Энергетическая установка

Полезная модель относится к области энергетики и может быть использована в качестве установки для преобразования низкопотенциального тепла в механическую работу или электроэнергию. Энергетическая установка состоит из замкнутого контура, включающего теплообменник (испаритель и конденсатор), установленных на разной высоте в разных температурных средах и движитель, установленный между теплообменниками. В движитель, в виде беличьего колеса с карманами, поступает после испарителя низкокипящий агент в газовой фазе, который затем поступает в конденсатор, где переходит в жидкую фазу, после чего снова поступает в испаритель. Для улучшения работы в летнее время, когда соотношение температур в природных средах меняется, движитель может быть снабжен питательными насосами или элеватором (водоподъемником) с приводом от движителя для подъема воды в верхний теплообменник. Техническим результатом, получаемым при использовании установки, является реализация малых температурных перепадов между различными температурными средами (водой и воздухом, водой и водой), что позволяет при простоте конструкции обеспечивать надежное преобразование низкотемпературного тепла в механическую или электрическую энергию. Круглогодичность действия установки при использовании перепадов температурных сред в 1-2°С позволяет широко использовать ее в различных вариантах применения и климатических зонах. 1 н.п. ф-лы, 2 илл.

Полезная модель относится к области энергетики, а именно к установкам для преобразования низкопотенциального тепла в механическую работу.

Известна энергетическая установка, включающая теплообменники, установленные в разных температурных средах и движитель, установленный между теплообменниками, использующая в качестве хладагента жидкий азот, являющаяся отходом промышленного получения кислорода и нагреватель сжатого азота теплом воздуха окружающей среды (пат. РФ №2219370, F03G 7/04, заявл. 2002.12.16, опубл. 2003.12.20, «Устройство для извлечения тепловой энергии из воздуха окружающей среды с целью выработки электроэнергии и пресной воды»).

Недостатком такой установки является поступление хладагента извне, а также необходимость сжатия хладагента, что приводит к сложному устройству установки и исключает ее широкое применение.

Наиболее близким по сущности к предлагаемому техническому решению и выбранным в качестве прототипа является энергетическая установка, выполненная в виде замкнутого контура, включающая теплообменники, установленные в разных температурных средах и движитель, установленный между теплообменниками. Установка требует для своей работы дополнительные источники тепла и может использоваться для преобразования низкотемпературного тепла водоемов в любое время года при перепаде температур между разными температурными средами не менее 34°С зимой и 20°С летом (пат. РФ №2125165, F01K 25/00, F03G 7/04, заявл. 1996.04.26, опубл. 1999.01.20, «Энергетическая установка» - Прототип)

Недостатками этой энергетической установки является сложность конструкции, выраженная в наличии средств для нагнетания, нагрева и

изменения направления движения низкокипящего рабочего тела, а также значительный перепад температур между разными температурными средами.

Задачей, решаемой заявленным техническим решением является упрощение конструкции установки и снижение перепада температур между разными температурными средами до 1-2°С.

Техническим результатом, получаемым при использовании предлагаемой энергетической установки является простота конструкции, обеспечивающая при отсутствии источников подогрева рабочего тела надежное преобразование низкотемпературного тепла природных сред в механическую или электрическую энергию.

Для решения задачи в известной энергетической установке, выполненной в виде замкнутого контура, включающей теплообменники, установленные в разных температурных средах и движитель, установленный между теплообменниками, согласно заявляемому техническому решению, теплообменники установлены на разной высоте.

При этом, движитель может быть снабжен питательным насосом, может быть выполнен в виде беличьего колеса с карманами и снабжен элеватором для подъема воды в верхний теплообменник.

Установка теплообменников на разной высоте обеспечивает перепад давления для рабочего тела в жидкой фазе при поступлении из верхнего теплообменника в нижний.

Для улучшения работы установки в летний период, когда температура воздуха выше температуры воды, питательный насос, соединенный с движителем, дополнительно закачивает рабочее тело в жидкой фазе в верхний теплообменник, что обеспечивает надежную работу установки. Движитель в виде беличьего колеса с карманами, в которые попадает рабочее тело в газообразной фазе, позволяет реализовать очень малые перепады температур между разными температурными средами.

Использование движителя для привода элеватора, поднимающего воду в верхний теплообменник, позволяет в летний период выровнять нагрузки в

холостой и рабочей ветвях замкнутого контура установки, что также повышает надежность и эффективность ее действия.

На чертеже изображена схема энергетической установки: на фиг.1 - зимний вариант, на фиг.2 - летний вариант, на фиг.3 - вариант установки с элеватором.

Энергетическая установка состоит из замкнутого контура, включающего теплообменники 1 и 2, установленные на разной высоте в разных температурных средах (воде и воздухе) и движитель 3, установленный между теплообменниками.

В зимнем варианте, когда температура воздуха ниже температуры воды, верхний теплообменник 1, установленный в воздухе, представляет собой конденсатор, а нижний теплообменник 2, установленный в воде - испаритель. Движитель 3 в виде беличьего колеса с карманами, в который поступает рабочее тело (низкокипящий агент - фреон R12, R22, хладон R134) в газообразной фазе после испарителя, позволяет реализовать очень малые температурные перепады между водой и воздухом (1-2°С).

В летнем варианте, когда температура воздуха выше температуры воды возможны следующие варианты устройства установки:

1. От нижнего теплообменника 2 (конденсатора), расположенного в воде, рабочее тело в жидкой фазе подается на верхний теплообменник 1 (испаритель) питательным насосом 4, приводимым от движителя 3.

2. Холодная вода подается на верхний теплообменник 1 (конденсатор), расположенным выше движителя 3 и теплообменника 2 (испарителя), расположенного в воздухе, ковшовым элеватором 5.

Энергетическая установка работает следующим образом: рабочее тело, циркулируя по замкнутому контуру из испарителя в конденсатор через движитель 3 за счет разности температур различных температурных сред, в которых находятся конденсатор и испаритель, конденсируясь из газообразной фазы в конденсаторе и переходя из жидкой фазы в газообразную в испарителе, благодаря разности высот, на которых

установлены конденсатор и испаритель, получает дополнительное давление, находясь в виде столба в жидкой фазе по соответствующему трубопроводу между конденсатором и испарителем, что приводит рабочее тело в движение «самотеком», не требуя дополнительных устройств для этой цели.

В газообразной фазе после движения, рабочее тело, также само, без дополнительных устройств, поступает в конденсатор, где переходит в жидкую фазу.

Подобная природная циркуляция рабочего тела (жидкое опускается, газообразное поднимается) позволяет предельно упростить конструкцию установки, реализуя минимальные перепады температур различных температурных сред, в которых находятся испаритель и конденсатор, включая разницу температур различных слоев воды, грунта, а также разность температур между днем и ночью.

Круглогодичность действия установки позволяет использовать ее в любых климатических зонах при том, что при малом КПД мощность установки может быть значительно увеличена за счет увеличения размеров теплообменников.

1. Энергетическая установка, выполненная в виде замкнутого контура, включающая теплообменники, установленные в разных температурных средах, и движитель, установленный между теплообменниками, отличающаяся тем, что теплообменники установлены на разной высоте.

2. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что движитель снабжен питательным насосом.

3. Энергетическая установка по п.1, отличающаяся тем, что движитель выполнен в виде беличьего колеса с карманами.

4. Энергетическая установка по пп.1 и 3, отличающаяся тем, что движитель снабжен элеватором для подъема воды в верхний теплообменник.