RS20130159A1 - Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije - Google Patents

Abstract

Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor (30) u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije termički spregnut sa koritom broda, rashlađuje morsku vodu i apsorbovanu toplotnu energiju, pomoću internog rashladnog uređaja (8), sistem koncentriše u termoakumulaciono jezgro (1). Eksterni toplotni kolektor (30) pri tome direktno generise električnu energiju Sibekovim efektom u termoelektričnom spregu (27). Ova električna energija zajedno sa električnom energijom termoelektričnog sprega (3) može biti iskorišcena za pogon broda bez utroška goriva.Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor (30) izrađen kao sastavni deo karoserije automobila hladi automobil sa spoljašnje strane. Apsorbovana toplotna energija kada se prenosi u termoakumulaciono jezgro (1). Ovaj proces se odvija dok je automobil parkiran, kao i dok je automobil u vožnji. Apsorbovana toplotna energija konvertovana u električnu u termoelektričnom spregu (3) pomoću Sibekovog efekta se kotisti za pogon automobila bez utroška goriva.

Description

EKSTERNITOPLOTNOAPSORPCIONI KOLEKTORU SISTEMUTOPLOTNOAPSORPCIONOGGENERATORA ELEKTRIČNE ENERGIJE

Oblast tehnike na koju se odnosi

Pronalazak pripada oblasti elektroenergetike uopšte, odnosno generatorima električne energije a odnosi se na eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije, koji apsorbuje toplotnu energiju iz spoljašnjeg okruženja za potrebe boljeg funkcionisanja toplotnoapsorpcionog generatora električne energije, i istovremeno direktno generiše dodatnu električnu energiju.

Prema Međunarodnoj klasifikaciji patenata(MKP) oznaka je:H 01 L

Tehnički problem

Kako iskoristiti brodsko korito za apsorpciju toplotne energije iz morske vode uz istovremeno direktno generisanje električne energije koja se koristi za pogon broda bez nepotrebnog utroška goriva primenjenog kod tehničkog rešenja u brodovima sa pogonom na naftne derivate ili nuklearni pogon.

Stanje tehnike

Stanje tehnike na kome se zasniva ovaj pronalazak je : toplotnoapsorpcioni generator električne energije po patentnoj prijavi broj P - 2011/0231 Zavodu za intelektualnu svojinu Republike Srbije , kao i međunarodnoj PCT prijavi broj WO2012165990.

Izlaganje suštine pronalaska

Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije radi na principu izmenjivača toplotne energije između spoljašnjeg okruženja i rashlađenog fluida internog rashladnog uređaja, koji protiče kroz eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor.

Rashlađeni fluid se ovom prilikom zagreva, da bi se potom apsorbovana toplotna energija odvela pomoću internog rashladnog uređaja do termoakumulacionog jezgra, toplotnoapsorpcionog generatora električne energije.

Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor je sa svoje spoljašnje strane obložen termoelektričnim spregom, na čijim se električnim izvodima javlja električni napon Seebeck-ovim efektom, usled više temperature spoljašnjeg okruženja u odnosu na nižu temperaturu izmenjivača toplote eksternog toplotnoapsorpcionog kolektora.

Električna energija dobijena na ovaj način i sabrana sa električnom energijom termoelektričnog sprega u toplotnoapsorpcionom generatoru električne energije, značajno poboljšava energetski bilans ovog sistema.

Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor preuzevši funkciju izmenjivanja toplote od spoljašnjeg okruženja ka tolotnoapsorcionom generatoru električne energije, nudi mogućnost da se sada interni toplotni kolektor obloži ternoakomulacionom oblogom koja je termički izolovana sa spoljašnje strane. Uslov koji sada mora biti ispunjen u sistemu sa jednim internim rashladnim uređajem je da rashlađeni fluid internog rashladnog uređaja mora na svom putu prvo proticati kroz interni toplotni kolektor pa tek onda kroz eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor. Ovakva konstrukcija povećava temperaturni gradijent unutar toplotnoapsorpcionog generatora električne energije, a samim tim i performanse toplotnoapsorpcionog generatora električne energije.

Toplotnoapsorpcioni generator električne energije u sistemu ima ulogu konvertora toplotne energije u električnu sa visokim stepenom iskorišćenja zbog intenziviranog procesa recikliranja toplotne energije sve dok toplotna energija ne izađe iz toplotnoapsorpcionog generatora električne energije kao električna na izolovane vodove termoelektričnog sprega.

Kod sistema sa dva nezavisna interna rashladna uređaja jedan interni rashladni uređaj omogućava transfer toplotne energije iz spoljašnjeg okruženja u termoakumulaciono jezgro toplotnoapsorpcionog generatora električne energije. Drugi interni rashladni uređaj omogućava recikliranje toplotne energije unutar toplotnoapsorpcionog generatora električne energije sve dok se toplotna energija u potpunosti ne transformiše u električnu.

Kratak opis slika nacrta

Pronalazak je detaljno opisan na primeru izvođenja prikazanom na nacrtu u kome:

Slika1 - predstavlja poprečni presek eksternog toplotnoapsorpcionog kolektora u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije.

Slika2 - predstavlja poprečni presek eksternog toplotnoapsorpcionog kolektora u sistemu sa toplotnoapsorpcionim generatorom električne energije u varijanti sa dva nezavisna interna rashladna uređaja.

Detaljan opis pronalaska

a)Na si. 1 je prikazan eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 u sistemu toplotnoapsorcionog generatora električne energije. Eksterni toplotnoapsorpcioni

kolektor 30 je pomoću termički izolovanih cevi 23 povezan sa internim rashladnim uređajem 8 tako da rashlađeni fluid 6 internog rashladnog uređaja 8 prvo protiče kroz interni toplotni kolektor 4 pa tek potom kroz izmenjivač 24 toplote u eksternom toplotnoapsorpcionom kolektoru 30. Odnosno, interni rashladni uređaj 8 je obostrano povezan na trajektoriju rashlađenog fluida 6, i to sa jedne strane na interni toplotnoapsorpcioni kolektor 4 kao prvog dela trajektorije, a sa druge strane preko

termički izolovanih cevi 23 na izmenjivač 24 toplote kao drugog dela trajektorije rashlađenog fluida 6. Rashlađeni fluid 6 hladi izmenjivač 24 toplote tako da nastaje temperaturna razlika između izmenjivača 24 toplote i spoljašnjeg okruženja,u kome se

nalazi jedna strana termoelektričnog sprega 27. Druga strana termoelektričnog sprega 27 je toplotno spregnuta sa izmenjivačem 24 toplote. Javlja se jednosmeran električni napon Seebeck-ovim efektom u termoelektričnom spregu 27, koji izolovani električni vodovi 28 vode do programatorsko prekidačkog sklopa 11. Programatorsko prekidački sklop 11

električnu energiju sa izolovanih električnih vodova 28 dodaje električnoj energiji akumulatora 10 u inicijalnom režimu rada toplotnoapsorpcionog generatora električne energije. Električna energija iz termoelektričnog sprega 27 se može iskoristiti za napajanje termoelektričnog sprega 3 koji bi u inicijalnom režimu rada mogao da posluži kao dodatni interni rashladni uređaj Peltier-ovog tipa. Na ovaj način se ostvaruje brža diferencijacija temperatura termoakumulacionog jezgra 1 i internog toplotnog kolektora 4. Tako se smanjuje utrošak električne energije iz akumulatora 10 prilikom stanovanja sistema. Električna energija sa izolovanih električnih vodova 28 se u autonomnom režimu rada toplotnoapsorpcionog generatora električne energije dodaje rednom električnom vezom električnoj energiji termoelektričnog sprega 3. Dakle, programatorsko prekidački sklop 11 u autonomnom režimu rada toplotnoapsorpcionog generatora električne energije ostvaruje rednu električnu vezu između izolovanih električnih vodova 12 i izolovanih električnih vodova 28, tako da se naponi sabiraju u apsolutnom iznosu.

U radnom režimu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije, električna energija sa izolovanih električnih vodova 28 se zajedno sa viškom električne energije iz termoelektričnog sprega 3, pomoću programatorsko prekidačkog sklopa 11 predaje potrošaču 14 električne energije.

U prvom stepenu prekidačkog režima rada toplotnoapsorpcionog generatora električne energije se na osnovu podatka temperatutnog senzora 7, o temperaturi termoakumulacionog jezgra 1, koja je nekoliko stepeni niža od maksimalne dozvoljene, u internom rashladnom uređaju 8 obustavlja protok rashlađenog fluida 6 kroz eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30. U isto vreme interni rashladni uređaj 8 nastavlja da pokreće rashlađeni fluid 6 kroz interni toplotni kolektor 4, a kroz termoakumulaciono jezgro 1 zadrejani fluid 2. Dakle, u prvom stepenu autonomnog režima rada interni rashladni uređaj 8 nastavlja sa radom sa tom izmenom što prespaja tok rashlađenog fluida 6 na trajektoriju fluida kao da eksterni toplotnoapsorpsioni kolektor 30 nije u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije. U ovom stepenu režima rada interni rashladni uređaj 8 ima neprekidno napajanje električnom energijom preko adaptera 9 električnog napajanja.

Toplotnoapsorpcioni generator električne energije ima cilindričnu termoakumulacionu oblogu 21 koja je toplotno spregnuta sa spoljašnjom stranom internog toplotnog kolektora 4. Termoakumulaciona obloga 21 je termički izolovana od spoljašnje sredine termoizolacionim materijalom 22. Toplotnoapsorpcioni generator u sistemu sa eksternim toplotnoapsorpcionom kolektorom 30, apsorbuje toplotu iz spoljašnjeg okruženja preko eksternog toplotnoapsorpcionog kolektora 30. Toplotna energija ulazi u sistem preko eksternog toplotnoapsorpcionog kolektora 30, a iz sistema izlazi kao električna energija na potrošač 14 električne energije. Deo toplotne energije koji usled nepoželjnog Peltier-ovog efekta (pri protoku električne struje kroz termoelektrični spreg 3), parazitnih toplotnih sprega kroz termoelemente 5 i termoizolacioni materijal 15, prelazi sa termoakumulacionog jezgra 1 na interni toplotni kolektor 4, ponovo se vraća u termoakumulaciono jezgro 1 radom internog rashladnog uređaja 8. Interni rashladni uređaj 8 reciklira toplotnu energiju koja je ušla u toplotnoapsorpcioni generator električne energije sve dok ona kao električna energija ne izađe iz sistema. Značaj termoizolacionog materijala 22 i termoakumulacione obloge 21 je u tome da stabilno održavaju što nižu temperaturu internog toplotnog kolektora 4, kako bi temperaturna razlika po obodima ternoelektričnog sprega 3 bila što veća. Ovim se značajno povećava efikasnost sistema sa eksternim toplotnoapsorpcionim kolektorom 30.

Spoljašnja strana termoelektričnog sprega 27 kada je termički spregnuta sa koritom broda, omogućava prenos toplotne energije iz morske vode u eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30. Ova toplotna energija se u toplotnoapsorpcionom generatoru električne energije transformiše u električnu i koristi za pogon broda bez utroška goriva.

Ukoliko je eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 toplotno spregnut sa karoserijom automobila na taj način što je izmenjivač 24 toplote urađen kao deo karoserije automobila, automobil koristi toplotnu energiju okruženja za sopstveni pogon umesto utroška naftnih derivata kao goriva.

Sistem toplotnoapsorpcionog generatora električne energije namenjen pogonu automobila bez utroška goriva ima proces punjenja energijom. Proces punjenja toplotnom energijom preko karoserije automobila i eksternog toplotnoapsorpcionog kolektora 30 se odvija hađenjem karoserije i punjenjem apsorbovanom toplotnom energijom termoakumulacionog jezgra 1 dok je automobil parkiran. Istim procesom se termoakumulaciono jezgro 1 dopunjava toplotnom energijom apsorbovanom u toku vožnje automobila.

Toplotnoapsorpcioni generator električne energije u sistemu ima ulogu konvertora tolotne energije u električnu sa visokim stepenom iskorišćenja toplotne energije zbog intenzivnog procesa recikliranja toplotne energije između termoakumulacionog jezgra 1 i tolotnog kolektora 4, posredstvom internog rashladnog uređaja 8 sve dok se toplotna energija ne odvede izolovanim električnim vodovima 12 potrošaču 14 kao električna energija.

Sistem je takođe pogodan za napajanje plutajućih platformi na kojima postoji potreba za električnom energijom.

b)Na si 2. je prikazan eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 u varijanti sistema toplotnoapsorpcionog generatora električne energije sa nezavisnim internim rashladnim

uređajima 8 i 31. Preko adaptera 32 električnog napajanja programatorsko prekidački sklop 11 snabdeva električnom energijom interni rashladni uređaj 31. Interni rashladni uređaj 31 pokreće rashlađeni fluid 34 kroz eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 odnosno zagrejani fluid 33 kroz termoakumulaciono jezgro 1, toplotnoapsorpcionog generatora električne energije. Programatorsko prekidački sklop 11 na jednostavan način kontroliše dovođenje toplotne energije iz spoljašnjeg okruženja u termoakumulaciono jezgro 1, toplotnoapsorpcionog generatora električne energije.

Interni rashladni uređaj 8 u ovoj varijanti sistema reciklira toplotnu energiju u toplotnoapsorpcionom generatoru električne energije, povećavajući temperaturnu razliku između termoakumulacionog jezgra 1 i internog toplotnog kolektora 4, tako da teži maksimalnoj vrednosti ove razlike.

Fliud 34 i 33 internog rashladnog uređaja 31 se ne meša sa fluidom 6 i 2 internog rashladnog uređaja 8, što omogućava različit hemijski sastav fluida 34 i 33 od fluida 6 i 2. Ova konstrukcija sistema pruža mogućnost korišćenja fluida koji imaju različite temperaturne opsege rada. Pravilan izbor hemijskih sastava fluida može poboljšati performanse sistema.

I ova varijanta sistema je takođe pogodna za pogon drumskih vozila i brodova bez nepotrebnog utroška različitih vrsta goriva.

U inicijalnom režimu rada programatorsko prekidački sklop 11 električnu energiju iz akumulatorske baterije 10 sabranu sa električnom energijom termoelektričnog sprega 27, eksternog toplotnoapsorbujućeg kolektora 30, isporičuje internom rashladnom uređaju 8 preko adaptera 9 kao i internom rashladnom uređaju 31 preko adaptera 32.

U autonomnom režimu rada programatorsko prekidački sklop 11 sabranu električnu energiju iz termoelektričnih spregova 3 i 27 isporučuje internim rashladnim uređajima 8 i 31 pomoću adaptera 9 i 32 električnih napajanja, respektivno.

U radnom režimu ove varijante sistema programatorsko prekidački sklop 11 deo sabrane električne energije termoelektričnih spregova 3 i 27 isporučuje internim rashladnim uređajima 8 i 31, dok višak električne energije isporučuje potrošaču 14 električne energije.

U prvom stepenu prekidačkog režima rada sistema, programatorsko prekidački sklop 11, električnu energiju iz termoelektričnog sprega 3 isporučuje samo internom rashladnom uređaju 8 i potrišaču 14 električne energije. Električna energija se ne isporičuje internom rashladnom uređaju 31.

Kada je interni rashladni uređaj 31 bez napajanja termoelektrični spreg 27 vrlo brzo gubi električnu energiju, koju je imao u prethodnom režimu rada.

U drugom stepenu prekidačmkog režima rada sistema električna energija iz termoelektričnog sprega 3 se isporučuje samo potrošaču 14 električne energije.

Claims (10)

1. Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije,naznačen time,što se unutar izmenjivača 24 toplote nalazi rashlađeni fluid 6 internog rashladnog uređaja 8 sa kojim je povezan termički izolovanim cevima 23, dok je na spoljašnju stranu izmenjivača 24 toplote naslonjen termoelektrični spreg 27 a suprotna i bočne strane izmenjivača 24 su obložene termoizolacionim materijalom 29, i gde su izolovani električni vodovi 28, termoelektričnog sprega 27 koji je generator Sibekovim efektom, povezani sa programatorsko prekidačnim sklopom 11.

2. Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije prema patentnom zahtevu 1,naznačen time,što je interni toplotni kolektor 4 toplotnoapsotpcionog generatora električne energije, okružen termoakumulacionom oblogom 21, koja je sa spoljne strane obložena termoizolacionim materijalom 22.

3. Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije u varijanti sistema sa jednim internim rashladnim uređajem 8 prema patentnim zahtevima 1 i 2,naznačen time,što je interni rashladni uređaj 8 obostrano povezan na trajektoriju rashlađenog fluida 6, i to sa jedne strane na interni toplotnoapsorpcioni kolektor 4 kao prvog dela trajektorije, a sa druge strane preko termički izolovanih cevi 23 na izmenjivač 24 toplote kao drugog dela trajektorije ispunjene rashlađenim fluidom 6.

4. Eksterni topolotnoapsorpcioni kolektor 30 u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije u varijanti sistema sa dva interna rashladna uređaja 8 i 31 prema patentnim zahtevima 1 i 2,naznačen time,što je interni rashladni uređaj 31 povezan sa jedne strane na eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 u čijem je izmenivaču 24 toplote rashlađeni fluid 34, dok je sa druge strane povezan na termoakumulaciono jezgro 1 unutar koga se nalazi zagrejani fluid 33, pri čemu je interni rashladni uređaj 8 nezavisno od internog rashladnog uređaja 31 povezan na termoakumulaciono jezgro 1 koje sadrži i zagrejani fluid 2, i nezavisno od internog rashladnog uređaja 31 povezan na interni toplotni kolektor 4 koji sadrži rashlađeni fluid 6.

5. Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije prema patentnim zahtevima 1 i 2,naznačen time,što je spoljašnja strana termoelektričnog sprega 27 eksternog toplotnoapsorpcionog kolektora 30 termički spregnuta sa koritom broda.

6. Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije prema patentnim zahtevima 1 i 2,naznačen time,što je izmenjivač 24 toplote toplotnoapsorpcionog kolektora 30 urađen kao deo karoserije automobila.

7. Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije prema patentnim zahtevima 1, 2 i 4,naznačen time,što termoakumulaciono jezgro 1 toplotnoapsorpcionog generatora električne energije sadrži zagrejani fluid 33 i zagrejani fluid 2 koji su međusobno fizički razdvojeni i termički spregnuti sa termoakumulacionim jezgrom 1.

8. Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije sa programatorsko prekidačkim sklopom 11 povezanim sa internom toplotnom pumpom 8 preko adaptera 9 električnog napajanja prema patentnim zahtevima 1, 2 i 4,naznačen time,stoje programatorsko prekidački sklop 11 povezan i sa internim rashladnim uređajem 31 preko adaptera 32 električnog napajanja.

9. Eksterni toplotnoapsorpcioni kolektor 30 u sistemu toplotnoapsorpcionog generatora električne energije prema patentnim zahtevima 1,2,3 i 4,naznačen time,stoje u inicijalnom režimu rada termoelektrični spreg 27 kao generator električnog napona Sibekovim efektom na izolovanim električnim vodovima 28 pomoću programatorsko prekidačkog sklopa 11 povezan na termoelektrični spreg 3 koji je potrošač Peltijevim efektom preko izolovanih električnih vodova 12.

10. Proces punjenja toplotnom energijom sistema toplotnoapsorpcionog generatora električne energije namenjenog za pogon automobila prema patentnim zahtevima 1, 2, 3, 4 ,6 i 7,naznačen time,što se karoserija automobila hladi pomoću izmenjivača 24 toplote eksternog toplotnoapsorpcionog kolektora 30 i apsorbovana toplotna energija se odvodi u termoakumulaciono jezgro 1 dok je automobil parkiran, a zatim se termoakumulaciono jezgro 1 dopunjava toplotnom energijom apsorbovanom i u toku vožnje automobila.