SK282442B6 - Termomechanický konvertor hlavne na umiestnenie v ohnisku heliostatu - Google Patents

Abstract

Konvertor je tvorený najmä zdvihovým piestovým parným strojom vybaveným na vstupe do pracovného priestoru (1) vstrekovacou dýzou (8) konverznej kvapaliny a na výstupe z pracovného priestoru (1) piestom (4) časovaným výfukovým otvorom (5) pary. Podstatou riešenia je, že oproti výstupu vstrekovacej dýzy (8) je vložená hydrofilná kapilárna porézna látka (7) vyhotovená najmä na báze zloženého porézneho grafitového materiálu, ktorá je tepelne spojená s vonkajším alebo vnútorným absorbérom (10) koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia.ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka hlavne zdvihových piestových parných strojov s konverziou koncentrovanej slnečnej a tepelnej energie na prácu, elektrinu a teplo.

Doterajší stav techniky

Dosiaľ sú známe rôzne tepelné stroje využiteľné pri premene solárnej energie na mechanickú alebo elektrickú energiu. Pomocou smerovaného heliostatu sa slnečné žiarenie koncentruje na malú plochu, kde je umiestnený kotol s kvapalinou, ktorá sa v kotle odparuje, pričom získanou kinetickou energiou pary sa poháňajú turbíny alternátorov. Často je do okruhu pary zapojený tepelný zásobník, ktorý zabezpečuje rovnomernú dodávku pary do turbín aj pri kolísaní intenzity slnečného žiarenia. Nevýhodou používaných parných strojov jc, žc para sa vyrába v parných kotloch oddelene od ich pracovných priestorov. Známe sú aj parné piestové stroje s vonkajším spaľovaním a výrobou pary priamo v pracovnom priestore so vstrekovaním konverznej kvapaliny do temperovaného valca. Spoločnou nevýhodou uvedených parných strojov je nízka tepelná účinnosť. V poslednom čase sa rozširuje používanie Stirlingových tepelných strojov vo funkcii solárnych elektrických generátorov na umiestnenie v ohnisku heliostatu. Problémy súvisia s použitím vysokého tlaku pracovnej látky - hélia a s regeneráciou tepla. Premena slnečnej energie na mechanickú alebo elektrickú energiu pomocou Stirlingovho tepelného stroja je technický náročná a ekonomicky nákladná.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky v podstatnej miere odstraňuje riešenie termomechanického konvertora hlavne na umiestnenie v ohnisku heliostatu, tvoreného najmä zdvihovým piestovým parným strojom vybaveným na vstupe do pracovného priestoru vstrekovacou dýzou konverznej kvapaliny a na výstupe z pracovného priestoru piestom časovaným výfukovým otvorom pary, ktorého podstata spočíva v tom, že oproti výstupu vstrekovacej dýzy je vložená hydrofilná kapilárna porézna látka vyhotovená najmä na báze zloženého porézneho grafitového materiálu. Kapilárna porézna látka je tepelne spojená s vonkajším alebo vnútorným absorbérom koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia.

V prvom príklade je kapilárna porézna látka mechanicky a tepelne spojená s čelom piesta a prostredníctvom tepelného akumulátora je tepelne spojená s vonkajším absorbérom koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia, ktorý je vytvorený v pieste z jeho vonkajšej strany, pričom vstrekovacia dýza je umiestnená v strede valcovej hlavy oproti kapilárnej poréznej látke.

V druhom príklade je kapilárna porézna látka mechanicky a tepelne spojená s valcovou hlavou najmenej jedného valca a prostredníctvom tepelného akumulátora je tepelne spojená so spoločným vonkajším absorbérom koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia.

V treťom príklade je kapilárna porézna látka mechanicky a tepelne spojená s čelom piesta, pričom vonkajší povrch kapilárnej poréznej látky tvorí súčasne vnútorný absorbér koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia, ktorého vstup je vytvorený prostredníctvom hrubostenného priehľadného krytu umiestneného vo valcovej hlave, v ktorej sa nachádza najmenej jedna vstrekovacia dýza.

V štvrtom príklade je kapilárna porézna látka mechanicky a tepelne spojená s tepelným akumulátorom vytvoreným v spoločnej valcovej hlave najmenej dvojice valcov s protichodnými piestami, pričom vonkajší povrch kapilárnej poréznej látky tvorí súčasne vnútorný absorbér na os valcov kolmého koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia, ktorého vstup je vytvorený prostredníctvom hrubostenného priehľadného krytu umiestneného v spoločnej valcovej hlave, v ktorej je umiestnená aj najmenej jedna vstrekovacia dýza.

Výhodou riešenia je výroba pary priamo v pracovnom priestore piestového parného stroja metódou injektovania pracovnej kvapaliny do hydrofilnej kapilárnej poréznej látky, ktorá je tepelne spojená s vysokoteplotným zdrojom tvoreným vonkajším alebo vnútorným absorbérom koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia. Teplom naakumulovaná kapilárna porézna látka optimalizuje podmienky premeny kvapaliny na paru priamo v pracovnom priestore. Riešenie nevyžaduje parný kotol, ani potrubie a zariadenia na prívod pary do pracovného priestoru.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Na pripojených výkresoch sú zjednodušenými rezmi zobrazené štyri príklady vyhotovenia termomechanického konvertora podľa vynálezu, kde na

- obr. 1 je vyhotovenie konvertora v stave minimálneho a maximálneho objemu valca s kapilárnou poréznou látkou mechanicky a tepelne spojenou s čelom piesta a nepriamo tepelne spojenou s vonkajším absorbérom koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia, ktorý je vytvorený v pieste z jeho vonkajšej strany,

- obr. 2 je vyhotovenie konvertora s kapilárnou poréznou látkou mechanicky a tepelne spojenou s valcovou hlavou najmenej jedného valca, ktorá je nepriamo tepelne spojená so spoločným vonkajším absorbérom koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia,

- obr. 3 je vyhotovenie konvertora s kapilárnou poréznou látkou mechanicky a tepelne spojenou s čelom piesta, pričom vonkajší povrch kapilárnej poréznej látky tvorí súčasne vnútorný absorbér koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia,

- obr. 4 je vyhotovenie konvertora s kapilárnou poréznou látkou mechanicky a tepelne spojenou so spoločnou valcovou hlavou minimálne dvojice valcov s protichodnými piestami, pričom vonkajší povrch kapilárnej poréznej látky tvorí súčasne vnútorný absorbér koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia kolmého na os valcov.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Termomechanický konvertor podľa obr. 1 až 4, tvorený absorbérom koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia a najmä zdvihovým piestovým parným strojom, ktorého pracovný priestor 1 je tvorený valcom 2, ktorý je z jednej strany uzatvorený valcovou hlavou 3 a z druhej strany posuvne uloženým piestom 4. Valec 2 je vybavený najmenej jedným piestom 4 časovaným výfukovým otvorom 5. Medzi valcovou hlavou 3 a valcom 2 je vložená tesniaca vložka 6. V pracovnom priestore 1 sa nachádza kapilárna porézna látka 7 umiestnená oproti výstupu vstrekovacej dýzy 8 injektovanej konverznej kvapaliny, hlavne destilovanej vody. Kapilárna porézna látka 7 je tepelne spojená s tepelným akumulátorom 9 a s vonkajším alebo vnútorným ab2

SK 282442 Β6 sorbérom 10 koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia.

Podľa obr. 1 je kapilárna porézna látka 7 mechanicky a tepelne spojená s čelom piesta 4 a nepriamo tepelne spojená prostredníctvom tepelného akumulátora 9 s vonkajším absorbérom 10 koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia, ktorý je vytvorený v pieste 4 z jeho vonkajšej strany a na vstupe koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia je vybavený tenkostenným priehľadným krytom 11. Vstrekovacia dýza 8 je umiestnená v strede valcovej hlavy

3.

Podľa obr. 2 ja kapilárna porézna látka 7 mechanicky a tepelne spojená s valcovou hlavou 3 najmenej jedného valca 2, ktorá je nepriamo tepelne spojená prostredníctvom tepelného akumulátora 9 so spoločným vonkajším absorbérom 10 koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia. Kapilárna porézne látka 7 a vstrekovacie dýzy 8 sú umiestnené v spoločnej valcovej hlave 3 osobitne pre každý valec

2.

Podľa obr. 3 je kapilárna porézna látka 7 mechanicky a tepelne spojená s čelom piesta 4. Vonkajší povrch kapilárnej poréznej látky 7 tvorí súčasne vnútorný absorbér 10 koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia, ktorého vstup je vytvorený prostredníctvom hrubostenného priehľadného krytu 12 umiestneného vo valcovej hlave 3, v ktorej je umiestnená najmenej jedna vstrekovacia dýza 8.

Podľa obr. 4 je kapilárna porézna látka 7 mechanicky a tepelne spojená s tepelným akumulátorom 9 vytvoreným v spoločnej valcovej hlave 3 minimálne dvojice valcov 2 s protichodnými piestami 4. Vonkajší povrch kapilárnej poréznej látky 7 tvorí súčasne vnútorný absorbér 10 na os valcov 2 kolmého koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia, ktorého vstup je vytvorený prostredníctvom hrubostenného priehľadného kiytu 12 umiestneného v spoločnej valcovej hlave 3, v ktorej je umiestnená aj najmenej jedna vstrekovacia dýza 8.

Medzi charakteristické fyzikálne charakteristiky kapilárnej poréznej látky 7 patria enormný špecifický povrch, stupeň pórovitosti a spôsoby dosahovania vysokoteplotnej hydrofilnosti - väzieb kvapaliny v štruktúre. Najznámejšie kvapalinové väzby sú fyzikálna kapilárna, prípadne chemická - gélová. Kapilárna porézna látka 7 musí vyhovovať požadovaným termoíýzickým a termodynamickým vlastnostiam, hlavne musí rýchlo prijímať a odovzdávať teplo, potláčať krízu varu injektovanej kvapaliny pri vysokej pracovnej teplote a tlaku, vstrekovanú kvapalinu rýchlo vstrebávať, premieňať na paru a pritom odolávať prudkým tepelným a tlakovým zmenám. Popri priaznivom konverznom účinku kapilárneho tlaku sa priaznivo významnou mierou uplatňujú najmä dynamické tlakové zmeny v prihraničncj vrstve kapilárnej poréznej látky 7.

Po kontakte chladnej kvapaliny s prehriatou kapilárnou poréznou látkou 7 dôjde k náhlemu podchladeniu kapilár a tým k vzniku krátkodobého podtlaku, ktorý podporí efekt vstrebania kvapaliny do kapilárnej poréznej látky 7. Následne sa uskutoční intenzívne vyrovnávanie teploty medzi kapilárnou poréznou látkou 7 a kvapalinou - kvapaline sa dodá výpamé teplo. Ďalšie teplo sa pritom spotrebuje na prehriatie pary. Intenzívne vypudzovanie pary z kapilár do pracovného priestoru 1 má explozívny charakter. Expanziou pary vo valci 2 sa vykoná pracovný zdvih piesta 4. Para, ktorá odovzdala energiu piestu 4 je cez výfukový otvor 5 na stene valca 2 odvedená mimo pracovného priestoru 1. Nasleduje návrat piesta 4 do východiskovej polohy spojený s kompresiou zvyškov plynov vo valci 2. Pohyb piesta 4, frekvencia dávkovania a objem dávky sú odvodené od dodávky tepla a zaťaženia stroja.

Priemyselná využiteľnosť

Termomechanický konvertor je možné využiť hlavne v procese ekologizácie výroby elektrického prúdu, kde sa ako primárny zdroj tepelnej energie využíva priame slnečné žiarenie alebo iný ekologický primárny zdroj, ako napríklad bioplyn alebo solárny vodík. V princípe je možné využiť vysokopotenciálne odpadové teplo z technologických procesov, prípadne bežne používané palivá ako fosílne palivá biopalivá spáliteľný odpad a podobne.

Ďalšie možné využitie konvertora je na pohon čerpadiel a rôznych úžitkových a technologických zariadení.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Termomechanický konvertor hlavne na umiestnenie v ohnisku heliostatu, tvorený najmä zdvihovým piestovým parným strojom vybaveným na vstupe do pracovného priestoru vstrekovacou dýzou konverznej kvapaliny a na výstupe z pracovného priestoru piestom časovaným výfukovým otvorom pary, vyznačujúci sa tým, že oproti výstupu vstrekovacej dýzy (8) je vložená hydrofllná kapilárna porézna látka (7) vyhotovená najmä na báze zloženého porézneho grafitového materiálu, ktorá je tepelne spojená s vonkajším alebo vnútorným absorbérom (10) koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia.
2. 2. Termomechanický konvertor hlavne na umiestnenie v ohnisku heliostatu, podľa nároku 1,vyznačuj úci sa t ý m , že kapilárna porézna látka (7) je mechanicky a tepelne spojená s čelom piesta (4) a prostredníctvom tepelného akumulátora (9) je tepelne spojená s vonkajším absorbérom (10) koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia, ktorý je vytvorený v pieste (4) z jeho vonkajšej strany, pričom vstrekovacia dýza (8) je umiestnená v strede valcovej hlavy (3) oproti kapilárnej poréznej látke (7).
3. 3. Termomechanický konvertor hlavne na umiestnenie v ohnisku heliostatu, podľa nároku 1,vyznačuj úci sa t ý m , že kapilárna porézna látka (7) je mechanicky a tepelne spojená s valcovou hlavou (3) najmenej jedného valca (2) a prostredníctvom tepelného akumulátora (9) je tepelne spojená so spoločným vonkajším absorbérom (10) koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia.
4. 4. Termomechanický konvertor hlavne na umiestnenie v ohnisku heliostatu, podľa nároku 1,vyznačuj úci sa t ý m , že kapilárna porézna látka (7) je mechanicky a tepelne spojená s čelom piesta (4), pričom vonkajší povrch kapilárnej poréznej látky (7) tvorí súčasne vnútorný absorbér (10) koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia, ktorého vstup je vytvorený prostredníctvom hrubostenného priehľadného krytu (12) umiestneného vo valcovej hlave (3), v ktorej sa nachádza najmenej jedna vstrekovacia dýza (8).
5. 5. Termomechanický konvertor hlavne na umiestnenie v ohnisku heliostatu, podľa nároku 1,vyznačuj úci sa t ý m , že kapilárna porézna látka (7) je mechanicky a tepelne spojená s tepelným akumulátorom (9) vytvoreným v spoločnej valcovej hlave (3) najmenej dvojice valcov (2) s protichodnými piestami (4), pričom vonkajší povrch kapilárnej poréznej látky (7) tvorí súčasne vnútorný absorbér (10) na os valcov (2) kolmého koncentrovaného slnečného a tepelného žiarenia, ktorého vstup je vytvorený prostredníctvom hrubostenného priehľadného krytu (12) umiestneného v spoločnej valcovej hlave (3), v ktorej je umiestnená aj najmenej jedna vstrekovacia dýza (8).