RU2725306C1

RU2725306C1 - Solar pneumatic power station

Info

Publication number: RU2725306C1
Application number: RU2019129884A
Authority: RU
Inventors: Александр Геннадьевич Арзамасцев
Original assignee: Александр Геннадьевич Арзамасцев
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2020-06-30

Abstract

FIELD: electricity.SUBSTANCE: solar pneumatic power plant relates to small-scale power engineering and can be used in horticultural areas; on separately located territories of residence and activity. Solar-electric power station includes pit with walls and floor and air reservoir, which is heated by solar energy, and pneumatic motor driven by heated working medium for electric power generation. Solar pneumatic power plant comprises a solar pneumatic receiver, which is also a pneumatic pump installed above the foundation pit with walls and sand floor, which keep warm air in the trench during all seasons of the year, inside the trench there is an air reservoir, ventilation of pit is provided by air duct, electric generator with pneumatic engine are located in separate room, solar pneumatic receiver - pneumatic pump is made of metal with sealed air chamber, for example, ovoid or round in horizontal plane, outer surface of solar pneumatic receiver - pneumatic pump is coated with light-absorbing dye of black colour and installed cover made of translucent solid material with atmospheric process opening and located at a distance above the outer surface of solar pneumatic receiver - pneumatic pump, forming air cavity, which is provided by heating by solar radiant energy of air mass of cavity, heat retention in the air cavity and heat transfer through the outer surface of the air chamber of the solar pneumatic receiver - the pneumatic pump.EFFECT: broader capabilities for mass use and connection to a public network.1 cl, 3 dwg

Description

Гелиопневмоэнергетическая станция относится к области малой энергетики. Гелиопневмоэнергетическую станцию можно использовать в местах отсутствующих природное освещение: на садово-огородних участках; на отдельно расположенных территориях проживания и деятельности; в местах недоступной к подсоединению с электросетью общего пользования, потребителю электроэнергии.Solar energy station belongs to the field of small energy. Heliopneumoenergetic station can be used in places where there is no natural lighting: in garden plots; in separately located territories of residence and activity; in places inaccessible to the connection to the public electricity network, to the consumer of electricity.

Известен ряд устройств по выработке электроэнергии тепловым и ветровым способами с использованием лучистой энергии солнца.A number of devices are known for generating electricity by thermal and wind methods using the radiant energy of the sun.

Известна солнечная ветроустановка, содержащая воздушную полость, образованную прозрачным покрытием, сообщенный с полостью рабочий канал и установленный в последнем ветроагрегат. (а. с. №1471756, Кл. F24J 2/42, 1987).A known solar wind turbine containing an air cavity formed by a transparent coating, a working channel in communication with the cavity and installed in the last wind turbine. (A.S. No. 1471756, Cl. F24J 2/42, 1987).

К прототипу изобретения можно отнести гелиопневмоэнергетическую электростанцию (1), содержащую, по меньшей мере, одну подземную камеру (2), по меньшей мере, частично окруженную грунтом (3), который нагревается солнечной и / или геотермальной энергией для нагревания текучей среды (F) внутри указанной подземной камеры (2) и турбину (8), приводимую в движение нагретой жидкостью (F) для выработки электрической энергии (WO 2014114335 A1, 31.07.2014).To the prototype of the invention can be attributed solar power plant (1), containing at least one underground chamber (2) at least partially surrounded by soil (3), which is heated by solar and / or geothermal energy to heat the fluid (F) inside said underground chamber (2) and a turbine (8) driven by a heated fluid (F) to generate electrical energy (WO 2014114335 A1, 07/31/2014).

Недостатком является то, что работают установки только от солнечной лучистой энергии. Она не обеспечит: непрерывность режима работы; в любое время года; в любое время суток; в любых сезонных и климатических условиях. В связи с этим, ограничивается возможность широкого использования устройства в малой энергетике: на садово-огородных участках; на отдельно расположенных территориях проживания и деятельности, в местах недоступной к подсоединению с электросетью общего пользования, потребителю электроэнергии.The disadvantage is that installations operate only from solar radiant energy. It will not provide: continuity of operation; in any season; any time of the day; in any seasonal and climatic conditions. In this regard, the possibility of widespread use of the device in low energy is limited: in garden plots; in separately located territories of residence and activity, in places inaccessible to the connection to the public utility network, to the consumer of electricity.

Техническим эффектом изобретения является совокупность отличительных существенных признаков, создающих расширение возможностей для массового использования, как средство малой энергетики, в местах недоступной к подсоединению с электросетью общего пользования, потребителю электроэнергии, улучшение состояния экологии и снижение стоимости электропотребления.The technical effect of the invention is a set of distinctive essential features that create the expansion of opportunities for mass use, as a means of small energy, in places inaccessible to connecting to the public grid, the consumer of electricity, improving the environment and reducing the cost of energy consumption.

Заявленный технический эффект достигается гелиопневмоэнергетической станцией, содержащей котлован со стенками и полом и воздушным резервуаром, который нагревается солнечной энергией, и пневмодвигатель, приводимый в движение нагретым рабочим телом для выработки электрической энергии, согласно изобретению, гелиопневмоэнергетическая станция содержит гелиопневматический приемник, он же является и пневматическим насосом, установленным над котлованом со стенками и песчаным полом, сохраняющими в котловане теплую воздушную среду во все сезоны года, внутри котлована расположен воздушный резервуар, вентиляция котлована обеспечивается воздуховодом, электрогенератор с пневмодвигателем расположены в отдельном помещении, гелиопневматический приемник -пневматический насос выполнен металлическим с герметичной воздушной камерой, например, яйцевидной или круглой формы в горизонтальной плоскости, на наружную поверхность гелиопневматического приемника - пневматического насоса нанесен светопоглощающий краситель черного цвета и установлена крышка, выполненная из светопрозрачного твердого материала с атмосферным технологическим отверстием, и расположенная на расстоянии, над наружной поверхностью гелиопневматического приемника -пневматического насоса, образуя воздушную полость, которая обеспечивается нагревом солнечной лучистой энергией воздушной массы полости, удержание тепла в воздушной полости и передачи тепла через наружную поверхность воздушной камеры гелиопневматического приемника - пневматического насоса, воздушной массе камеры гелиопневматического приемника - пневматического насоса, атмосферный воздух поступает в воздушную камеру гелиопневматического приемника - пневматического насоса через всасывающий клапан, а выпуск рабочего тела из воздушной камеры гелиопневматического приемника - пневматического насоса в воздушный резервуар производится через золотник, из воздушного резервуара рабочее тело под давлением поступает в пневмодвигатель через жиклер, пневмодвигатель приводит во вращение вал электрогенератора вырабатывающего электрический ток.The claimed technical effect is achieved by a heliopneumoenergetic station containing a pit with walls and a floor and an air reservoir that is heated by solar energy, and a pneumatic motor driven by a heated working fluid to generate electric energy, according to the invention, the heliopneumoenergetic station contains a heliopneumatic receiver, it is also a pneumatic a pump installed above the foundation pit with walls and a sand floor that preserves warm air in the pit during all seasons of the year, an air reservoir is located inside the pit, ventilation of the pit is provided by an air duct, an electric generator with a pneumatic motor is located in a separate room, a solar-air receiver-pneumatic pump is made of metal with a sealed with an air chamber, for example, ovoid or round in the horizontal plane, a light-absorbing paint is applied to the outer surface of the heliopneumatic receiver - pneumatic pump Itel is black and a lid is installed, made of a translucent solid material with an atmospheric technological hole, and located at a distance above the outer surface of the heliopneumatic receiver - a pneumatic pump, forming an air cavity, which is provided by heating the radiant energy of the air mass of the cavity, heat retention in the air cavity and heat transfer through the outer surface of the air chamber of the heliopneumatic receiver - air pump, the air mass of the chamber of the heliopneumatic receiver - air pump, atmospheric air enters the air chamber of the heliopneumatic receiver - air pump through a suction valve, and the discharge of the working fluid from the air chamber of the heliopneumatic receiver - air pump into the air reservoir through the spool, from the air reservoir the working fluid under pressure enters the air motor through the nozzle, the air motor rotates The shaft of an electric generator generating electric current.

Гелиопневматический приемник, он же является и пневматическим насосом, установленным над котлованом со стенками и песчаным полом, сохраняющими в котловане теплую воздушную среду во все сезоны года. Внутри котлована расположен воздушный резервуар. Вентиляция котлована обеспечивается воздуховодом. Электрогенератор с пневмодвигателем расположены в отдельном помещении. Гелиопневматический приемник -пневматический насос выполнен металлической, герметичной воздушной камерой, например, яйцевидной, круглой, в горизонтальной плоскости, формы. На наружную поверхность гелиопневматического приемника - пневматического насоса нанесен светопоглощающий краситель черного цвета. На наружную поверхность установлена крышка, выполненная из светопрозрачного твердого материала с атмосферным технологическим отверстием. Крышка расположена на расстоянии, над наружной поверхностью гелиопневматический приемника - пневматического насоса. Образуя воздушную полость, которая обеспечивается нагревом солнечной лучистой энергией воздушной массы полости, удержание тепла в воздушной полости и передачи тепла через наружную поверхность гелиопневматического приемника - пневматического насоса, воздушной массе камеры гелиопневматического приемника - пневматического насоса. Атмосферный воздух поступает в воздушную камеру гелиопневматического приемника - пневматического насоса через всасывающий клапан. Выпуск рабочего тела из воздушной камеры гелиопневматического приемника -пневматического насоса в воздушный резервуар производится через золотник. Из воздушного резервуара рабочее тело под давлением поступает в пневмодвигатель через жиклер. Пневмодвигатель приводит во вращение вал электрогенератора вырабатывающего электрический ток. Гелиопневматический приемник - пневматический насос, по принципу действия является пневмонасосом, так как гелиопневматический приемник, получая солнечную лучистую энергию нагревает воздушную массу полости, преобразует ее в рабочее тело и своим давлением рабочее тело открывает золотник, который пропускает рабочее тело, выдавливает его в резервуар для его аккумулирования. После снятия давления в гелиопневматическом приемнике открывается всасывающий клапан, заполняя атмосферным воздухом полость гелиопневматического приемника - пневматического насоса. Рабочий цикл повторяется непрерывно от действиствия солнечной лучистой энергии.A heliopneumatic receiver, it is also a pneumatic pump installed above a foundation pit with walls and a sand floor, which keep a warm air environment in the pit during all seasons of the year. An air reservoir is located inside the pit. Pit ventilation is provided by an air duct. An electric generator with an air motor is located in a separate room. The heliopneumatic receiver is a pneumatic pump made of a metal, sealed air chamber, for example, ovoid, round, in the horizontal plane, shape. A black absorbing dye is applied to the outer surface of the heliopneumatic receiver - a pneumatic pump. A cover is made on the outer surface, made of translucent solid material with an atmospheric technological hole. The cover is located at a distance above the outer surface of the heliopneumatic receiver - a pneumatic pump. Forming an air cavity, which is provided by heating the solar radiant energy of the air mass of the cavity, the retention of heat in the air cavity and heat transfer through the outer surface of the heliopneumatic receiver - air pump, the air mass of the chamber of the heliopneumatic receiver - air pump. Atmospheric air enters the air chamber of the heliopneumatic receiver - a pneumatic pump through a suction valve. The release of the working fluid from the air chamber of the heliopneumatic receiver-pneumatic pump into the air tank is made through the valve. From the air reservoir, the working fluid under pressure enters the air motor through the nozzle. An air motor drives the shaft of an electric generator generating electric current. The heliopneumatic receiver is a pneumatic pump, by the principle of action it is a pneumatic pump, since the heliopneumatic receiver, receiving solar radiant energy, heats the air mass of the cavity, converts it into a working fluid and, with its pressure, the working fluid opens the spool, which passes the working fluid, extrudes it into the reservoir for it accumulation. After relieving pressure in the heliopneumatic receiver, the suction valve opens, filling the cavity of the heliopneumatic receiver, the air pump, with atmospheric air. The duty cycle is repeated continuously from the action of solar radiant energy.

На фиг. 1 изображена гелиопневмоэнергетическая станция, работающая от нагрева солнечной лучистой энергией воздушной массы полости, удержание тепла в воздушной полости и передачи тепла через наружную поверхность гелиопневматического приемника -пневматического насоса, вид сбоку в разрезе. На фиг. 2 изображена гелиопневмоэнергетическая станция, вид в плане. На фиг. 3 изображена пневмоэлектрическая схема гелиопневмоэнергетической станции.In FIG. 1 shows a heliopneumoenergetic station operating by heating solar air radiant energy of the cavity mass, retaining heat in the air cavity and transferring heat through the outer surface of the heliopneumatic receiver-air pump, a side view in section. In FIG. 2 shows a solar power station, plan view. In FIG. 3 shows a pneumoelectric circuit of a solar power station.

Гелиопневмоэнергетическая станция содержит гелиопневматический приемник, он же и пневматический насос, установленный над котлованом 1 со стенками 2 и полом с песком 3. Внутри котлована 1 расположен воздушный резервуар 4. Вентиляция котлована 1 обеспечивается воздуховодом. Электрогенератор 6 с пневмодвигателем 7 расположены в отдельном помещении 8. Гелиопневматический приемник - пневматический насос 9 выполнен металлической, герметичной воздушной камерой 10, со стенкой 11 например, яйцевидной, круглой, в горизонтальной плоскости, формы. На наружную поверхность 12 гелиопневматического приемника - пневматического насоса 9 нанесен светопоглощающий краситель черного цвета. Сверху, на гелиопневматического приемника - пневматического насоса 9 установлена крышка 13, выполненная из светопрозрачного твердого материала с атмосферным технологическим отверстием 14. Крышка 13 расположенная на расстоянии, над наружной поверхностью 12 гелиопневматический приемника - пневматического насоса 9, образуя воздушную полость 15, которая обеспечивается нагревом солнечной лучистой энергией воздушной массы полости 15, удержание тепла в воздушной полости 15 и передачи тепла через наружную поверхность 12 гелиопневматического приемника - пневматического насоса 9, воздушной массе камеры 10 гелиопневматического приемника - пневматического насоса 9. Атмосферный воздух поступает в воздушную камеру 10 гелиопневматического приемника -пневматического насоса 9 через всасывающий клапан 16. Выпуск рабочего тела из воздушной камеры 10 гелиопневматического приемника - пневматического насоса 9 в воздушный резервуар 4 производится через золотник 17. Из воздушного резервуара 4 рабочее тело под давлением поступает в пневмодвигатель 7 через трубопровод 18, жиклер 19. Пневмодвигатель 7 приводит во вращение вал 20 электрогенератора 6 вырабатывающего электрический ток.The heliopneumoenergetic station contains a heliopneumatic receiver, it is also a pneumatic pump mounted above the foundation pit 1 with walls 2 and a sand floor 3. Inside the pit 1 there is an air reservoir 4. The pit 1 is ventilated by an air duct. An electric generator 6 with a pneumatic motor 7 is located in a separate room 8. Heliopneumatic receiver - a pneumatic pump 9 is made of a metal, sealed air chamber 10, with a wall 11, for example, ovoid, round, in the horizontal plane, shape. A black absorbing dye is applied to the outer surface 12 of the heliopneumatic receiver - air pump 9. On top, on the heliopneumatic receiver - pneumatic pump 9, a cover 13 is made of translucent solid material with an atmospheric process hole 14. The cover 13 is located at a distance above the outer surface 12 of the heliopneumatic receiver - pneumatic pump 9, forming an air cavity 15, which is provided by solar heating radiant energy of the air mass of the cavity 15, heat retention in the air cavity 15 and heat transfer through the outer surface 12 of the heliopneumatic receiver - air pump 9, the air mass of the chamber 10 of the heliopneumatic receiver - air pump 9. Atmospheric air enters the air chamber 10 of the heliopneumatic receiver - air pump 9 through the suction valve 16. The release of the working fluid from the air chamber 10 of the heliopneumatic receiver - pneumatic pump 9 into the air reservoir 4 is made through the valve 17. From the air reservoir 4 the working fluid under pressure enters the air motor 7 through the pipe 18, the nozzle 19. The air motor 7 drives the shaft 20 of the electric generator 6 generating electric current.

Гелиопневмоэнергетическая станция производит электрическую энергию следующим образом. Лучи солнечной энергии падают на поверхность крышки 13. Через прозрачное тело крышки 13 солнечные лучи проникают внутрь воздушной полости 15 и светопоглощаются наружной поверхностью 12, на черной поверхности красителя. От непрерывного поступления энергии солнечных лучей в воздушную полость 15, солнечные лучи задерживаются. За счет замкнутости пространства воздушной полости 15, образованного между крышкой 13 и наружной поверхностью 12 гелиопневматический приемника - пневматического насоса 9, происходит накопление тепловой энергии. Тепловая энергия нагревает воздушную полость 15 и наружную поверхность 12 гелиопневматического приемника - пневматического насоса 9. При этом, атмосферное технологическое отверстие 14 выпускает часть горячего воздуха, предотвращая повышение давления в воздушной полости 15. Тепловая энергия проникает через стенку 11, нагревает воздух воздушной камеры 10. Воздушная масса, находящаяся в воздушной камере 10, от нагрева расширяется. Создается давление и образование рабочего тела. От давления всасывающий клапан 16 закрывается. От дальнейшего нагрева и увеличения давления, рабочее тело воздействует на золотник 17. Золотник 17 давлением открывается и пропускает рабочее тело по трубопроводу 18 в резервуар 4. Как только давление снизилось в воздушной камере 10 ниже атмосферного давления, золотник 17 перекрывает выход в резервуар 4 и открывается всасывающий клапан 16. Атмосферный воздух заполняет воздушную камеру 10. От продолжающего непрерывного поступления энергии солнечных лучей в воздушную полость 15, воздушная камера 10 непрерывно нагревается, образуется давление. Всасывающий клапан 16 закрывается, и рабочий цикл повторяется от действия солнечной лучистой энергии, накачивая и аккумулируя рабочее тело в резервуаре 4. Из резервуара 4 рабочее тело непрерывно поступает через трубопровод 18 и жиклер 19 в пневмодвигатель 7. Пневмодвигатель 7 производит вращение вала 20 электрогенератора 6, который непрерывно вырабатывает электрический ток.Heliopneumatic power station produces electrical energy as follows. The rays of solar energy fall on the surface of the cover 13. Through the transparent body of the cover 13, the sun's rays penetrate into the air cavity 15 and are light absorbed by the outer surface 12, on the black surface of the dye. From the continuous flow of energy of the sun's rays into the air cavity 15, the sun's rays are delayed. Due to the closure of the space of the air cavity 15 formed between the cover 13 and the outer surface 12 of the heliopneumatic receiver - air pump 9, the accumulation of thermal energy occurs. Thermal energy heats the air cavity 15 and the outer surface 12 of the heliopneumatic receiver - the pneumatic pump 9. At the same time, the atmospheric process hole 14 releases some of the hot air, preventing the increase of pressure in the air cavity 15. Thermal energy penetrates through the wall 11, heats the air of the air chamber 10. The air mass in the air chamber 10 expands from heating. It creates pressure and the formation of a working fluid. Due to pressure, the suction valve 16 closes. From further heating and increasing pressure, the working fluid acts on the spool 17. The spool 17 opens by pressure and passes the working fluid through the pipe 18 into the reservoir 4. As soon as the pressure has decreased in the air chamber 10 below atmospheric pressure, the spool 17 closes the outlet to the reservoir 4 and opens suction valve 16. Atmospheric air fills the air chamber 10. From the continued continuous flow of energy of the sun's rays into the air cavity 15, the air chamber 10 is continuously heated, pressure is generated. The suction valve 16 is closed, and the working cycle is repeated from the action of solar radiant energy, pumping and accumulating the working fluid in the reservoir 4. From the reservoir 4, the working fluid continuously flows through the duct 18 and the nozzle 19 into the air motor 7. The air motor 7 rotates the shaft 20 of the electric generator 6, which continuously generates electric current.

В прохладный, холодный период года, когда атмосферный воздух имеет отрицательные значения, в котловане 1 постоянно присутствует плюсовая температура от теплой массы Земли, нагретой энергией солнечных лучей. Разность температур в атмосфере и котловане 1 обеспечивает продолжение рабочего цикла в последовательности. Холодная воздушная масса, при открытым всасывающем клапане 16, заполняет воздушную камеру 10. Нагрев воздушной камеры 10 и резервуара 4 производится от теплой воздушной массы котлована 1, доводя их до температуры, при которой золотник 17 откроется и заполнит резервуар 4 следующей порцией рабочего тела, а всасывающий клапан 16 откроется и заполнит воздушную камеру 10 атмосферным воздухом. Открытие и закрытие всасывающего клапана 16 и золотника 17, взаимодействие их по времени, зависит от температуры наружного окружающего воздуха, энергии солнечных лучей, внутренней температуры воздушной массы котлована 1, зависящей, в том числе от нагретых стен 2, пола с песком 3. Тепловая энергия нагревает воздушную полость 15 и наружную поверхность 12 гелиопневматического приемника - пневматического насоса 9. Например, в жаркую погоду, в воздушной полости 15 температура может достичь 100 градусного значения, тогда золотник 17 и всасывающий клапан 16 откроются, например, через 2-4 секунды. А в холодное время, например, будут открываться через 5 минут. Потому, что холодный воздух находящийся в воздушной камере 10, где температура, например, 5 градусов тепла, воздушная масса будет нагреваться и расширяться медленно.In the cool, cold season, when the atmospheric air has negative values, in pit 1 there is always a plus temperature from the warm mass of the Earth, heated by the energy of sunlight. The temperature difference in the atmosphere and the pit 1 ensures the continuation of the duty cycle in sequence. The cold air mass, with the suction valve 16 open, fills the air chamber 10. The air chamber 10 and reservoir 4 are heated from the warm air mass of the pit 1, bringing them to a temperature at which the spool 17 opens and fills the reservoir 4 with the next portion of the working fluid, and the suction valve 16 will open and fill the air chamber 10 with atmospheric air. Opening and closing the suction valve 16 and the spool 17, their interaction in time, depends on the temperature of the external ambient air, the energy of the sun's rays, the internal temperature of the air mass of the pit 1, which depends, including on the heated walls 2, the floor with sand 3. Thermal energy heats the air cavity 15 and the outer surface 12 of the heliopneumatic receiver - air pump 9. For example, in hot weather, in the air cavity 15 the temperature can reach 100 degrees, then the valve 17 and the suction valve 16 will open, for example, after 2-4 seconds. And in the cold, for example, they will open after 5 minutes. Because the cold air in the air chamber 10, where the temperature, for example, is 5 degrees Celsius, the air mass will heat up and expand slowly.

Claims

A solar power plant containing a pit with walls and a floor and an air reservoir that is heated by solar energy, and a pneumatic motor driven by a heated working fluid to generate electrical energy, characterized in that the solar power station contains a solar pneumatic receiver, it is also a pneumatic pump installed above the foundation pit with walls and a sandy floor that keep the pit warm in all seasons of the year, an air reservoir is located inside the pit, ventilation of the pit is provided by an air duct, an electric generator with an air motor is located in a separate room, a solar-air receiver - the air pump is made of metal with a sealed air chamber, for example, ovoid or round in the horizontal plane, a black absorbing dye is applied to the outer surface of the heliopneumatic receiver - air pump and is installed to ryshka made of a translucent solid material with an atmospheric technological hole and located at a distance above the outer surface of the heliopneumatic receiver - a pneumatic pump, forming an air cavity, which is provided by heating solar radiant energy of the air mass of the cavity, heat retention in the air cavity and heat transfer through the outer surface of the air the chamber of the heliopneumatic receiver - pneumatic pump, the air chamber of the heliopneumatic receiver - pneumatic pump, atmospheric air enters the air chamber of the heliopneumatic receiver - pneumatic pump through the suction valve, and the working fluid is released from the air chamber of the heliopneumatic receiver - pneumatic pump into the air tank through the spool, from of the air reservoir, the working fluid under pressure enters the air motor through the nozzle, the air motor drives the shaft of the electric generator generating about electric current.