початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2219370

ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИЛУЧЕННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ З ПОВІТРЯ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА З МЕТОЮ ВИРОБЛЕННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ і прісної води

Ім'я винахідника: Цивінський Станіслав Вікторович
Ім'я патентовласника: Цивінський Станіслав Вікторович
Адреса для листування: 109417, Москва, а / с 15, С.В.Цівінскому
Дата початку дії патенту: 2002.12.16

Винахід призначений для отримання електроенергії та прісної води, використовуючи при цьому тепло повітря навколишнього середовища, а в якості холодоагенту - рідкий азот, який є відходом промислового отримання кисню. Пристрій для вироблення електроенергії і прісної води містить випарник рідкого азоту з підігрівачем, компресор для стиснення випарувався робочого газу азоту, нагрівач стисненого азоту теплом повітря навколишнього середовища, турбіну або каскад турбін, що працюють на підігрітому азоті, трубопроводи, що з'єднують конструктивні елементи. При цьому трубопровід від випарника до компресора виконаний теплоізольованим, а трубопровід від компресора до турбіни або каскаду турбін - НЕ теплоізольованим. Нагрівач стисненого азоту теплом повітря навколишнього середовища виконаний у вигляді двох паралельних черзі включаються нагрівача зі змійовиками для конденсації води у вигляді роси або льоду, періодично розплавляється електричними нагрівачами. Для додаткового охолодження виходить з турбіни або каскаду турбін робочого газу азоту виконаний холодильник у вигляді змійовика, зануреного в рідкий азот. Спосіб вироблення електроенергії і прісної води полягає в тому, що випарувався робочий газ азот з температурою 85-100К спочатку стискають в 50-20 разів, температуру якого при цьому підвищують до температури нижче температури навколишнього середовища, а потім теплом повітря навколишнього середовища в нагрівачах підвищують температуру робочого газу азоту при постійному тиску до температури повітря навколишнього середовища. При цьому забезпечують конденсацію парів води з повітря у вигляді роси або льоду, який періодично розплавляють електричними нагрівачами. Після чого робочий газ азот направляють в турбіну або каскад турбін для забезпечення обертання електрогенератора і вироблення електроенергії, а охолоджений газ направляють в змійовик, розташований в рідкому азоті для зниження температури початкового стану при постійному вихідному тиску. Винахід дозволяє підвищити ККД вироблення електроенергії, забезпечуючи при цьому отримання прісної води.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до галузі гідроенергетики, зокрема до джерел електроенергії, які додатково у вигляді побічного продукту виробляють прісну питну воду шляхом конденсації водяної пари з повітря.

Відомі пристрої, які називаються тепловими насосами [1-4], призначені для вилучення теплової енергії з повітря або води навколишнього середовища.

Недоліком цих пристроїв є те, що витягають тепло не може бути перетворено в електричну енергію і це тепло використовують тільки для обігріву. Це обмежує можливості використання тепла навколишнього середовища.

Відомі й пристрої для отримання прісної питної води шляхом конденсації водяної пари з повітря [5, 6].

Недоліком цих пристроїв є те, що вони при отриманні питної води тільки споживають електроенергію, але її не виробляють.

Відомо пристрій, описане за корисної моделі [7], в якому попередньо зріджений азот випаровується, надходить в трубопровід, що прогрівається теплом навколишнього середовища, стискається компресором і направляється в трубопровід, що нагрівається тепловим насосом, і далі подається на турбіну, що обертає електрогенератор, який вироблену електроенергію направляє в електромережу. Газ, що обертає лопатки турбіни, здійснюючи механічну роботу при адіабатичному розширенні, охолоджується і його тиск стає рівним тиску газу в випарнику. При цьому передбачається, що температура цього охолодженого газу буде і дорівнює вихідної температурі газу в випарнику після переходу його в газоподібний стан, що, як показують розрахунки, неможливо, так як температура буде вище, і для її зниження необхідно спеціальний пристрій, зване в термодинаміки холодильником , яке присутнє у всіх відомих діючих теплових машинах, але в пристрої за свідченням на корисну модель відсутня, в результаті чого циклічний процес стиснення і розширення газу виявляється незамкнутим і пристрій в цілому непрацездатним.

Найбільш близьким аналогом до заявленого пристрою і способу є теплова електростанція, описана в патенті Російської Федерації 2148175 С1, МПК 7 F 01 К 25/10, опубл. 27.04.2000, (10).

Теплова електростанція містить трубчастий циліндричний котел, турбіну з генератором і систему нагріву робочого тіла, що включає теплообмінник, вентилятор, конденсатор, дві посудини Дьюара, два компресори, два насоси з трубопроводами та запірно-регулюючої арматурою, як енергоносія застосований атмосферне повітря, а в якості робочого тіла і хладоагента застосована кріогенна рідина і після котла встановлений пароперегрівач, забезпечений вентилятором. Внизу кожуха пароперегрівача виконано вікно, що виходить в прибудований короб прямокутного перерізу, всередині якого встановлено транспортер для видалення льоду у відвал. У пароперегрівнику встановлені обмерзанню, наприклад, у вигляді ультразвукового генератора.

Дана теплова електростанція має низький коефіцієнт корисної дії з вироблення електричної енергії, при цьому отриманий в результаті роботи лід корисно не використовується.

Завданням винаходу є підвищення коефіцієнта корисної дії отримання електроенергії і прісної води, використовуючи рідкий азот, який є дешевим відходом масового промислового одержання кисню з повітря [9].

Зазначений технічний результат досягається завдяки тому, що пристрій для вироблення електроенергії і прісної води, містить випарник рідкого азоту з підігрівачем, компресор для стиснення випарувався робочого газу азоту, нагрівач стисненого азоту теплом повітря навколишнього середовища, турбіну або каскад турбін, що працюють на підігрітому азоті, трубопроводи , що з'єднують конструктивні елементи, при цьому трубопровід від випарника до компресора виконаний теплоізольованим, а трубопровід від компресора до турбіни або каскаду турбін - НЕ теплоізольованим, причому нагрівач стисненого азоту теплом повітря навколишнього середовища виконаний у вигляді двох паралельних черзі включаються нагрівача зі змійовиками для конденсації води в вигляді роси або льоду, періодично розплавляється електричними нагрівачами, а для додаткового охолодження виходить з турбіни або каскаду турбін робочого газу азоту виконаний холодильник у вигляді змійовика, зануреного в рідкий азот.

Спосіб вироблення електроенергії і прісної води, що полягає в тому, що випарувався робочий газ - азот з температурою 85-100К спочатку стискають в 50-20 разів, температуру якого при цьому підвищують до температури нижче температури навколишнього середовища, а потім теплом повітря навколишнього середовища в нагрівачах підвищують температуру робочого газу азоту при постійному тиску до температури повітря навколишнього середовища, при цьому забезпечують конденсацію парів води з повітря у вигляді роси або льоду, який періодично розплавляють електричними нагрівачами, після чого робочий газ азот направляють в турбіну або каскад турбін для забезпечення обертання електрогенератора і вироблення електроенергії, а охолоджений газ направляють в змійовик, розташований в рідкому азоті для зниження температури початкового стану при постійному вихідному тиску.

Суть винаходу полягає в тому, що після стиснення в компресорі робочий газ має температуру значно нижче температури повітря навколишнього середовища і відповідно до законів термодинаміки тепло з навколишнього середовища перетікає в робочий газ азот, що забезпечує високу ефективність роботи запропонованого пристрою. Крім того, при вилученні тепла з повітря навколишнього середовища його температура знижується, і що містяться в ньому пари води конденсуються, дозволяючи отримувати прісну питну воду.

На фіг. 1 зображена схема запропонованого пристрою. На фіг.2 зображено термодинамічний цикл робочого газу в пропонованому пристрої.

Пристрій на фіг.1 складається: з випарника 1 зрідженого газу, що закривається герметичною кришкою 2; електричного нагрівача 3; теплоізольованого трубопроводу 4; компресора 5; НЕ теплоізольованого трубопроводу 6, с кранами 7, 8 і 9, 10; нагрівачів робочого газу 11, 12 зі змійовиками 13, 14, електричними нагрівачами 15, 16, кранами 17, 18 для випуску питної води і з отворами 19, 20 і 21, 22 для впуску в нагрівачі і випуску з них повітря навколишнього середовища; турбіни 23 (або каскад турбін) з приєднаним електрогенератором 24; холодильника 25, що заповнюється рідким азотом, в середовищі якого розташовується змійовик 26, проходячи через який охолоджується робочий газ, який відпрацював в турбіні 23, і по теплоізольованих трубопроводів 27 надходить у випарник 1, а для заливки рідкого азоту і для видалення випарувався рідкого азоту з холодильника 25 на корпусі холодильника виконані отвори 28 і 29.

Принципова схема роботи запропонованого пристрою зображена у вигляді циклу на фиг.2. Спочатку через отвір в кришці 2 всередину випарника 1 заливають певну кількість рідкого азоту, наприклад один кіломоль азоту, 28 кг, потім кришку 2 закривають і включають електрично нагрівач 3. Відразу після випаровування рідкого азоту електричний нагрівач 3 вимикають. Далі згідно фіг.2 спочатку випарувався рідкий азот адіабатично стискається компресором. При цьому температура газу підвищується від T ₁ до Т _2, яка значно нижча за температуру повітря навколишнього середовища, а тиск від P ₁ підвищується до Р ₂ (стан 2, фіг.2). Потім робочий газ по які теплоізольовані теплопроводу 6 надходить в один з нагрівачів 11 або 12. Якщо газ надходить в нагрівач 11, то крани 7 і 8 відкриті, а 9 і 10 закриті. Одночасно через отвір 19 починають всередину нагрівача 11 прокачувати повітря навколишнього середовища, який віддає тепло робочому газу в змійовику 13 і виходить з нагрівача через отвір 22. При цьому робочий газ в змійовику 13 при постійному тиску Р ₂ нагрівається до температури повітря навколишнього середовища Т ₃ і виходить з нагрівача 11 в продовження трубопроводу 6 (перехід робочого газу зі стану 2 в стан 3, фіг.2).

Пари води, що містяться в повітрі навколишнього середовища, конденсуються в нагрівачі 11 у вигляді льоду і роси, і після накопичення достатньої їх кількості, крани 7 і 8 нагрівача 11 закривають, включають електричний нагрівач 16, розплавляють лід і випускають отриману воду через кран 17.

Відразу ж після закриття кранів 7 і 8 відкривають крани 9 і 10 і замість нагрівача 11 починає працювати нагрівач 12, так як це описано вище стосовно до нагрівача 11.

Робочий газ при тиску Р ₂ і температурі Т ₃ по продовженню трубопроводу 6 направляють через сопло на лопатки турбіни 23 (або каскад турбін), де робочий газ адіабатично розширюється і обертає турбіну 23 і приєднаний до неї електрогенератор 24, що виробляє електроенергію, який спрямовується в електромережу. При цьому температура робочого газу знижується від Т ₃ до Т _4, а тиск падає від Р ₂ до P ₁ (тиску робочого газу в випарнику 1 і трубопроводі 4) - перехід зі стану 3 в стан 4 (фіг.2). Далі робочий газ при температурі Т ₄ і тиску P ₁ по змійовику 26 надходить в холодильник 25, наповнений рідким азотом, і охолоджується до температури Т ₁ і по теплоізольованих трубопроводів 27 надходить у випарник 1 при температурі T ₁ і тиску P ₁ (перехід зі стану 4 в стан 1, фіг.2). Таким чином, робочий цикл газу завершується і далі може повторюватися необмежену кількість разів, виробляючи електричну енергію з тепла повітря навколишнього середовища, використовуючи при цьому як холодоагенту (холодильника) рідкий азот, який є дешевим відходом масового промислового одержання кисню з рідкого повітря.

Рідкий азот періодично доливають в холодильник 25 через отвір 28 в корпусі холодильника 25, а випарувався при охолодженні робочого газу рідкий азот видаляється через отвір 29.

Величина роботи, отриманої за один цикл робочого газу, може бути значною, і її можна просто обчислити графічно за площею циклу на фиг.2. Вона і може бути легко обчислена за відомим рівнянням термодинаміки [8]. Ця робота в 1,5-2 рази більше енергії, витраченої на роботу компресора 5.

Таким чином, запропоноване пристрій дозволяє виробляти електроенергію з тепла повітря навколишнього середовища. Її робота заснована на абсолютно ясних твердо встановлених законах термодинаміки, яким вона не суперечить.

Для вироблення електроенергії запропонованим пристроєм потрібно тільки повітря навколишнього середовища з температурою, звичайною для земних умов, і рідкий азот, який є дешевим відходом масового промислового одержання кисню з рідкого повітря [9].

Великою перевагою запропонованого пристрою є можливість, крім електроенергії, виробляти прісну питну воду, так як в сучасному світі проблема отримання прісної питної води так само гостра, як і проблема отримання електроенергії. В отриману воду можна вводити мінеральні добавки, і вода стане рівноцінної природній воді високої якості.

Вироблена пропонованим пристроєм електроенергія після використання, в кінцевому рахунку, повернеться в навколишнє середовище у вигляді тепла, в результаті чтого не будуть відбуватися екологічні зміни. Пристрій є екологічно безпечним. Його застосування при використанні рідкого азоту, який є дешевим відходом масового промислового одержання кисню з рідкого повітря, дасть великий економічний ефект, але кількісного його оцінити в даний час важко.

ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ

1. Рей Д., Макмайкл Д. Теплові насоси, Енергоіздат, Москва, 1982 р

2. Кушнирев В.І., Лебедєв В.І., Павленко В.А. Технічна термодинаміка та теплопередача, Стройиздат, Москва, 1986 р, стр.236.

3. Соколов Е. Я. Енергетичні основи трансформації тепла і процесів охолодження, Енергоіздат, Москва, 1981 г., стр.28, 60-63.

4. Бакластов А.М., Горбенко В.А., Данилов О.Д. і ін. Промислові теплообмінні процеси і установки, Вища школа, Москва, 1986 р, стор.292.

5. Цивінський С. В. Пристрій для отримання прісної води шляхом конденсації водяної пари з повітря, Патент РФ 2045978, 1991 р, MПK 6 B 01 D 5/00.

6. Цивінський С. В. Пристрій для ефективного отримання прісної води шляхом конденсації водяної пари з повітря, Патент РФ 2169032, 1999 г., МПК 7 В 01 D 5/00.

7. Цивінський С.В. Пристрій для отримання тепла з води і повітря навколишнього середовища з метою вироблення електроенергії, Свідоцтво на корисну модель РФ 5848, 1995 г., МПК 6 F 25 В 30/02.

8. Яворський Б. М., Детлаф А. А. Довідник з фізики, Видавництво "Наука", Москва, 1990 г., стр.98-113.

9. Глізманенко Д.Л. Отримання кисню, Видавництво "Хімія", Москва, 1972 р стр.15-29.

10. Патент Російської Федерації 2148175 С1, МПК 7 F 01 К 25/10, опубл. 27.04.2000.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Пристрій для вироблення електроенергії і прісної води, що містить випарник рідкого азоту з підігрівачем, компресор для стиснення випарувався робочого газу азоту, нагрівач стисненого азоту теплом повітря навколишнього середовища, турбіну або каскад турбін, що працюють на підігрітому азоті, трубопроводи, що з'єднують конструктивні елементи, при цьому трубопровід від випарника до компресора виконаний теплоізольованим, а трубопровід від компресора до турбіни або каскаду турбін - НЕ теплоізольованим, причому нагрівач стисненого азоту теплом повітря навколишнього середовища виконаний у вигляді двох паралельних черзі включаються нагрівачів з змійовиками, для конденсації води у вигляді роси або льоду, періодично розплавляється електричними нагрівачами, а для додаткового охолодження виходить з турбіни або каскаду турбін робочого газу азоту виконаний холодильник у вигляді змійовика, зануреного в рідкий азот.

2. Спосіб вироблення електроенергії і прісної води, що полягає в тому, що випарувався робочий газ азот з температурою 85-100 К спочатку стискають в 50-20 разів, температуру якого при цьому підвищують до температури нижче температури навколишнього середовища, а потім теплом повітря навколишнього середовища в нагрівачах підвищують температуру робочого газу азоту при постійному тиску до температури повітря навколишнього середовища, при цьому забезпечують конденсацію парів води з повітря у вигляді роси або льоду, який періодично розплавляють електричними нагрівачами, після чого робочий газ азот направляють в турбіну або каскад турбін для забезпечення обертання електрогенератора і вироблення електроенергії, а охолоджений газ направляють в змійовик, розташований в рідкому азоті для зниження температури початкового стану при постійному вихідному тиску.

Версія для друку
Дата публікації 13.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів