Криогенная аккумулирующая система

Полезная модель КРАС относится к системам экологически чистого аккумулирования, хранения и возврата накопленной энергии потребителям. Технический результат заявленного технического решения достигается тем, что вырабатываемая источником энергии работа преобразуется криогенной холодильной машиной и используется для получения криогенной жидкости и для нагрева теплоносителя потребительской системы горячего водоснабжения. При необходимости запасенная криогенная жидкость поступает в криогенный двигатель, соединенный с генератором энергии, которая возвращается потребителю. Выхлопной газ из двигателя направляется в утилизатор холода для холодильных систем потребителя, а затем может быть возвращен в криогенную холодильную машину, либо выброшен в атмосферу.

Полезная модель, криогенная аккумулирующая система (КРАС), относится к энергетике, в частности к области накопления и хранения энергии. Актуальность этой проблемы в настоящее время обусловлена в частности развитием систем так называемой альтернативной энергетики.

Принцип промежуточного накопления и хранения энергии широко применяется в традиционных генерирующих системах. Классическим примером может служить гидроэлектростанция, где накопитель энергии в виде водохранилища является ее неотъемлемой частью. Известны также гидроаккумулирующие станции (Патент РФ 58188 U1 от 05.06.2006.), в которых вода запасается впрок в соответствующих резервуарах, поглощая избыточную энергию, с помощью насосов, а затем накопленная энергия может быть возвращена в систему в случае необходимости с помощью гидросиловых агрегатов. Очевидно, что стоимость таких сооружений соответствующая.

Анализ рынка аккумулирующих систем для альтернативных источников энергии указывает на то, что в этой области техники большого прогресса нет. Наиболее распространенный способ - это химические аккумуляторы. Наиболее совершенные на сегодня литий - ионные имеют емкость 100-150 Вт/кг. веса аккумулятора при цене лития около 700 дол. США за килограмм. Хранить значительные количества энергии с их помощью накладно. Экологическая чистота такого хранения также сомнительна, т.к. литий - щелочной металл, пожароопасный и взрывоопасный при соприкосновении с парами воды, которые всегда присутствуют в окружающей атмосфере.

Рассматриваются способы хранения энергии посредством синтеза искусственных топлив, разложения воды на кислород и водород (Патент РФ 2313038 от 17.07.2006), сжатия воздуха (Патент РФ 730 U1 от 16.08.1995 г.), в механических маховиках, электрических конденсаторах. Расчеты показывают, что все эти методы либо крайне неэкономичны (получение водорода и искусственных топлив), экологически не безупречны, либо, как в случае со сжатым воздухом, требуют для своего хранения достаточно тяжелых и дорогих емкостей. Кроме того, хранение большого количества сжатого до очень высокого давления воздуха не безопасно.

В настоящее время в качестве альтернативных источников энергии наиболее широко применяют ветроустановки и преобразователи солнечной энергии в электрическую. В связи с тем, что ветер дует с непостоянной скоростью и нередко его скорость недостаточна для работы ветроустановки, применяют систему, включающую в себя электрогенератор, выпрямитель, химический аккумулятор, инвертор. (Патент РФ 2153752 С1 от 07.05.1999) Назначение инвертора - преобразование постоянного тока, поступающего из генерирующей системы, в кондиционный переменный ток для потребителя. В качестве резервных источников энергии, как правило, используют углеводородные электрогенераторы либо такая система подключается к электрической сети, если такая сеть существует.

Задача, которую решает предлагаемое устройство, заключается в создании автономной системы для экологически чистого и экономичного накопления и возврата энергии.

Поставленная задача решается тем, что подводимая энергия поглощается посредством использования холодильной машины для получения криогенной жидкости, которая накапливается в теплоизолированном резервуаре. По мере необходимости накопленную криогенную жидкость подают в криогенный двигатель (Патент РФ 2116460 от 27.07.1998, Патент РФ 2290521 от 27.12.2006), который соединен с генератором энергии. Таким образом, накопленная энергия возвращается потребителю. Пара криогенный двигатель - электрогенератор является устройством, подобным обычным мобильным электростанциям, использующим углеводородное топливо, которые обеспечивают приемлемые по качеству характеристики производимой электрической энергии.

На фиг.1 представлена такая аккумулирующая система.

На фиг.2 представлена система, дополненная утилизатором тепла и утилизатором холода.

Криогенная аккумулирующая система (фиг.1) включает в себя источник энергии (1), соединенный с холодильной машиной, производящей криогенную жидкость (2). В состав машины может входить система очистки и обезвоживания воздуха (3), разделитель газов (4), теплообменник (5), теплоизолированный резервуар для хранения криогенной жидкости (6). Резервуар соединен трубопроводом с криогенным насосом (7) и криогенным двигателем (8), подключенным к генератору энергии (9). Выхлоп двигателя через трубопровод связан с переключателем (10), который подключен к холодильной машине и трубопроводу сброса отработанного газа в атмосферу. С целью утилизации вырабатываемого тепла криогенной холодильной машиной и холода, вырабатываемого криогенным двигателем, система может быть дополнена водяным утилизатором тепла (11) и утилизатором холода (12), например, емкостью, заполненной антифризом (фиг.2).

Аккумулирующая система, использующая в качестве криогенной жидкости жидкий азот, работает следующим образом (фиг.1). Источник энергии (1) вращает холодильную машину (2), которая засасывает воздух через систему очистки и обезвоживания (3). Затем в разделителе (4) воздух разделяется на азот и остальные газы, присутствующие в воздухе, которые возвращаются в атмосферу. В холодильной машине азот превращается в жидкость и поступает в теплоизолированный резервуар (6). По мере необходимости жидкий азот подается насосом (7) в криогенный двигатель (8), который связан с электрогенератором (9), производящим кондиционный электрический ток. Холодный азот, который является выхлопом из криогенного двигателя, поступает с помощью переключателя (10) либо на вход холодильной машины, либо выбрасывается в атмосферу.

Как известно, при получении криогенной жидкости из холодильной машины отводится тепло с помощью теплообменника, которое целесообразно утилизировать и использовать для теплоснабжения потребителей. Поэтому (Фиг.2) выход теплообменника (5) может быть подключен к утилизатору тепла (11), а выхлоп криогенного двигателя (8) - к утилизатору холода (12).

В рассмотренной системе подведенная энергия от внешнего источника накапливается и преобразуется в тепло, холод и электричество. Такая система может заменить, используемые в настоящее время аккумулирующие устройства в альтернативных источниках энергии. При применении данной криогенной системы отпадает необходимость использования дополнительных резервных источников энергии или подключения к электросетям.

Предлагаемое техническое решение позволяет решить проблему аккумулирования и возврата энергии радикально, экологически чисто и экономично. Предлагаемое нами устройство КРАС позволяет накапливать и возвращать энергию практически в неограниченном количестве. Хранение энергии экономически оправдано и время хранения практически не ограничено. Такая система, производящая тело, холод и электричество, позволит обеспечить все потребности в энергии для автономных поселений или производств, энергия для которых вырабатывается с помощью альтернативных источников.

1. Криогенная аккумулирующая система, состоящая из последовательно соединенных источника энергии, криогенной холодильной машины с устройствами очистки и обезвоживания воздуха, разделителем газов и теплообменником системы охлаждения холодильной машины, теплоизолированного резервуара для хранения криогенной жидкости, отличающаяся тем, что резервуар для хранения криогенной жидкости соединен с криогенным двигателем, подключенным к автономному генератору энергии, причем магистраль выхлопа криогенного двигателя подключена к переключателю, соединенному с входом в холодильную машину либо с атмосферой.

2. Криогенная аккумулирующая система по п.1, отличающаяся тем, что выход теплообменника холодильной машины связан с утилизатором тепла для системы горячего водоснабжения потребителей энергии, а магистраль выхлопа криогенного двигателя до входа в переключатель соединена с утилизатором холода холодильной системы потребителей.

3. Криогенная аккумулирующая система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве накапливаемой криогенной жидкости используют сжиженный атмосферный азот.