится солнечной энергией путем прокачивания насосом 7 через солнечный коллектор 8. Вода в нагретом состоянии может поддерживаться и при помощи электрического нагревателя 16 от внешнего источника электроснабжения при работе в режиме резервного или аварийного источника питания. Нагрев может происходить также от камеры сгорания 2 при использовании любого вида местного топлива. При достижении температуры воды в аккумуляторе тепла 1 не ниже 65...70°С, включается вакуумный насос 10, вакуумирующий внутреннее пространство теплоизолированного аккумулятора тепла 1, конденсатора 4 и соединяющих их труб 5 и 6, где расположена электродетандерная установка 11, вращающая электрогенератор 12, который может охлаждаться от внешних стенок трубы. Вакуумирование производится до остаточного давления 10...25 Тор вакуумным насосом 10 по сигналу электроконтактного вакуумметра 21. После этого с блока управления 14 включается водяной насос 15 и холодная вода из источника водоснабжения поступает в аккумулятор естественного холода 9, охлаждая конденсатор 4.The working fluid of the installation is water, which is poured into the heat-insulated heat accumulator 1 from the water supply system through a valve 3 and a control valve 20. It is heated by solar energy by pumping 7 through a solar collector 8. Water in a heated state can be maintained using an electric heater 16 from an external power source when operating in standby or emergency power mode. Heating can also occur from the combustion chamber 2 when using any type of local fuel. When the temperature of the water in the heat accumulator 1 reaches at least 65 ... 70 ° C, the vacuum pump 10 is turned on, vacuuming the inner space of the heat-insulated heat accumulator 1, the condenser 4 and the pipes 5 and 6 connecting them, where the electric expander 11, rotating the electric generator 12, is located which can be cooled from the outside walls of the pipe. Evacuation is carried out to a residual pressure of 10 ... 25 Torr with a vacuum pump 10 at the signal of the electrocontact vacuum gauge 21. After that, the water pump 15 is turned on from the control unit 14 and cold water from the water supply source enters the battery of natural cold 9, cooling the condenser 4.

Пары воды, поступающие из теплоизолированного аккумулятора тепла 1, конденсируются на холодных поверхностях конденсатора 4, вследствие чего давление в нем резко падает и благодаря интенсивному поступлению пара электродетандерная установка 11 вращается. В электродетандерной установке 11 происходит расширение водяных паров и газов и часть энергии в виде электроэнергии поступает с электрогенератора 12 в электороаккумулятор 13 и там накапливается. Охлаждающая вода из аккумулятора холода 9 поступает на технические нужды либо на естественное охлаждение. Из конденсатора 4 вода, появившаяся в результате конденсации водяных паров, самотеком или при помощи насоса 19 поступает в теплоизолированный аккумулятор тепла, там испаряется и процесс повторяется. Часть электрической энергии, накопившейся в аккумуляторе энергии, используется для собственных нужд, а часть поступает потребителю. Количество энергии, отбираемой на собственные нужды, в предлагаемой установке не превышает 20...25% от общего количества выработанной энергии. По мере испарения вода автоматически поступает в теплоизолированный аккумулятор тепла 1 через клапан 3. Поток поступающей воды может регулироваться вентилем 20.Water vapor coming from a thermally insulated heat accumulator 1 condenses on the cold surfaces of the condenser 4, as a result of which the pressure in it drops sharply and due to the intense steam supply, the expander 11 rotates. In the expander 11, the expansion of water vapor and gases occurs and part of the energy in the form of electricity is supplied from the generator 12 to the electric accumulator 13 and is stored there. Cooling water from the cold accumulator 9 is supplied for technical needs or for natural cooling. From the condenser 4, water resulting from the condensation of water vapor, by gravity or by means of a pump 19, enters the heat-insulated heat accumulator, there it evaporates and the process repeats. Part of the electric energy accumulated in the energy accumulator is used for own needs, and part is supplied to the consumer. The amount of energy taken for own needs in the proposed installation does not exceed 20 ... 25% of the total amount of energy generated. As evaporation, water automatically enters the heat-insulated heat accumulator 1 through valve 3. The flow of incoming water can be controlled by valve 20.

Управление процессом может вестись с блока управления 14, куда поступает сигнал от датчика температуры 17, расположенного непосредственно в теплоизолированном аккумуляторе тепла 1.The process can be controlled from the control unit 14, where the signal from the temperature sensor 17, located directly in the heat-insulated heat accumulator 1, enters.

Предлагаемая установка обладает большей генерирующей мощностью, меньшей удельной стоимостью производимой энергии, чем прототип, в котором применены термоэлектрические батареи высокой стоимости.The proposed installation has a greater generating capacity, a lower unit cost of energy produced than the prototype, which uses high-cost thermoelectric batteries.

Установка мощностью 12-14 кВт обеспечит проведение основных технологических процессов на ферме, включая дойку, а также питание потребителей электроэнергии, отключение которых может вызвать аварийную ситуацию на объекте.A 12-14 kW installation will provide for the main technological processes at the farm, including milking, as well as power supply for electricity consumers, the shutdown of which can cause an emergency at the facility.

Claims

1. Installation for energy supply to rural consumers using natural sources of heat and cold, consisting of heat and cold accumulators, a combustion chamber, pipelines, temperature sensors, an electric generator, an electric accumulator and a control unit, characterized in that the heat-insulated heat accumulator is in thermal contact with the camera combustion, made vacuum tight, its upper part through a valve and control valve is connected by pipes to the water supply system and to the condenser located above, and the lower The main part of the heat-insulated heat accumulator is connected through the pump to the input and output parts of the solar collector, the capacitor is also vacuum-tight and is in thermal contact with the cold accumulator, and its upper part is connected to the vacuum pump and through it to the atmosphere, and in the pipe connecting the heat-insulated heat accumulator with the middle part of the condenser, an expander is placed, and the cold accumulator is connected by pipelines to a pump, a water supply source and lyami water.

2. Installation according to claim 1, characterized in that an electric heater, a temperature sensor, an electric contact vacuum gauge are electrically connected to the control unit in a thermally insulated heat accumulator.

3. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that the combustion chamber is equipped with a finned tube passing through a heat-insulated heat accumulator, and a pump is installed on the pipe connecting it to the lower part of the condenser.