SU1218933A3 - Водоем,аккумулирующий солнечную энергию,энергетическа установка и способ сохранени халоклина - Google Patents

Abstract

1. Водоем, аккумулирующий солнечную энергию, содержащий поверхностный перемешанный ветром слой, расположенный под ним халоклин, соленость которого имеет заданную функциональную зависимость от гпу- бины, размещенньй под халоклином аккумулирующий тепло слой, наход щеес  с ним в тепловом контакте средство дл  извлечени  тепла, и испарительный участок с впускным и выпускным средствами, размещенными соответственно над и под халоклином , отличающийс  тем, что, с целью упрощени  конструкции, участок вьтолнен открытым в атмос- Феру., . .,v--«-c,,:..- . .-. . .. у- - ..;.:K-rk -.. . - Mfy (О N 00 со со со

Description

2.Водоем по п. 1, о т л и ч аю щ и и .с   тем,, что испарительньй участок,вьшолнен в виде отдельного, более мелкого водоема.

3.Водоем по п. 1, отличающийс  тем, что участок огражден , вертикальным отрезком трубы, причем выпускное средство выполнено в виде его нижнего торца, впускное в виде отверстий в трубе, а верхний торец трубы закрыт и снабжен вентил ционным отверстием.

4.Водоем по п. 3, отличающийс  тем, что отверсти  выполнены селективно регулируемыми.

5.Энергетическа  установка, содержаща  источник тепла в виде аккумулирующего тепло сло  водоема, аккумулирующего солнечную энергию, содержащего размещенный под аккумулирующим тепло слоем гиперлимнион, средство дл  извлечени  тепла из аккумулирующего тепло сло , теплово двигатель, средство дл  передачи

ему извлеченного тепла и сообщенный с вьпслопным патрубком теплового двигател  конденсатор, систему его охИзобретение относитс  к гелиотехнике , конкретно к накоплению и сохранению энергии солнечного излучени  в солнечном водоеме.

Цель изобретени  - упрощение конструкции водоема, аккумулирующего солнечную энергию, стабилизаци  работы энергетической установки за счет использовани  пониженной температуры гиперлимниона (нижнего сло ) и повьшение надежности способа сохранени  халоклина за счет предотвращени  колебаний уровн  водоема.

На фиг. 1 показаны водоем, аккумулирующий солнечную энергию, С- - .восход щим потоком и подсоединенное к водоему теплоиспользующее устройство , вертикальное сечение на фиг. 2 - график, показывающий профили солености и температуры по вертикальному сечению водоема по фиг.1J на фиг. 3 - вертикальное сечение

лаждени  при помощи воды и возвратное средство дл  возврата охлажденной воды в водоем, отличающа с  тем, что, с целью стабилизации работы, средство дл  возврата сообщено с гиперлимнионом.

6.Способ сохранени  халоклина, покрытого перемещанным ветром слоем открытым дл  атмосферных вли ний,

на поверхности водоема, заключающийс  в том, что концентрируют в испарительном участке сол ной раствор- путем его испарени  и подают концентрат из участка в водоем под хало- клином, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  надежности , в водоем добавл ют пополн ющую жидкость.

7.Способ по п. 6, о т л и ч а- ю щ и и с   тем, что жидкость  вл етс  солоноватой водой.

8.Способ по п. 6, о т л и ч а- ю щ и и с   тем, что концентрацию сол ного раствора ведут до осаждени  соли, последнюю собирают и удал ют .

водоема, аккумулирующего солнечную энергию с наложением восход щего и нисход щего потоков; на фиг. 4 - график, показывающий изменение солености в халоклине и водоемов с восход щим, НИСХОДЯ1ЦИМ потоками и с обоими потоками; на фиг. 5 - заграждение дл  заищты от ветра, используемое на поверхности водоема , аккумулирующего солнечную энергию, перспективный вид; на фиг. 6 - вертикальное сечение водоема , аккумулирующего солнечную энергию , и испарительного участка,

огражденного вертикальным отрезком трубы; на фиг. 7 - профиль солености резервуара по фиг 6; на фиг. 8 - вертикальное сечение водоема , аккумулирующего солнечную

энергию, и испарительного участка, позвол ющую обойтись без насосов дл  перекачки концентра та сол ного раствораi

Водоем, аккумулирующий солнечную энергию, содержит поверхностный перемешанный ветром слой 1 глубиной около 30 см, расположённый под ним халоклин 2 глубиной 1-3 м, соленость которого имеет заданную функциональную зависимость от глубины , размещенный под хадоклином 2 аккумулирующий тепло слой 3, наход щеес  с ним в тепловом контакте средство 4 дл  извлечени  тепла и выполненный в виде отдельного, более мелкого водоема 5 шш участка, огражденного вертикальным отрезком 6 трубы, испарительный участок с впускным и выпускным средствами 7 и 8, размещенными соответственно над и под халоклином 2 и открытым в атмосферу. Отрезок 6 трубы имеет отверсти , функционирующие как впускное средство 7, а нижний торец отрезка 6 трубы  вл етс  выпускным средством 8. Верхний торец отрезка 6 трубы закрыт крышкой 9 и снабжен вентил ционными отверсти ми 10, Последние вьтолнены селективно регулируемыми . Водоем содержит также гиперлимнион 11. Средство 4 дл  извлечени  тепла может быть вьшол- нено в виде части энергетической установки, содержащей тепловой; двигатель (не показан), средство 12 дл  передачи ему извлеченного тепла и сообщенный с выхлопным патрубком (не показан) конденсатор (не показан ), систему его охлаждени  при помощи воды и средство 13 дл  возврата охлажденной воды в водоем, . сообщенное с гиперлимнионом 11. Вода из сло  3, как показано на фиг.1 подаетс  по трубопроводу 14.

Соленость в водоеме (фиг. l) распредел етс  согласно кривой 15 (фиг. 2, где по оси абсцисс отложена глубина водоема, а по оси ординат - соленость и температура. Рапределение температур по глубине характеризует крива  16.

Водоем (фиг. З). имеет помимо испарительного .участка в виде мелкого водоема 5 испаритель 17, соединенный со слоем 3 трубопроводом 18. Соленость в таком водоеме распредел етс  в соответствии с кри- вой 19. В халоклине 2 водоема (фиг. соленость распредел етс  ,в соответствии с кривой 20 (фиг. 4), где дл 

сравнени  показаны кривые 21, харак

10

f5

20

25

55

189334

теризующие соленость в Халоклине 2 водоема с нисход щим потоком, и кривые 22 дл  водоема с восход щим потоком . На фиг. 4 по оси абсцисс 5 отложено отношение глубины от поверхности халокли на 2 к глубине всего халоклина 2, а по оси ординат - соленость.

Устойчивость водоема (фиг. 1 и З) к внешним воздействи м повышаетс , если применить плавающее на его поверхности ветровое заграждение 23, состо щее из продольшлх и поперечных элементов 24, образующих при соединении  чейки 25 с отношением длины стороны  чейки к ее высоте 15:1. Заграждение 23 примен етс  в водоемах с восход щим ttofо-, ком, в особенности в тех случа х, когда на поверхности сло  1 водоема имеетс  слой материала, уменьшающего испарение. В этом.случае заграждение 23 предотвращает сдув этого материала с поверхности сЛо  1.

Уменьшить потери воды при испарении с TiOB ерхно стй в одоема можно также помощи (фиг. 6) конструкции испарительного участка в виде отрезков Трубы, который установ-.- лен в воде на кольцевом поплавке 26, изолирующем нижнюю часть отрезка 6, при помощи тросов 27. Крьшпса 9 и отверсти  10 располагаютс  над поверхностью воды в водоеме, вйускноа средство 7 - на уровне перемешанного ветром сло  I, а впускное средство 8 - ниже уровн  халоклина 2. Профиль солености в водоеме (фиг. б) за пределами испарительного участка показан на фиг. 7.

Сохранить слой халоклина 2 можно также при помощи (фиг. 8} закрытого испарительного уча:стка, ограниченного трубой 28, в которой ниже уровн  халоклина 2 выполнено отверстие 29. Верхний торец трубы 28 закрыт крьшкой 30 с отверстием 31. В трубе 28 установлена вертикальна  перегородка 32, с одной стороны которой расположено отверстие 29, а с другой, ниже его уровн  - отверстие 33, В таком водоеме пары воды через отверстие 31 поступают в теп- Лообменник 34. Водоем также пополн етс  по трубопроводу 35 водой в количестве, равнбм количеству испарившейс , отведенной через клапан 36 и добавленной по -трубопроводу

30

35

40

45

50

37 в аккумулирующий тепло слой 3 воды. В полости трубы 28- поддерживаетс  вакуум, что интенсифициру-- ет испарение.

Водоем, аккумулирующий солнечную энергию, работает следующим образом .

Солнечное излучение, падающее на поверхность водоема, проникает и поглощаетс  перемешанным ветром слоем и халоклином 2. Под действием ветра в слое 1 тепло, поглощенное этим слоем, быстро рассеиваетс  на поверхности, сохран   тем самым относительно низкую температуру сло  1 по сравнению с температурой в халоклине 2, где конвективные токи подавл ютс . Вследствие этого халоклин 2 нагрет до более высокой температуры, чем температура сло  1 в соответствии с кривой 16 на Фиг. 2,.Если халоклин 2 сохран етс  некоторое врем , жидкость под халоклином 2 нагреваетс  благодар  теплопроводности и конвектив- ньм токам с образование аккумулирующего тепло сло  3. Под слоем 3 температура значительно ниже (фиг. 2). Эта часть водоема составл ет типерлимнион 11.

Жидкость из верхнего участка сло  3 подаетс  по трубопроводу 14 в средство А дл  извлечени  тепла (например, теплообменник), извлекающее тепло (например дл  природа турбины, привод щей-электрогенератор ).- После извлечени  тепла охлажденна  жидкость направл етс  в нижнюю часть сло  3.

Водоем, аккумулирующий солнечную энергию, содержит относительно мелкий водоем 5, в который отводитс  поверхностна  жидкость из сло  1. Испарение из водоема 5 происходит в соответствии с климатическими услови ми влажности и солнечного излучени , обеспечивай образоваййе в водоеме 5 концентр ата, плотность которого будет выше плотности жидкости в массе под халоклином 2. Концентрат проходит по выпускному сред ству 8 в м аСсгу пОД хаЛоклином, создава  восход щий поток жидкости через халоклин, Создаваема  таким путем циркул ци  вызьшает подъем воды в водоеме, который обеспечивает устойчивость халоклина к воздействи

0

5

0

5

0

5

0

5

ветра и молекул рной диффузии соли через халоклин 2..

Чтобы сохранить в основном посто нный уровень поверхности сло  1, несмотр  на испарение как с этой поверхности, так и из водоема 5, добавл етс  пополн юща  жидкость. В засушливом климате пополн ющей водой может быть небольшой дождь ; . с добавлением пресной воды.

Жидкость из аккумулирующего тепло сло  3 подаетс  в испаритель 17, в котором осаждают соли и получают пресную воду. Функци  испарител  17 - создавать нисход щий поток в водоеме, аккумулирующем солнечную энергию, за счет испарени  воды из сло  3 в испарителе 17 с осаждением соли и получением пресной воды, кбторый компенсирует восход щий поток , вызываемый подачей концентрата из водоема 5. Вследствие этого профиль солёности хгшоклина приближаетс  к линейному, как.показано на фиг. 4, крива  20.

Если испарительный участок ограничен отрезком 6 трубы, наход ща с  в его полости вода имеет повьшенную концентрацию, солей.

Относительно более легка  вода из аккумулирующего тепло сло  3 поступает вверх в кольцевой участок средства 8, а относительно более плотный концентрат течет вниз через центральный участок средства 8. Поверхностные ВОДЬ из сло  1 поступают вйутрь отрезка 6 трубы через впускное средство 7 в виде отверстий, регулируемых управл ющим элементом (не показан).

В рабочих услови х эта вода имеет в основном температуру аккумулирующего тепло сло  3 более высокую, чем температура сло  I водоема. Вода внутри отрезка 6  вл етс  более плотной, чем вода халоклина 2, в результате поверхность этой части воды несколько ниже, чем поверхность воды в водоеме. Ввиду повышенной температуры поверхностна  вода и отрезке 6 испар етс , и конденсиру- ; ётс  внутри крышки 9, откуда она скатьшаетс  по наклонным стенкам и через отверсти  10, стека  в водоем . Испарение воды в отрезке 6 трубы сопровождаетс  повышением ее солености и, следовательно, плотность оставшейс  воды выше плотности воды в аккумулирующем тепло слое 3. В св зи с этим концентрат опускаетс  в водоем через вьтускное средство 8.

Если (фиг. 8) испарительный участок закрыт, вода внутри трубы 28 имеет большую плотность-, чем вода в аккумулирующем тепло слое 3. Такое положение возникает потому, что вода из аккумулирующего тепло сло  3 входит в отверстие 29 на одной стороне-перегородки 32, течет вверх по направлению к поверхности раздела пара и воды в трубе 28, а затем течет вниз вдоль другой стороры перегородки 3, выход  через отверстие 33. Давление внутри трубы 28 ниже атмосферного давлени , а вследствие этого вода на поверхности испарител  интенсивно испар етс  и пар выходит через отверстие 31 Плотность полученного концентрата, проход щего через отверстие 33, выше плотности воды, вход щей в отверстие 29.

К отверстию 33 подключен теплообменник 3-4, который извлекает скрытое тепло из пара, вьппедщего из трубы 28, производ  слегка охлажденную пресную воду. В теплообменнике 34 происходит конденсаци  м того пара и получение пресной воды. Эту воду можно использовать дл  хоз йственных нужд. Сохранение вакуума внутри трубы 28 не требует больших затрат энергии потому, что через трубу 28 проход т гор чие сол ные растворы, которые содержат только незначительное количество растворенных газов.

Конфигураци  трубы 28 исключает необходимость перекачки гор чей воды между водоемом и трубой 28 и тем самым снижает потребность в энергии Кроме того, введение в аккумулирующий тепло слой 3 объема воды через трубопровод 35 дает значительные результаты независимо от экономии

10

15

20

5

0

5

0

5

энергии за счёт восход щего и нисход щего потоков.

Энергетическа  установка работает следующим образом.

.Водоем, аккумулирующий солнечную энергию, имеет глубину более 10 м, поскольку гиперлимнион 11 может быть использован в качестве поглотител  тепла, куда может подаватьс  тепло электростанции /не показан), Гиперлимнион 11 может действовать как конденсатор выхлопных газов тепловой машины (не показана ) , использующей тепло, извлеченное из аккумулирующего тепло сло  3. Когда это происходит, возникает необходимость удалить некоторое тепло из гиперлимниона 1I. Этот процесс осуществл ют путем перекачки воды из гиперлимниона 11 в более мелкий водоем 5. Поскольку водоем 5 имеет небольшую глубину, температура его поверхности находитс  в тепловом равновесии с атмосферой. Следовательно, нагрета , но относительно плотна  вода из гиперлимниона 11 охлаждаетс  в водоеме 5 и пригодна дп  возврата в водоем, аккумулирующий солнечную энергию дл  создани  восход щего потока. Таким образом, испарительный мелкий водоем 5 помимо основной функции служит средством удалени  отработанного тепла.

Способ сохранени  халоклина с добавлением пополн ющей воды реализуетс  в водоеме, изображенном на фиг. 8, где пополн юща  вода подаетс  по трубопроводу 35. Эта вода может быть солоноватой, причем в этом случае дл  предотвращени  повьш1ени  концентрации солей в водоеме, аккумулирующем солнечную энергию, соли осаждают и удал ют.

Предлагаемый водоем, аккумулирующий солнечную энергию, с.испарительным участком в виде более мелкого водоема 5, может быть сооружен и на базе природного водоема, имеющего более мелкий участок.

Q SO т 200 250 300 (

О 20 40 ВО SO 100

../

17

18

/4////////////////,

I

фие.З

8

9Яс/г,4

33

ВНИИПИ

Заказ 1141/63

Филиал ПШ Патент, г, Ужгород, ул. Проектна , 4

Тираж 650 Подписное

Claims (8)

1. Водоем, аккумулирующий солнечную энергию, содержащий поверх- ностный перемешанный ветром слой, расположенный под ним халоклин, соленость которого имеет заданную функциональную зависимость от глубины, размещенный под халоклином аккумулирующий тепло слой, находящееся с ним в тепловом контакте средство для извлечения тепла, и испарительный участок с впускным и выпускным средствами, размещенными соответственно над и под халоклином, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, участок выполнен открытым в атмос-’ Феру.

» · Г

2. Водоем по π. 1, о т л и ч a-. ю щ и й ,с я тем,, что испарительный участок,выполнен в виде отдельного, более'мелкого водоема.

3. Водоем поп. 1, отличающийся тем, что участок огражден, вертикальным отрезком трубы, причем выпускное средство выполнено в виде его нижнего торца, впускное - в виде отверстий в трубе, а верхний торец трубы закрыт и снабжен вентиляционным отверстием.

4. Водоем по п. 3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что отверстия выполнены селективно регулируемыми.

5. Энергетическая установка, содержащая источник тепла в виде аккумулирующего тепло слоя водоема, аккумулирующего солнечную энергию, содержащего размещенный под аккумулирующим тепло слоем гиперлимнион, средство для извлечения тепла из аккумулирующего тепло слоя, тепловоД двигатель, средство для передачи ему извлеченного тепла и сообщенный с выхлопным патрубком теплового двигателя конденсатор, систему его ох лаждения при помощи воды и возвратное средство для возврата охлажденной воды в водоем, отличающаяся тем, что, с целью стабилизации работы, средство для возврата сообщено с гиперлимнионом.

6. Способ сохранения халоклина, покрытого перемешанным ветром слоем, открытым для атмосферных влияний, на поверхности водоема, заключающийся в том, что концентрируют в испарительном участке соляной раствор· путем его испарения и подают концентрат из участка в водоем под халоклином, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в водоем добавляют пополняющую жидкость.

7. Способ по п. 6, о т л и ч аю щ и й с я тем, что жидкость является солоноватой водой.

8. Способ по п. 6, о т л и чающий с я тем, что концентрацию соляного раствора ведут до осаждения соли, последнюю собирают и удаляют .