СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Относится к области энергетики и может быть использован для выработки электроэнергии, горячей воды и пара. Способ получения тепловой и электрической энергии включает фокусирование солнечных лучей концентратором на неподвижную тепловоспринимающую поверхность и последующее передвижение по ней фокуса в соответствии с перемещением солнца, нагрев через тепловоспринимающую поверхность теплоносителя и преобразование полученной тепловой энергии в электрическую. В качестве концентратора используют вогнутое зеркало, которое перемещают путем слежения за солнцем, при этом тепловоспринимающую поверхность размещают на пересечении вертикальной и горизонтальных осей, вокруг которых осуществляют поворот концентратора при слежении. Для поворота концентратора вокруг вертикальной оси включают первый электродвигатель, в результате чего червяк 5 начинает вращаться и поворачивать зубчатое колесо 2 вместе с платформой 1. При достижении концентратором нужного положения (азимута) выключают первый электродвигатель. Для поворота концентратора вокруг горизонтальной оси включают второй электродвигатель, благодаря чему начинают вращаться вал 14 с червяком 13, который посредством зубчатого колеса 12 и связанного с ним червяка 10 поворачивает зубчатый сектор 9 с осью 6 и колесом 7. При этом за счет цепной передачи 8 происходит поворот ведомого колеса 15 с горизонтальной осью 17 и концентратором до требуемого положения, после чего производят его фиксирование путем выключения двигателя. При этом на нижней части тепловоспринимающей поверхности сферы 19 формируется световое пятно сконцентрированных солнечных лучей, которое перемещается по этой поверхности в процессе слежения за солнцем в течение светового дня. Способ должен обеспечить повышение стабильности параметров энергоносителей, повышение КПД, а также улучшение эксплуатационных характеристик.
На фиг. 1 изображена схема устройства для получения тепловой и электрической энергии.
На фиг. 2 изображен вид А устройства.
На фиг. 3 изображена схема котла, отапливаемого ископаемым топливом.
Устройство для получения тепловой и электрической энергии содержит платформу 1, закрепленную на червячном зубчатом колесе 2, установленном с возможностью поворота на втулке 3, неподвижно закрепленной на основании 4, и сопряженном с червяком 5, соединенным с первым электродвигателем (не показан) и вращающимся в опорах основания. В платформе с возможностью вращения установлена ось 6, на которой неподвижно закреплены ведущее колесо 7 (звездочка) цепной передачи 8 и зубчатый сектор 9, сопряженный с зубьями глобоидного червяка 10, который установлен в пазу 11 платформы 1 с возможностью осевого вращения и имеет жестко закрепленное на оси червячное колесо 12, сопряженное с червяком 13, вал 14 которого установлен во втулке 3 с возможностью вращения и соединен со вторым электродвигателем (не показан), закрепленным на основании 4. Ведомое колесо 15 цепной передачи и концентратор 16 солнечных лучей, неподвижно закреплены на установленной в платформе с возможностью вращения горизонтальной оси 17, на которой может быть размещен торсион 18 для компенсации неуравновешенности, создаваемой смещенным относительно горизонтальной оси центром тяжести концентратора. На пересечении горизонтальной и вертикальной осей вращения концентратора неподвижно размещена тепловоспринимающая поверхность в виде пустотелой сферы 19 (котла), имеющей трубы 20, 21 соответственно для подвода холодной и отвода горячей воды (пара), при этом труба 20 может быть с зазором пропущена сквозь червяк 13 и закреплена некоторым образом, например снизу основания 4. В этом случае концентратор должен иметь щель 22 шириной больше диаметра трубы, для пропуска последней в процессе работы. Заметим, что труба может быть закреплена и другим образом. Труба 21 может быть соединена с котлом 23, имеющим размещенные в воде 24 дымовые трубы 25, паровое пространство 26 которого через паропровод 27 и пароперегревасообщено с паровой турбиной 29, которая кинематически связана с генератором 30, вырабатывающим электроэнергию для потребителя. В топке 31 котла размещены горелки 32 для сжигания, например газового топлива, продукты 33 горения которого через дымовые трубы котла и дымогарную трубу поступают в атмосферу.
Работает устройство для получения тепловой и электрической энергии следующим образом.
Для поворота концентратора 16 вокруг вертикальной оси включают первый электродвигатель, в результате чего червяк 5 начинает вращаться в опорах основания и поворачивать на втулке 3 зубчатое колесо 2 вместе с платформой 1 (фиг. 1-2). При этом происходит также поворот в горизонтальной плоскости оси 6 и глобоидного червяка 10 с червячным колесом 12, которое своими зубьями будет скользить по винтовой поверхности червяка 13. Так как угол поворота платформы 1 в процессе очередной коррекции своего положения по солнцу небольшой, а передаточное отношение от червяка 13 до сектора 9, наоборот, большое, то колесо 12 будет практически стоять на месте при повороте платформы, тем более не будет поворачиваться сектор 9 с горизонтальной осью 6 и колесами 7, 15, а следовательно, и концентратор 16 вместе с осью 17. При достижении концентратором нужного положения (азимута) выключают первый электродвигатель, обеспечивая за счет самоторможения червячной передачи его фиксацию.
Для поворота концентратора 16 вокруг горизонтальной оси включают второй электродвигатель, благодаря чему начинают вращаться вал 14 с червяком 13, который посредством зубчатого колеса 12 и связанного с ним червяка 10 поворачивает зубчатый сектор 9 с осью 6 и колесом 7. При этом за счет цепной передачи 8 происходит поворот ведомого колеса 15 с горизонтальной осью 17 и концентратором 16 до требуемого положения, после чего производят его фиксирование путем выключения двигателя. При этом на нижней части тепловоспринимающей поверхности сферы 19 формируется нагревающее теплоноситель световое пятно сконцентрированных солнечных лучей, перемещающееся по этой поверхности в процессе слежения за солнцем в течение светового дня, на протяжении которого коррекцию концентратора можно выполнять по заранее заданной программе. Заметим, что, так как оба электродвигателя размещены на основании 4, то механизм системы слежения за солнцем получается максимально облегченным, что позволяет использовать электродвигатели малой мощности на перемещение концентратора, положение которого можно легко «запоминать» по количеству оборотов червяков.
В результате воздействия солнечной энергии вода в сфере 19 будет постоянно нагреваться и поступать (например с помощью насоса) по трубе 21 в котел 23, где при необходимости будет нагреваться до большей температуры, соприкасаясь с теплопередающей поверхностью дымовых труб 25, обогреваемых продуктами 33 горения газового топлива, сжигаемого горелками 32 (фиг. 3). Заметим, что для нагрева большого количества воды с помощью солнечной энергии необходимо в коподавать горячую воду от нескольких сфер 19, нагреваемых автономно, отдельно стоящими концентраторами, являющимися часть описанного устройства. Из парового пространства 26 через паропровод 27 и пароперегревапар высоких параметров поступает в турбину 29, вращающую генератор 30, который производит электроэнергию. Отработавший после турбины пар можно использовать для нагрева холодной воды или непосредственно для производственных нужд.
В пасмурную погоду увеличивают количество сжигаемого в топке газа на величину, обеспечивающую выделение в котле тепловой энергии, которая равна теплоте, передаваемой воде сферой 19. При этом количество вырабатываемой энергии для потребителя остается прежним. Заметим, что при этом можно повернуть концентратор 16 до занятия им максимально возможного верхнего положения, в котором его зеркало будет защищено от осадков.
Внедрение способа позволит создать простое по конструкции, надежное и удобное в эксплуатации устройство для получения тепловой и электрической энергии, которое можно эксплуатировать как отдельно, так и совместно с котлом, отапливаемым ископаемым топливом.
