RU97449U1 - Термоаккумулированная гидроэлектростанция (тагэ) - Google Patents

Abstract

1. Термоаккумулированная гидроэлектростанция (ТАГЭ) с двигателем, содержащая термоизолированную, герметично закрытую емкость заданных размера и формы, заполненную жидкостью с магнитными свойствами до заданного уровня, транспортер со шкивами, охваченными лентой с закрепленными на ней баллончиками с открытыми донышками, перегородку, установленную в емкости с возможностью разделения вращающихся встречных потоков жидкости, сопло, размещенное в области нижнего шкива и подключенное через трубы-радиаторы к вакуум-компрессору с возможностью организации теплого конвекционного движения жидкости, причем тепловыделяющие элементы вакуум-компрессора расположены на восходящей стороне потока жидкости в нижней части емкости с возможностью нагрева жидкости и газа в баллончиках, а охлаждение потока жидкости на нисходящей стороне осуществляется стенкой, прилегающей к полости, образующей трубу, создающую тягу потока воздуха, и поверхностью труб-радиаторов, через которые засасываются охлажденные газы, установленных в области верхней части емкости, а магнитная система, расположенная в области горловины воронкообразной полости, создает переменное магнитное поле (бегущую волну), отличающаяся тем, что дополнительный нагрев в двигателе восходящего потока жидкости и газа в баллончиках осуществляется от внешних источников энергии, а дополнительное охлаждение нисходящего потока осуществляется полой перегородкой, составленной из двух секций с магнитопроводом внутри и с термоизоляцией между ними, через одну из них прокачивается газ, охлаждающийся по многоконтурной (многоступенчатой) схеме в трубах-радиаторах, располож

Description

Известен двигатель для выработки электроэнергии, описанный в японском патенте JP 2003113768A (KOBASHIGAWA YOSHIMASA) от 18.04.2003. Этот двигатель предствляет из себя емкость с размещенным в ней транспортером, на ленте (цепях) которого закреплены баллончики, в которые закачивается компрессором заданное количество воздуха в области нижнего шкива, и подъемная сила в баллончиках от расширяющегося воздуха перемещает ленту транспортера, вращая шкивы, вал одного из них связан с механизмами.

Недостаток этого двигателя в малом КПД и это связано с потерей энергии компрессора на нагрев окружающей среды и с завихрениями, т.к поток жидкости в емкости не вовлекается в круговое движение и встречные потоки жидкости, созданные восходящими и нисходящими сторонами ленты транспортера с баллончиками усиливает эти завихрения, а также в невозможности работы в качестве двигателя, когда температура воздуха выше температуры воды.

Известен также двигатель для выработки электроэнергии, состоящий из емкости заданного размера и формы, герметично закрытой, с термоизоляцией, с магнитной жидкостью, наполненной выше уровня верхнего шкива транспортера, на ленте (цепях) которого закреплены баллончики с открытой нижней частью, в которые закачивается охлажденный газ в области нижнего шкива через сопло вакуум-компрессором из разреженной верхней области емкости, и внутри тяговой трубы, создающей восходящий поток нагретого воздуха, размещены трубы-радиаторы в том числе и на нисходящей стороне потока жидкости, через которые прокачиваются охлажденные газы, а движущаяся лента с баллончиками, с газом внутри, вовлекает в круговое вращение жидкость, усиленный организованным термо-конвекционным потоком созданный за счет разности веса столбов жидкости в поле тяжести путем нагрева восходящего потока жидкости и газа в баллончиках от внутреннего источника тепла и охлаждения нисходящего потока жидкости которые, разделены перегородкой, расположенной между шкивами, а также дополнительного разгона магнитной жидкости магнитными системами с расположенных в области горловины воронкообразной полости.

Этот тип двигателя, принятый за прототип, описан в заявке от 07.12.2007 за №2007145401/06(049740) и признан изобретением (патент на ИЗ №86983). Недостаток у этого двигателя в малой эффективности использования внешних энергий таких как солнечная радиация, ограниченной во времени, или других естественных источников энергии, что вынуждает для поддержания стабильной выработки эл.энергии использовать топливо в больших количествах для организации теплового конвекционного потока Цель ТАГЭ -: стабильная выработка электроэнергии независимо от времени суток, места расположения установки и одновременно уменьшения потребления топлива.

Указанная цель достигается путем создания емкости из двух частей, разделенной теплопроводной стенкой с ребрами жесткости на неравные части с устройством регулировки теплопередачи между ними, внутри емкости малого размера (объема) под крышкой укреплен материал с заданным температурным коэффициентом объемного расширения, а объем емкости большого размера задан из условия аккумулирования тепла жидкостью, нагретой до высокой температуры от всевозможных источников энергии для выработки электрической энергии в течение заданного времени, и трубы-радиаторы, через которые прокачиваются охлаждающиеся газы по многоконтурной (многоступенчатой) схеме, размещаются в вытяжной трубе, в шахте, ниже поверхности земли и газы дополнительно охлаждаются в холодильнике, мотор-компрессор и радиатор которого размещены на восходящей стороне потока жидкости, причем перегородка разделяющая эти потоки выполнена из двух секций с термоизоляцией между ними. Через секцию перегородки на стороне восходящего потока жидкости проходят горючие газы от сжигания топлива, а через секцию на стороне нисходящего потока-охлажденные газы, а внутренние поверхности (подложка) перегородки выполнены из магнитомягкого материала и ее нижняя кромка расположена примерно на уровне средней области магнитной системы, точное положение которой определяются опытным путем.

В емкости большого объема размешена топочная часть, для сжигания любого вида топлива, а отходящие газы прогревают верхнюю часть вытяжной трубы по системе труба-в трубе и большая емкость полностью заполнена жидкостью, выполнена с расширительной трубой или трубой-заглушкой, расположенных в верхней части емкости, а устройство регулирования теплообмена представляет из себя регулируемый экран, ограничивающий частично или полностью циркуляцию горячей жидкости к теплопроводной стенке, выполнен в виде, например поворотных жалюзи, расположенных ближе к теплопроводной стенке, а в баллончики газ вдувается охлажденным через сопло с насадкой, например в виде - раструба, конец которой прогревается газом, выходящий из компрессора по системе труба - в трубе.

Предполагаемая ТАТЭ поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен фронтальный вид с частичными разрезами.

На фиг.2 изображен вид сверху. На фиг.3 изображена перегородка в аксонометрии с отрезками трубопровода для подвода горючих газов и газов для охлаждения. На фиг.4 изображены две вращающиеся вокруг оси емкости с соответствующей ориентацией на ось и на солнце.

На Фиг.1 изображена герметично закрытая емкость малого объема 1, в которой размещен транспортер с верхним шкивом 2, нижний шкив 3, на которые натянута транспортерная лента или цепь 4 с закрепленными на ней баллончиками 5, между которыми размешена перегородка 6. В нижней части емкости размещены вакуум-компрессор 7, радиатор и мотор-компрессор холодильника 8 и камера 9, охлаждающий газ вдувается через сопло-раструб 10 по системе труба- в трубе, в баллончики 5. На чертеже показан участок циркулирующей воды 11 вне емкости. Магнитная система 12 расположена в области горловины 13 воронкообразной полости. Емкость малого объема отделена ребристой теплопроводной стенкой 14 от тяговой трубы 15, в которой размещены трубы-радиаторы 16 первого контура охлаждающие газ, а также второго контура 17 охлаждения газа, которые расположены ниже поверхности земли 18 в шахте 19, поверхность которых увлажняются водой, подаваемой с поверхности земли. В верхней части тяговой трубы внутри расположена дымовая труба 20 (система труба-в трубе), через которую 1 проходят горячие газы и обогревают воздух в тяговой трубе, покрытой снаружи прозрачной термоизоляцией 21. Внутри емкости малого объема под крышкой закреплен материал 22 с заданным температурным коэффициентом объемного расширения и залита жидкость до уровня 23 выше уровня верхнего шкива 2. Один конец трубопровода 24 подсоединен в области горловины воронкообразной полости через трубы-радиаторы 25, погруженные в циркулирующую воду вне установки, где жидкость в у трубах-радиаторах нагревается и конец трубы 26 вводится в нижнею часть емкости малого объема ближе к восходящему потоку жидкости 27. Емкость малого объема 1 отделена от емкости большого объема 28 ребристой теплопроводной стенкой 29. В верхней части большой емкости, полностью заполненной жидкостью, укреплены труба-расширитель или труба-заглушка 30. В нижней части, ближе к теплопроводной стенке 29, размешены полости-трубы 31 (топочная часть) для сжигания любых видов топлива. Горючие газы проходят по трубопроводам 32 через правую полую часть перегородки 6 и поступает в дымовую трубу 20. В емкости большого объема, ближе к теплопроводной стенке 29 размещен регулируемый экран 33, выполненный, например в виде поворотных жалюзей или занавески, складывающийся в виде «гармошки» и т.п., поверхность большой емкости также покрыта прозрачной термоизоляцией 21. Металлический корпус стенки малой емкости составлен из двух частей, разделенных термоизоляцией (34), предотвращающий теплопередачу между частями емкости.

Работает устройство следующим образом: мотор-генератор, связанный с валом верхнего шкива 2 приводит в движение ленту транспортера с баллончиками, вакуум-компрессор 7 через свой электродвигатель, запитанный от генератора, закачивает газ из верхней части малой емкости через сопло-раструб 11 в баллончики 5. Подъемная сила, возникающая от изотермически расширяющегося газа, а также дополнительного его нагрева от восходящего теплового потока жидкости с температурой большей, чем температура газа в баллончиках, образует своеобразный двигатель внешнего сгорания, создает движущую силу, вращающую ленту транспортера, и вместе с ней вовлекается в круговое вращение жидкость в малой емкости, которое дополнительно усиливается за счет теплового конвекционного потока, созданного путем нагрева восходящего и охлаждения нисходящего потоков жидкости. Восходящий поток жидкости нагревается за счет выделения тепла вакуум-компрессора 7, мотор-компрессора холодильника с его радиатором 8, нагретой жидкостью в трубах-радиаторах 25, омываемые циркулирующей водой вне емкости, который может дополнительно подогреватся трубами-радиаторами, установленными в эти потоки для дополнительного охлаждения газа, а также за счет горючих газов в трубах 32 от сжигания топлива в топочной части 31, расположенной в емкости большого объема 28, а также за счет тепла, передаваемого через теплопроводную стенку 29 от большой емкости 28, где жидкость нагревается до значительно большой температуры от всевозможных источников энергии, по сравнению с температурой жидкости в малой емкости.

Охлаждение нисходящего потока жидкости осуществляется ребристой теплопроводной стенкой 14 восходящим потоком воздуха, созданным искусственно и (или) естественно в тяговой трубе, нагретой как за счет парникового эффекта от солнечной радиации, так и за счет нагрева в верхней части от дымовой трубы 20, а также частью перегородки 6, через которую (первый контур охлаждения) прокачиваются охлажденные газы в трубах-радиаторах 16 за счет эффекта охлаждения при испарении с их влажной поверхности в потоке восходящего воздуха. Вода для увлажнения поверхности труб-радиаторов, расположенных в шахте поступает с поверхности земли, она может быть морской. Соль, выделяющаяся на поверхностях труб-радиаторов, периодически удаляется щетками, укрепленными радиально на валу, установленном в центре трубы. Второй контур охлаждения начинается с выхода компрессора, затем газ проходит и нагревает конец сопла-раструба (система труба-в трубе) и повторно охлаждается в трубах радиаторах 18 и дополнительно в термоизолированной камере 9 холодильника 8, и наконец вдувается с малым перепадом давления через сопло-раструб 10 в баллончики, где через теплопроводные стенки баллончиков значительно охлажденный газ нагревается в восходящем потоке жидкости, нагретой до температуры, ограниченной температурой упругости насыщенных паров жидкости, при заданном давлении (разряжении), расширяется и увеличивается подъемная сила, вращающая ленту транспортерами, магнитная жидкость дополнительно разгоняется магнитной системой, расположенной в области горловины воронкообразной полости за счет разности скоростей потока жидкости в широкой и узкой частях воронки. Магнитная система представляет из себя развернутую часть статора асинхронного двигателя, создающую бегущую магнитную волну и (или) поле постоянного магнита в зависимости от стадии работы и от параметров магнитной жидкости, представляющей из себя раствор солей железа и (или) микропорошки (в дисперсном состоянии ферромагнитного материала). Усиление магнитной индукции в широкой части воронки достигается магнитопроводом в перегородке 6, нижний срез которой находится примерно в средней части магнитной системы 12, точное положение которой находится опытным путем. Ограничение теплопередачи через металлическую стенку частей емкости малого объема осуществляется термоизоляцией (34), разделяющей части корпуса.

В емкости большого объема 28 жидкость нагревается до температуры близкой к точке кипения жидкости, в этом случае в верхней части емкости устанавливается труба-расширитель с открытой верхней частью. В случае предусмотренного нагрева жидкости выше температуры кипения устанавливается труба с заглушкой, элементы конструкции большой емкости рассчитываются на избыточное давление, возникающее внутри емкости от нагрева от всевозможных источников энергии: парникового эффекта от солнечной радиации, от генераторов ветряных установок, от сжигания с оптимальным соотношением топлива к воздуху в топочной части и др., и таким образом аккумулирующий энергию для использования в нужное время. В условиях невесомости сила тяжести может быть создана за счет центробежной силы путем вращения закрепленных симметрично вокруг оси емкостей, металлические корпуса которых составлены из двух половин с термоизоляцией между ними и соответствующей ориентации их к оси и на солнце и выбора цвета поверхности. В этом случае отпадает необходимость во многих элементах устройства, например, термоизоляции поверхности, вытяжной трубы и т.п., а охлаждение осуществляется путем ориентации сторон емкости с нисходящей потоком жидкости и расположения труб-радиаторов на неосвещенную сторону, в тень. Оптимальный режим теплопередачи в сторону малой емкости поддерживается за счет усиления или ослабления циркуляции жидкости путем регулирования положении, например жалюзи 33. Температура жидкости в малой емкости 1 поддерживается на уровне близкой к давлению насыщенных паров, которое зависит, в свою очередь, от давления (разрежения) в верхней части емкости, т.е. от объема свободного пространства под крышкой емкости которое автоматически (в определенных пределах) поддерживается за счет изменения от температуры объема материала 22, укрепленного под крышкой. Таким образом требуемый тепловой режим, при заданной скорости вращения шкива, поддерживается путем изменения положения экрана (жалюзи) 33, режимов работы вакуум-компрессора 7 и холодильника 8, количества сжигаемого топлива в топке 31, и КПД установки n=Nмех/Nкомпр. увеличивается с уменьшением давления упругости насыщенных паров жидкости, с увеличением высоты установки, а высота уменьшается с увеличением разрежения до определенных пределов.

Claims (7)

1. Термоаккумулированная гидроэлектростанция (ТАГЭ) с двигателем, содержащая термоизолированную, герметично закрытую емкость заданных размера и формы, заполненную жидкостью с магнитными свойствами до заданного уровня, транспортер со шкивами, охваченными лентой с закрепленными на ней баллончиками с открытыми донышками, перегородку, установленную в емкости с возможностью разделения вращающихся встречных потоков жидкости, сопло, размещенное в области нижнего шкива и подключенное через трубы-радиаторы к вакуум-компрессору с возможностью организации теплого конвекционного движения жидкости, причем тепловыделяющие элементы вакуум-компрессора расположены на восходящей стороне потока жидкости в нижней части емкости с возможностью нагрева жидкости и газа в баллончиках, а охлаждение потока жидкости на нисходящей стороне осуществляется стенкой, прилегающей к полости, образующей трубу, создающую тягу потока воздуха, и поверхностью труб-радиаторов, через которые засасываются охлажденные газы, установленных в области верхней части емкости, а магнитная система, расположенная в области горловины воронкообразной полости, создает переменное магнитное поле (бегущую волну), отличающаяся тем, что дополнительный нагрев в двигателе восходящего потока жидкости и газа в баллончиках осуществляется от внешних источников энергии, а дополнительное охлаждение нисходящего потока осуществляется полой перегородкой, составленной из двух секций с магнитопроводом внутри и с термоизоляцией между ними, через одну из них прокачивается газ, охлаждающийся по многоконтурной (многоступенчатой) схеме в трубах-радиаторах, расположенных в шахте тяговой трубы ниже поверхности земли, за счет эффекта охлаждения при испарении с влажной поверхности труб в потоке воздуха, созданного естественно и (или) искусственно, и (или) в камере холодильника, причем его тепловыделяющие элементы размещены на восходящей стороне потока жидкости, а емкость составлена из двух частей и разделена теплопроводной стенкой с ребрами жесткости - радиаторами на основную - малого объема и вспомогательную - большого объема с топочной частью с устройством регулировки теплопередачи между ними, причем объем большей емкости (размера) задан из условия аккумулирования заданного количества тепла жидкостью, нагретой до сравнительно высокой температуры, а корпус баллончиков с разветвленной поверхностью выполнен из материала с высокой теплопроводностью.

2. ТАГЭ по п.1, отличающаяся тем, что источниками внешней энергии, преобразующейся в тепло, является солнечная радиация, создающая парниковый эффект за счет прозрачной термоизоляции, ветряные установки с электрическими генераторами, потоки воды, например, подземные, с температурой выше температуры нисходящего потока жидкости, часть потока которого проходит через трубы-радиаторы, размещенные в этих подземных и других водах, а также другие источники энергии, в том числе энергии топлива в топках, расположенных в емкости большого размера, причем горючие газы от сжигания топлива проходят через секцию перегородки на стороне восходящего потока жидкости, а дымовые газы - по трубе, размещенной внутри тяговой трубы с наружной прозрачной термоизоляцией, а через секцию на стороне нисходящего потока - охлажденные газы.

3. ТАГЭ по п.1, отличающаяся тем, что в емкости большего объема, покрытой прозрачной термоизоляцией, размещена топочная часть для сжигания топлива, она полностью заполнена жидкостью, нагретой до температуры, значительно превосходящей температуру в малой емкости, и выполнена с расширительной трубой или трубой-заглушкой, расположенной в верхней части емкости, а устройство регулирования теплообмена выполнено в виде, например, поворотных жалюзи, расположенных ближе к теплопроводной стенке.

4. ТАГЭ по п.1, отличающаяся тем, что воронкообразная полость в двигателе образована на нисходящей стороне потока жидкости охлаждаемыми стенкой малой емкости и перегородкой, установленной с наклоном параллельно нисходящей стороне ленты транспортера, причем в малой емкости в верхней части установлен материал с заданным коэффициентом температурного объемного расширения.

5. ТАГЭ по п.1, отличающаяся тем, что извлечение энергии из воды с сравнительной высокой температурой вне емкости осуществляется путем подключения одного конца трубопровода к емкости малого размера в точке со сравнительно низкой температурой и относительно большим давлением, затем естественной и (или) принудительной циркуляцией этой жидкости в трубах-радиаторах и нагрева ее водой, циркулирующей вне емкости, а другой конец трубопровода подключен к точке с относительно меньшим давлением, ближе к восходящему потоку жидкости.

6. ТАГЭ по п.1, отличающаяся тем, что сила тяжести в условиях невесомости может быть создана за счет центробежной силы путем вращения закрепленных симметрично вокруг оси емкостей, соответствующей их ориентации на ось и на солнце, и выбора цветов на поверхности емкости; металлический корпус которой состоит из двух половин, разделенных термоизоляцией.

7. ТАГЭ по п.1, отличающийся тем, что нижний срез магнитопровода в перегородке располагается на уровне примерно в средней части магнитной системы, создающей постоянное и (или) переменное поле.