1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 29210
(51) F24J 2/42 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2013/0801.1
(22) 14.06.2013
(45) 17.11.2014, бюл. №11
(76) Сложеникин Александр Александрович
(56) RU 2254522 C1, 20.06.2005
JP 6070530 B4, 07.09.1994
WO 2008010967 A2, 24.01.2008
(54) СОЛНЕЧНОПАРОАТМОСФЕРНАЯ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ
(57) Изобретение относится к возобновляемым
источникам энергии. В данном изобретении
использован принцип получения тепла от солнца,
накопления данного тепла в теплоаккумуляторе, и
используя это тепло превращаем воду в пар. Затем
используя принцип пароатмосферного двигателя
превращаем солнечную энергию в электрическую.
Электростанция состоит из термонепроницаемого
контейнера, теплоаккумулятора,
солнечновакуумных батарей, двух чашеобразных
секций и генератора. Принцип работы данной
электростанции: в чашеобразных секциях за счет
впрыскивания холодной воды происходит
мгновенная конденсация пара. Атмосферное
давление силой в 1кг на 1 квадратный сантиметр
давит на диафрагму чашеобразной секции.
Диафрагма прогинается внутрь секции, увлекая за
собой магнитный ротер генератора. Затем во второй
секции происходит тот же самый процесс. И
магнитный ротер возвращается в свое
первоначальное положение. Цикл конденсации пара
происходит непрерывно. За счет движения
магнитного ротера внутри электромагнитных
катушек генератора происходит выработка
электроэнергии. Данная электростанция размещена
в контейнере и является мобильной,
легкоперевозимой, независящей ни от каких
внешних факторов.
Поэтому спектр применения данного принципа
электростанции неограничен.
(19)KZ(13)B(11)29210
2. 29210
2
Изобретение относится к возобновляемым
источникам энергии. В данном изобретении
использован принцип получения тепла от солнца,
накопления данного тепла в теплоаккумуляторе, и
используя это тепло, превращаем воду в пар. Затем,
используя принцип пароатмосферного двигателя,
превращаем солнечную энергию в электрическую.
Область техники, к которой относится
изобретение: выработка электрической энергии с
помощью возобновляемых источников энергии.
Уровень техники: использование конденсации
воды внутри рабочего цилиндра путем
впрыскивания холодной воды впервые применил в
1705г. Томас Ньюкомен в своем паровом насосе.
Работа пароатмосферного двигателя Ньюкомена
хорошо показана на сайте
http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/395316,
опубликованного Wikimedia Foundation 2010.
Однако на своё изобретение Ньюкомен не смог
получить патент, так как паровой водоподъёмник
был запатентован ещё в 1698 году Т. Севери.
Недостатками первых пароатмосферных машин
было очень большая теплопотеря при их работе.
Также отсутствовала герметичность. А рабочий
цилиндр был маленького диаметра, но с большим
рабочим ходом. А чтоб получить большую
мощность на пароатмосферном двигателе нужно
наоборот использовать большой диаметр цилиндра с
маленьким ходом. Использование солнечной
энергии для разогрева пара и вращения паровых
турбин не ново. В пустыне Невады, близ города
Болдер-Сити, была запущена Nevada Solar One -
крупнейшая в мире солнечная электростанция на
параболических зеркалах, мощностью 64 МВт,
которую уже окрестили эпохальной. В данной
электростанции солнечная энергия превращает воду
в пар, разогрев до 400 градусов, а пар крутит
паровые турбины.
В моей же установке используется другой
принцип. Полученная солнечная энергия
аккумулируется в теплоаккумуляторе и постепенно
расходуется, что обеспечивает круглосуточную
работу данной электростанции. Согласно законам
физики температура кипения воды при атмосферном
давлении в 760мм РТ. ст. составляет 99,974 градуса
цельсия. Температура вещества в процессе
конденсации не изменяется. Температура
конденсации паров вещества равна кипению этого
вещества. Из этого следует, что пар температурой в
100 градусов достаточно остудить всего на 1 градус,
и он превратится в конденсат. А данный конденсат
разогрев всего на 1 градус снова превратится в пар.
При испарении 1 литра воды образуется 1.675 м3
пара.
Задача изобретения: использование полученной
солнечной энергии с гораздо большим КПД для
выработки электроэнергии.
На фиг.1 показан вертикальный разрез
солнечнопароатмосферной электростанции.
Обозначены: 1-теплонепроницаемый контейнер,
2- задняя стенка чашеобразной секции №1, 3- задняя
стенка чашеобразной секции №2, 4- обмотка
электрогенератора, 5- насосы откачки конденсата, 6-
диафрагма секции №1, 7-диафрагма секции №2, 8-
подвижный ротор электрогенератора, 9-тепловой
аккумулятор, 10-солнечные вакуумные
маслонагревательные трубки, 11-тепломаслопровод,
12- ванны испарения конденсата, 13-форсунки
подачи холодной воды, 14-система охлаждения
конденсата, 15- водопровода подачи холодной воды
на форсунки, 16-водопровод откачки конденсата,
17-котел разогрева масла, 18-вытяжная труба котла.
В данной установке изображенной на фиг.1
показаны две чашеобразные секции под №2 и №3 в
передней части данных секций имеются диафрагмы
под №6 и №7. Диафрагмы изготовлены из
силиконовой резины (мембрана) "FORSIL®",
производитель "Rogers Corporation' (Бельгия),
твердость шор А40, высокоэластичная, условия
прочности 68 кг/см2
, температурный диапазон от
-70С до 250С. Диафрагмы в отличие от паровых
турбин используют всю энергию, которая на них
давит, так как не пропускают воздух, а,
следовательно, их КПД равно 100 процентов. Форма
чашеобразных секции выбрана потому, что на ней
можно использовать самый большой диаметр
диафрагм при очень малом внутреннем объеме. По
моим расчетом внутренний объем между задней
стенкой и диафрагмой будет равен примерно 3-3,5
кубических метров. Следовательно, чтоб заполнить
такой объем водным паром, всего потребуется 2
литра воды. Разогрев данную воду до 100 градусов
мы получаем объем пара более 3 кубических
метров. Чтоб сконденсировать данный объем пара
достаточно в него распылить 40 грамм холодной
воды. При этом температура пара понизится на 1
градус. Чтоб разогреть 1 литр воды на 1 градус
необходимо 1 килокалорий тепла. А так как у нас в
каждой секции будет по 2 литра воды, для их
разогрева необходимо 2 килокалории тепла на
каждую секцию на один цикл конденсации. При
этом мы получим рабочее давление на диафрагму в
50 тонн. А так как секций две, то получим 2 толчка
по 50 тонн. При поднятии 1 кг на 1 метр
затрачивается 10 Дж. При поднятии 50 тонн на
1 метр, а ход штока диафрагмы будет составлять
1 метр, следовательно, энергия, полученная от
атмосферного давления, будет составлять 50 000 Дж
на каждую секцию при одной конденсации пара. А
50 000 Дж равны 0,138 кВт/ч. Следовательно, две
секции за одну конденсацию выработают
0,276кВт/ч.
Если получится добиться 60 циклов в минуту, а
это 1 цикл в секунду, то за час будет произведено
3600 циклов в час. Умножив их на 0,276 квт/ч,
получим 993,6 кВт/ч. Такую мощность мы можем
получить с помощью данной установки. При этом
будет затрачено тепловой энергии 14400
килокалорий или 16,7472 кВт/ч. Но естественно
будут дополнительные расходы на насосы, на
охлаждение конденсата, тепловые потери, но все
равно эффект достаточно большой.
Такая экономия тепла достигается благодаря
тому, что все оборудование расположено в
теплонепроницаемом контейнере. А рабочая
температура внутри контейнера равна 100 градусов.
3. 29210
3
Благодаря этому при работе установки теплопотери
близки к нулю. Дополнительно к этому при работе
электрогенератора выделяется большое количество
тепла, которое также используется рабочими
секциями. После конденсации паров вода попадает
на стенки секции, а также на диафрагму, а так
внутри контейнера температура равна 100 градусов
происходит мгновенное вскипание. Дополнительно
к этому почти постоянно внутри рабочих секции
имеется частичное разряжение давления. А, как
известно при понижении давления температура
вскипания воды намного ниже.
Из всего вышесказанного следует, что солнечная
энергия, получаемая энергобатареями будет идти
только на подогрев воды. А все остальные
теплопотери будут возмещаться теплоотдачей
генератора.
При первоначально запуске станции естественно
будет затрачено очень большое количество энергии
для того чтоб довести температуру внутри
контейнера и разогреть всë имеющееся
оборудование до ста градусов. Но расход этой
энергии мы не берем в расчет, так как она единична
при старте станции. Для первоначального запуска,
если имеется сетевая электроэнергия, разогрев и
запуск станции будет, происходит за счет сетевой
электроэнергии. В случае ее отсутствия для
разогрева станции имеется котел, работающий на
древесных паллетах. Паллеты изготовляются из
отходов древесины, а, следовательно, являются
возобновляемыми источниками энергии. В случае
отсутствия паллет можно использовать обычные
дрова, которые также являются возобновляемыми
источниками энергии.
Котел разогревает масло в теплоаккумуляторе. А
теплоаккумулятор в свою очередь разогревает всю
станцию. Использование котла так же возможно в
критических ситуациях, когда в северных регионах
недостаточное количество солнечной энергии
можно доразогревать теплоаккумулятор с помощью
котла. В обычной же ситуации по моим расчетам
получаемой солнечной энергии будет достаточно
для работы электростанции на протяжении 24 часов.
При использовании теплоаккумулятора. Полученная
днем солнечная энергия будет аккумулироваться в
теплоаккумуляторе, а ночью постепенно
расходоваться и это будет давать возможность
использовать данную электростанцию
круглосуточно.
Принцип работы данной установки: солнечная
энергия получаемая электробатареями, разогревает
термомасло до 400 градусов. Разогретое масло
поступает в теплоаккумулятор под №9. Часть
тепловой энергии аккумулируется в
теплоаккумуляторе, а часть энергии идет на
подогрев ванн испарения конденсата под №12.
Испаренный конденсат заполняет всю рабочую
секцию. После впрыска холодной воды через
форсунки под №13 происходит мгновенная
конденсация паров. И внутри секции происходит
разряжение близкое к 0,98 атмосфера. В результате
этого разряжения атмосферное давление давит на
наружную стенку диафрагмы с силой в 50 тонн.
Диафрагма прогибается внутрь секции, увлекая за
собой магнитный статор. В результате чего
толкательная энергия превращается в
электрическую энергию. Сконденсированная вода,
стекая по стенкам секций и диафрагм попадает в
испарительную ванну. Температура которой гораздо
выше и конденсат мгновенно опять превращается в
пар. Циклы происходят непрерывно.
Последовательностью работы секции руководит
компьютер, поочередно впрыскивая то в одну, то в
другую секцию холодную воду. Благодаря этому
ротор генератора постоянно двигается взад-вперед.
Излишний конденсат, образуемый в результате
впрыска холодной воды отсасывается из
испарительной ванны конденсатными насосами под
№5 и перекачивается в конденсата - охладительную
установку под №14, охладившись в ней, через
водопровода подачи холодной воды под №15, опять
попадает на форсунки. И происходит замкнутый
цикл.
Технический результат достигается тем, что КПД
данной установки увеличивается за счет
уменьшения теплопотерь, а также использование
конденсации пара и атмосферного давления и
использование вместо обычных паровых турбин
эластичной диафрагмы.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Cолнечнопароатмосферная электростанция,
содержащая солнечновакуумные батареи,
толкательный генератор, теплоаккумулятор,
отличающаяся тем, что все оборудование
помещено в термонепроницаемый контейнер,
состоящий из двух чашеобразных секций, стоящих
друг против друга, содержащие в передней части
диафрагмы, соединенных между собой ротором
генератора, в нижней части секций имеются
ванночки, в верхней части форсунки, резервный
котел подогрева и устройство охлаждения
конденсатора.
