UA134731U - Ступінчаста система вилучення теплової енергії із зовнішнього середовища і закачування її в ґрунт - Google Patents

Abstract

Ступінчаста система вилучення теплової енергії із зовнішнього середовища і закачування її в ґрунт містить замкнутий контур, усередині якого циркулює внутрішньосистемна речовина відповідно до заданого напрямку циркуляції, двигун-генератор, теплообмінники, містить щонайменше один зовнішній випарник, виконаний з можливістю відбору тепла з навколишнього середовища, щонайменше один внутрішній конденсатор, який має щонайменше одну і більше камер, що віддає тепло теплообміннику, який направляє тепло в ґрунт, щонайменше один двигун, поєднаний з генератором електричного струму, виконаний з можливістю роботи в замкнутій системі на різниці тисків між внутрішньосистемною речовиною, що випарюється та конденсується, щонайменше один насос, що подає конденсат з конденсатора у випарник, теплообмінник, що направляє тепло в ґрунт. Внутрішньосистемна речовина являє собою фреон. Насос, що подає конденсат з конденсатора у випарник виконаний у вигляді шестерного механізму. Двигун-генератор являє собою шестерний або ротор-пластинчастий механізм. Двигун-генератор має не менше однієї робочої зони, кожна з яких має не менше однієї робочої камери.

Description

Корисна модель належить до області теплоенергетики, зокрема до установок, що використовують зовнішнє тепло від доступного джерела, наприклад двигуна внутрішнього згоряння, сонячних колекторів, грунтового акумулятора і т.п., для автономного енергопостачання приміщень, зокрема постачання електрикою і теплом, і може бути використана як альтернатива для житлових секторів, міст і місцевостей, в тому числі віддалених від існуючих електричних ліній.

У світі існує всього одне джерело енергії - це енергія, вивільнена при ядерних реакціях. Всі інші доступні нам енергії є її наслідком. Ядерна реакція має в собі безліч процесів і наслідків, негативно відбиваються на живих істот, тому її використання обумовлене ретельним контролем.

Люди до теперішнього часу не змогли знайти ідеальний спосіб добування енергії з атомних реакцій, а постійно розвивається світ, вимагає її все більшої кількості. Альтернативою атому в нашому світі є гідроелектростанції, вітрові електростанції і електростанції на базі сонячних батарей і колекторів. Вуглеводневі електростанції не можуть бути альтернативою, будучи швидше вимушеним і тимчасовим способом, який в природному порядку повинен піти в минуле.

Розглядаючи існуючі способи вилучення і збереження енергії, можна знайти в них як суттєві переваги, так і недоліки. Перевагою енергії річок можна вважати стабільність і відсутність необхідності викидати шкідливі речовини в навколишнє середовище. Основний недолік - блокування русел і кількісна обмеженість. Майже всюди в нашому світі, де можна було побудувати гідроелектростанції, глобально не знищили природу, їх вже побудували. Вітрові електростанції стабільні при стабільному вітрі, вони добре підходять для відкритої місцевості з постійним вітром і відсутністю поруч з собою житлових зон. Недолік вітрових генераторів в їх шумі, високу вартість придбання, обслуговування та залежності від наявності вітру. Як гідроелектростанції, так і вітрові електростанції з працею можуть собі дозволити живуть в приватних житлових секторах. Хорошою альтернативою для житлових зон є сонячні батареї і колектори. Сонячні батареї екологічно безпечні, займають не великий простір і не відтворюють шум. Недолік сонячних батарей - низький ККД, залежність від присутності сонячного світла, висока вартість і необхідність в акумуляторах, які дорого коштують і недовговічні. Сонячні колектори мають хороший ККД, як і батареї, компактні, але їх робота, також залежить від присутності сонця. Основна проблема у використанні енергії сонця батареями і колекторами в

Зо тому, що під час активності сонця ми маємо найменшу необхідність в тепловій енергії, а коли вона максимально потрібна, маємо мінімальну кількість сонячних днів і годин.

Відомо, що для вилучення механічного потенціалу з температурного необхідна різниця в температурах, і чим більша різниця температур, тим ефективніше перетворення теплової енергії в механічну і далі в електричну. Відомий спосіб отримання механічної енергії з теплової за допомогою переходу речовин з рідинної в газову форму внаслідок нагріву і конденсації, внаслідок охолодження. Відомий спосіб зберігання теплової енергії в грунті, як природному акумуляторі, з розташуванням максимально високої температури в центрі акумулятора.

Відома установка замкнутого циклу, призначена для вироблення електричної енергії, що містить замкнутий контур, усередині якого циркулює щонайменше одне робоче текуче середовище, відповідно до заданого напряму циркуляції щонайменше один об'ємний розширювач, виконаний з можливістю прийняття на впуску робочого текучого середовища в газоподібному стані, при цьому об'ємний розширювач містить щонайменше один кожух, що має щонайменше один впуск і один випуск, призначені відповідно для введення і випуску робочого текучого середовища, активний елемент, розміщений в кожусі і призначений для утворення спільно з кожухом розширювальної камери змінного об'єму, головний вал, пов'язаний з активним елементом і виконаний з можливістю обертального руху навколо осі, щонайменше один розподільник, який працює на впуску і на випуску кожуха і виконаний з можливістю вибіркового відкриття і закриття згаданих впуску та випуску, щоб забезпечити щонайменше один стан введення, один стан розширення та один стан випуску робочого текучого середовища з розширювальної камери, щонайменше один генератор електричної енергії, приєднаний до головного вала, щонайменше один насос, поміщений в контур і виконаний з можливістю надання робочому текучому середовищу заданого напрямку циркуляції, щонайменше один перший теплообмінник, що працює в контурі і розташований після насоса відносно напряму циркуляції робочого текучого середовища, причому перший теплообмінник виконаний з можливістю прийому на впуску робочого текучого середовища і прийому тепла від гарячого джерела і забезпечення нагріву цього робочого текучого середовища до тих пір, поки не буде викликаний його перехід з рідкого стану в газоподібний стан, при цьому об'ємний розширювач під'єднаний після першого теплообмінника відносно напряму циркуляції робочого текучого середовища всередині контуру і виконаний з можливістю прийняття на впуску робочого текучого бо середовища в газоподібному стані, утвореного в першому теплообміннику, причому розподільник містить щонайменше один регулюючий пристрій, виконаний з можливістю забезпечення зміни щонайменше одного з наступних параметрів: тривалість стану введення максимального поперечного перерізу проходу впуску |НО Ме 2633321 С2, РОТК 13/02,20061І.

Даний аналог має низьку ефективність і невеликий ККД.

В основу корисної моделі поставлена задача створити ступінчасту систему вилучення теплової енергії із зовнішнього середовища і закачування її в грунт з одночасним виробленням електричної енергії при нагріванні грунту для підвищення ККД теплових насосів взимку.

Поставлену задачу вирішують тим, що ступінчаста система вилучення теплової енергії із зовнішнього середовища і закачування її в грунт, що містить замкнутий контур, усередині якого циркулює внутрішньосистемна речовина, відповідно до заданого напрямку циркуляції, двигун- генератор, теплообмінники, відповідно до корисної моделі, містить: щонайменше один зовнішній випарник виконаний з можливістю відбору тепла з навколишнього середовища; щонайменше один внутрішній конденсатор, який має щонайменше одну і більше камер, що віддає тепло теплообміннику, який направляє тепло в грунт; щонайменше один двигун, поєднаний з генератором електричного струму, виконаний з можливістю роботи в замкнутій системі на різниці тисків між внутрішньосистемною речовиною, що випарюється та конденсується; щонайменше один насос, що подає конденсат, з конденсатора у випарник; теплообмінник, що направляє тепло в грунт;

Внутрішньосистемна речовина являє собою фреон.

Насос, що подає конденсат з конденсатора у випарник виконаний у вигляді шестерного механізму.

Двигун-генератор являє собою шестерний або ротор-пластинчастий механізм.

Двигун-генератор має не менше однієї робочої зони, кожна з яких має не менше однієї робочої камери.

Заявлена система дозволить отримувати із зовнішнього середовища, транспортувати, акумулювати і використовувати тепло навколишнього середовища з подальшим використанням для опалення приміщень тепловими насосами, а також, виробляти електроенергію при закладці

Зо теплової енергії в грунтовий акумулятор і вилучення її з грунтового акумулятора.

Система буде працювати, за рахунок кипіння речовини в випарнику від нагріву навколишнім середовищем і конденсації в конденсаторі, охолоджуючись грунтом, тим самим прогріваючи грунт і виробляючи при цьому електроенергію за допомогою ротор-пластинчастого, шестерного, кулачкового або поршневого двигуна.

Заявлена система є незалежною та ефективною, здатною в перспективі, об'єднавшись в локальні мережі та взаємодіючи з сонячними електростанціями, вітровими електростанціями і гідроелектростанціями, витіснити необхідність спалювати вуглеводні. Система також дозволяє використовувати будь-які доступні джерела теплової енергії, супутнє тепловиділення в двигунах внутрішнього згоряння, електричних трансформаторах, різницю теплових потенціалів між денною спекою і нічним холодом пустель, різницю температур в морях і атмосфері і всюди, де існує стабільна різниця, починаючи від 10 "С і вище.

Система має повністю замкнуту рідинно-газову систему, що дозволяє використовувати в ній агресивні холодоагенти без шкоди для навколишнього середовища і здоров'я людей.

Корисна модель пояснюється кресленням. На кресленні зображена принципова схема системи.

Як приклад, на кресленні зображена система з ротор-пластинчастим механізмом, на базі якого розроблено двигун, який дозволяє добувати механічну енергію з кінетичного потенціалу, перегрітої пари. Механізмом є роторний двигун, об'єднаний з генератором в одному герметичному корпусі, що працює на різниці тисків в випарнику і конденсаторі.

Ступінчаста система вилучення теплової енергії із зовнішнього середовища і закачування її в грунт містить замкнутий контур 1, всередині якого циркулює внутрішньосистемна речовина, відповідно до заданого напряму циркуляції, двигун-генератор 2, щонайменше один зовнішній випарник 3, виконаний з можливістю відбору тепла з навколишнього середовища, щонайменше один внутрішній конденсатор 4, що має щонайменше одну і більше камер 5, що віддає тепло теплообміннику б, який направляє тепло в грунт, щонайменше один насос 7, що подає конденсат з конденсатора 4 в випарник 3;

Внутрішньосистемна речовина являє собою фреон.

Насос 7, що подає конденсат, з конденсатора 4 в випарник 3 виконаний у вигляді шестерного механізму. бо Двигун-генератор 2 являє собою шестерний або ротор-пластинчастий механізм.

Двигун-генератор 2 має не менше однієї робочої зони 8, кожна з яких має не менше однієї робочої камери 9.

Система функціонує в такий спосіб.

Зовнішнє тепло від доступного джерела, наприклад повітряних мас, сонячних колекторів, грунтового акумулятора і т.п., подають на випарник 3. У випарнику 4 внутрішньосистемна речовина перетворюється в пар і по замкнутому контуру 1 подається в робочу зону 8 двигуна- генератора 2 через впускний отвір 10. Двигун-генератор має не менше однієї робочої зони 8, кожна з яких має не менше однієї робочої камери 9 в рамках робочої зони. Перша робоча камера 9 робочої зони 8 пов'язана з випарником 3. У першій камері 9 робочої зони 8 відбувається відбір кінетичної енергії за рахунок різниці в тиску між випарником і конденсатором. Друга робоча зона 8 сполучена з першою і другою камерами 5 конденсатора 4.

У другій робочої зоні 8 відбір енергії припиняється і відбувається первинний відбір пари, який незначно знижує тиск і температуру. З другої зони робочої камери 8 через випускні отвори 11 і 12 пар направляється в першу камеру 5 конденсатора 4, в якій рідина, яку направляють в акумулятор, максимально прогрівається. У наступних камерах 9 робочої зони 8 відбувається наступний відбір пари для проміжного прогріву рідини, яка спрямовується в акумулятор в другій камері 5 конденсатора 4. В останній зоні двигуна відбувається остаточне скидання тиску, звідки пара йде в третю камеру 5 конденсатора 4 через вихідний отвір 12, яка служить для створення максимальної різниці тисків між випарником і конденсатором, при цьому різниця тисків дозволяє витягти максимальну кількість енергії. Пара, що надійшла в конденсатор, конденсується в рідину, віддаючи тепло теплообміннику 6, який направляє тепло в грунт. Сконденсовану рідину подають назад в зовнішній випарник З за допомогою насосів 7, де її випаровують, і цикл роботи системи повторюється.

В процесі роботи системи тиск між першою і останньою зоною робочої камери 8 наблизиться до різниці тиску між випарником З і конденсатором 4. Різниця в тиску стане причиною для обертання двигуна-генератора 2 і виробляння електричної енергії.

Двигун-генератор має не менше однієї проміжної камери, що дозволяє приймати теплову енергію, що направляється в акумулятор, і одночасно розподіляють навантаження на пластини.

Двигун-генератор 2 повинен бути сконструйований для роботи в масляній подушці. При

Зо виконанні двигуна у вигляді роторно-пластинчастого механізму, лопаті повинні ковзати в маслі і висуватися за рахунок тиску пари з попередньої зони більшого тиску для максимальної відповідності між збереженням щільності між робочими деталями і при цьому, не маючи між ними, зайвої напруги.

Ступінчаста система вилучення теплової енергії із зовнішнього середовища і закачування Її в грунт з одночасним виробленням електричної енергії при нагріванні грунту дозволяє з максимально великою продуктивністю отримати електричну (механічну) енергію і одночасно нагріти грунт для подальшого використання тепла грунту тепловими насосами.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

   1. Ступінчаста система вилучення теплової енергії із зовнішнього середовища і закачування її в грунт, що містить замкнутий контур, усередині якого циркулює внутрішньосистемна речовина, відповідно до заданого напрямку циркуляції, двигун-генератор, теплообмінники, яка відрізняється тим, що містить: щонайменше один зовнішній випарник, виконаний з можливістю відбору тепла з навколишнього середовища; щонайменше один внутрішній конденсатор, який має щонайменше одну і більше камеру, що віддає тепло теплообміннику, який направляє тепло в грунт; щонайменше один двигун, поєднаний з генератором електричного струму, виконаний з можливістю роботи в замкнутій системі на різниці тисків між внутрішньосистемною речовиною, що випарюється та конденсується; щонайменше один насос, що подає конденсат з конденсатора у випарник; теплообмінник, що направляє тепло в грунт.

   2. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що внутрішньосистемна речовина являє собою фреон.

   3. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що насос, що подає конденсат з конденсатора у випарник, виконаний у вигляді шестерного механізму.

   4. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що двигун-генератор являє собою шестерний або ротор-пластинчастий механізм.

   5. Система за п. 1, яка відрізняється тим, що двигун-генератор має не менше однієї робочої зони, кожна з яких має не менше однієї робочої камери.

   КУ х

   12. 8 ча я м З Я . Ак й б х й ння сижкю ч є і З ГЕ ві і ї зосадсснь ших сероух Ії На Н В ще о Ж ченко Ї ї - 5 и м он сне в в Н В плен их з укла 3 пане КУ ва І Її ї У а КК в а В ЧЕ 4 І й Бо ан су о г; ке У у НК й Ши ж ВМ оо чу і г и КК 3 . йо В Ж ка І. зав їх 115 ке

   З. Я м а З а : 5 ся Ки а В а а КО ме і ІЗ сл : Як - и рей й Мих, Ка м о й З Те В 1: ЕЕ ве я ск ко па Е і Н З с НК МО МОЖ Ж юн Е З Пор уня ГК ря Б нею ; Е і ; ож ко и НН и ВК КУ ї сен ом у кт ок ух ау у УК т Ук тн НУ ій, р Я КУ ОВ о У У З ї 1 в ши и В ШИ и Е Н ок : ОК шо руВюююююь 1 а: ДІ І НН ХХ т ї а На Я х Ж - т нКкже | А со х : с: т СУ : й ТК я ІВ Ж й і Б 4 З - а ан І ке М Ше З 3, НЕ І. ще і ЕЕ і їх о де ЕЕ ШЕУ їж Ї - Є, 1 ! Н Я ! че КУ ше Ії ЕІ х, З Шия т: І! Її Й Мене 5 Н соті т вт жВ ВВ юТВ пк кл жувати вх в НИ її В ХО КЕКС ЕК З ії 13 її З їі - 3515 хм: у х хі 53 х хі Е І: -е І хі ї з ЧЕ і : ши 4 Ії Її 13 і ши 13 ; ма не ЧИ 7 М кує, х А : і; КУ жит й ї ї пшн І ; я З : 1 Си І: З Е ІЗ | і Я : З хх З М Кай є а В В В В га авоннй Ман ванн оегодою ї і іЗ ж : ї . Х се дк КК: КЕ и : сне В, Ко К- я и З Ї З з: Я а: Ка и і ЖЕ жі Ве г я о МАЙ 3 жккккккк : ЕН 3 й я п В и Е і їі М б я я В В З Іі її а й Не Х пон чин нин ті 3 йо см ке дет у Н З Хх я Я поем ження НИ. в Ку дини и й У до , и , чи Не: чи: ще З ---- 535 5 5 5 5 -4«()::--: 88. 9-9 -9- ..-.-.7--- 8:98 33333333: :--т-