АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Карта сайта

НА ГЛАВНУЮ

Контакты:   тел.: 095 361-97-14   E-mail: n.zalepa@krm.net.ua



Изобретатели и изобретения

инновационные разработки:

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТКИ

Энергетика:
Возобновляемые источники

Электротехника

Металлургия

Режущий инструмент

НОВЫЕ ИДЕИ

Проработанные технические решения

Краматорск изобретатели Краматорск изобретатели

Если Вас заинтересовало какое-либо из наших изобретений или Вы сами желаете разместить свое изобретение на нашем сайте, свяжитесь с нами по любому из указанных контактов.

1

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ ЖИДКОГО ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ В МЕХАНИЧЕСКУЮ РАБОТУ

Запатентован новый альтернативный способ получения дешевой электроэнергии, использующий воду и естественный холод. Вашему вниманию предлагается вводная статья о сути изобретения а также описание работы установки.

Введение.

  В природе движения воздуха и воды (морские и океанские течения) происходят вследствие различной плотности нагретых и холодных масс этих тел. В физике такие движения называются конвекционными и широко используются в технике, например, в системах водяного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя.

  Циркуляция воды в этом случае осуществляется под давлением, измеряемым в сотых долях атмосферы, т.к. она происходит в условиях поля земного тяготения и при малой разности плотностей холодной и нагретой воды. Естественно, использовать незначительную кинетическую энергию потока воды в системе отопления, кроме как для работы самой системы, нет смысла.

  А мы предлагаем осуществлять теплообмен между рабочими телами в условиях центробежного поля вращающегося теплообменника. При ускорении центробежного поля, во много раз превышающем ускорение земного поля, циркуляция рабочих тел будет проходить под давлением в десятки, даже в сотни атмосфер, что позволяет кинетическую энергию потока рабочего тела эффективно превращать в механическую, а затем - в электрическую.

  Для изменения плотности рабочих тел в теплообменнике предлагается использовать … холод, вернее, условия, которые создаются в природе при минусовых температурах. В качестве теплоносителя можно использовать подледную воду, а в качестве теплоприемника - охлажденную на воздухе жидкость, не замерзающую в естественных условиях (патент Украины 41697А, "Способ преобразования теплоты жидкого теплоносителя в механическую работу").

  Из второго закона термодинамики следует, что для превращения теплоты в механическую работу необходимо иметь температурный перепад. В зимнее время при минусовых температурах таким источником тепла может служить вода замерзшей речки или водоема. Подо льдом температура воды +4°С, а надо льдом - меньше 0°С. Разница температур налицо, причем эта разница держится с завидным постоянством по 4-6 месяцев в году и даже больше) на огромных пространствах Сибири, Финляндии, Норвегии, Швеции, Канады, Аляски.

Плотность воды при температуре +4°С наибольшая и составляет 1000 кг/м3.

  Кроме того, подледная вода - емкий теплоноситель, т.к. при ее охлаждении с +4°С до 0°С выделяется 16.76 кДж теплоты из расчета на массу в 1 кг, а при замерзании - еще 334 кДж (скрытая теплота кристаллизации). В итоге получается 350.76 кДж теплоты. Для сравнения: в гидростанции с перепадом уровней воды в 100 м работа, совершаемая водой массой 1 кг при падении, эквивалентна примерно 1 кДж теплоты.

Энергии 350.76 кДж достаточно для нагревания 1 л воды от 0°С до 83.7°С, но так как замерзание воды происходит при 0°С, то очевидно, что теплом кристаллизации можно нагревать рабочие тела с температурой меньше 0°С (по второму закону термодинамики тепло самопроизвольно передается только от горячего тела к холодному). Такими телами могут быть жидкости, не замерзающие в естественных условиях и имеющие температуру кипения больше +4°С, например, этиловый спирт или соленая вода. Теплоты в 350.76 кДж достаточно для нагревания 14.4 кг этилового спирта от -10°С до 0°С.

  Потоки жидкостей в теплообменнике организованы симметрично относительно оси вращения, а вход этих потоков в теплообменник и их выход из него осуществляются через соосные с теплообменником каналы. Все это исключает работу теплообменника в режиме центробежного насоса, а также уравновешивает центробежные силы на радиальных участках каналов. С точки зрения механики теплообменник в данном случае является маховиком, вращающимся с постоянной угловой скоростью (w), а значит, энергия привода, вращающего маховик, расходуется на преодоление трения только в подшипниках, ведь наш теплообменник вращается в вакуумной среде.

Описание установки

Электроустановка работает так. После замерзания водоема в теплообменник 1 подаются подледная вода температурой +4°С и этиловый спирт, охлажденный в батарее 2 до температуры меньше 0°С. Теплообменник постоянно вращается с помощью электропривода 3 в вакуумной камере 4. Спирт нагревается до 0°С, а вода охлаждается до образования ледовой крошки через общую теплообменную стенку 5. Ледовую крошку можно получить, периодически удаляя ледовую корку, появляющуюся в процессе охлаждения воды спиртом, импульсами тока, который пропускают через пленочное сопротивление 6, нанесенное на теплообменную стенку 5 по слою электроизолятора 7. На элементарные потоки рабочих тел, движущихся от центра вращения теплообменника 1, подействуют центробежные силы, которые будут больше центробежных сил, действующих на потоки, направляющиеся к центру вращения Fw>Fi , F1 >F2 что объясняется различной плотностью тел в потоках (до теплообмена плотности больше, а после - меньше). Вследствие этого появляются и разности давлений в каждом потоке рабочих тел. Кинетическая энергия потоков, выходящих из теплообменника под большим давлением, превращается турбогенераторами 8 и 9 в электрическую энергию. После турбогенератора этиловый спирт направляется в радиатор 2 для охлаждения, завершая тем самым свой термодинамический цикл. Ледовая крошка после турбогенератора 9 сбрасывается в накопитель льда 10, а потом в водоем в виде талой воды в теплое время года.

К.П.Д. теплообменника зависит в первую очередь от значений разности центробежных сил и разности плотностей рабочих тел. Расчеты показывают, что современные конструкционные материалы позволяют создавать вращающиеся теплообменники с центробежными силами, превращающими в механическую работу до 20% теплоты подледной воды. Можно использовать только теплоту, которая выделяется при охлаждении воды от +4°С до 0°С, избегая ее кристаллизации. В этом случае придется отказаться от системы образования ледовой крошки, увеличив лишь объем подачи воды в теплообменник. При этом К.П.Д. установки уменьшится всего на 5-7%.

Что же касается мощности, то при площади теплообменной стенки 0.25 м2 и температуре воздуха -10°С она достигает 7 кВт при суточном расходе подледной воды 9 м3. Естественно, что у больших рек и водоемов можно строить установки мощностью в десятки и сотни тысяч киловатт.

Наш вращающийся теплообменник пригодится и для превращения в механическую энергию теплоты низкотемпературных источников тепла, в том числе теплоты отработанного ядерного топлива на АЭС, которое еще в течение нескольких лет остается "горячим". В этом случае конструкция теплообменника упрощается: один канал для теплоотводящей жидкости плюс полость для отработанного ядерного топлива (см. рис. 2).

Можно также превращать теплоту конденсации отработанного пара на тепловых электростанциях в механическую работу, повышая их К.П.Д. на 5-6% (см. рис. 3).


альтернативный способ получения дешевой электроэнергии

Рис. 1

Изобретения

Рис. 2

Изобретения

Рис. 3


Данные по технологии

АВТОРЫ
Залепа Н.А., Залепа Г.Н., Залепа А.Н., Украина, Донецкая обл., г.Краматорск
НОВИЗНА
Новая технология альтернативного способа получения дешевой электроэнергии.
СОСТОЯНИЕ НОУ-ХАУ
Раскрыто. Статья опубликована в журнале 'ИР' №3 2003г.
ПРАВОВАЯ ЗАЩИТА
Технология запатентована.
СТАДИИ РАЗРАБОТКИ
  - разработана принципиальная схема установки;
  - создана компьютерная модель.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОТРУДНИЧЕСТВУ
Создание экспериментального образца. Совместное доведение разработки до промышленного уровня.

Энергетическая установка

Установка работает только при минусовой температуре.


Схема
Пуск
Стоп
Изобретения
альтернативные источники электроэнергии альтернативные источники электроэнергии
альтернативные источники электроэнергии Украина альтернативные источники электроэнергии Украина
альтернативные источники электроэнергии альтернативные источники электроэнергии
альтернативные источники электроэнергии альтернативные источники электроэнергии
альтернативные источники электроэнергии альтернативные источники электроэнергии


2

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ – ВСЕГДА И ВЕЗДЕ, ОТ ПОЛЮСОВ И ДО ЭКВАТОРА

Запатентован новый альтернативный способ получения дешевой электроэнергии. Вашему вниманию предлагается вводная статья о сути изобретения а также описание работы установки.

Описание изобретения

  Метеорологические явления (ветры, ураганы, смерчи, морские и океанские течения, перенос влаги облаками и т.д.) – результат вечной циркуляции (тепловой конвекции) воздуха и воды, причём эта циркуляция происходит в условиях поля земного тяготения при сравнительно небольшой разности температур между нагретыми и холодными объёмами воздуха или воды.

  Образно говоря, метеорологические двигатели на земле работают на тепле с низкотемпературным перепадом, а источником этого тепла является солнце и тепло земных недр. При конвекции силы объёмного расширения воздуха и воды легко преодолевают силу земного тяготения. Если бы земное тяготение было в несколько раз больше существующего, то и метеорологические явления были бы намного мощнее.

  Суть нашего альтернативного способа получения электроэнергии (патент Украины № 67697) заключается в создании с помощью неподвижного теплообменника (см. рис.1) тепловой циркуляции рабочего тела в условиях искусственного поля тяготения (в условиях центробежного поля) намного превышающего земное поле тяготения. В качестве рабочего тела мы выбрали сжиженный углекислый газ.

  Подобную идею создании тепловой циркуляции рабочего тела в условиях искусственного поля тяготения мы уже раскрыли, но только во вращающемся теплообменнике (пат. Украины 41697А). В качестве рабочего тела мы предлагали использовать воду в условиях холода. В одном из радиальных каналов вращающего теплообменника находится подледная вода, а в другом (охлаждаемом естественным путём) – ледовая крошка. Плотность воды в фазе льда на 8,3% меньше плотности воды при температуре + 4 °С, существенная разность плотностей приводит к выжиманию льда водой из вращающегося теплообменника.

  В этом случае К П Д установки, как показывают расчеты, может достигать 12 – 15% при угловой скорости порядка 700 рад -1.

  На первый взгляд всё просто, однако получение большой разности плотностей рабочего тела, описанным выше способом, создало очень сложные проблемы:

  • возникновение больших внутренних напряжений в металле теплообменника при его вращении;
  • охлаждение воды до фазы льда при большой скорости вращения теплообменника;
  • скалывание льда со стенок теплообменника;
  • подача ледовой крошки на турбину;
  • установка может работать только в условиях зимних морозов т.е. сезонно;
  • термодинамический цикл установки разомкнутый.

Эти проблемы нам удалось решить, используя такую конструкцию узла неподвижного теплообменника (см. рис. 1), в котором можно было бы рабочее тело ( сжиженный углекислый газ) одновременно нагревать и вращать.

Работа теплообменника.

Теплоноситель подводится к верхней части неподвижного теплообменника 1 по проточной камере 4. В теплообменнике 1 вращающийся барабан 2 с лопастями 3 заставляет вращаться рабочее тело в зазоре между стенками теплообменника 1 и ротора 2 со скоростью w. При вращении на объемы рабочих тел в радиальных участках зазора будут действовать центробежные силы и .

Поскольку в нижние радиальные участки зазора теплообменника поступает холодное рабочее тело с более высокой плотностью по сравнению с его плотностью в верхних нагреваемых участках, то центробежные силы будут больше . Под действием разности центробежных сил (АF = Fх – Fн) нагретое рабочее тело под давлением будет выжиматься из теплообменника 1.

А так как вращающийся поток является симметричным и равноудаленным от оси вращения, а сечения входного и выходного каналов теплообменника 1 одинаковые, то работа барабана 2 в режиме центробежного насоса по законам механики исключена (масса жидкости, идущей от центра вращения равна массе приходящей к центру вращения).

Моменты от сил Кориолиса в радиальных каналах уравновешивают друг друга. С точки зрения механики барабан 2 совместно с рабочим телом являются маховиком, вращающимся с постоянной угловой скоростью. В этом случае энергия привода барабана будет расходоваться только на преодоление сил трения рабочего тела о стенки теплообменника и в подшипниках вала 5 барабана 2 (на рисунке подшипники не показаны).

Общее устройство установки.

На рис.2 изображён один из вариантов компоновки установки с описанным выше узлом теплообменника и с учётом того, что углекислота в жидком состоянии может находиться только под давлением до 75 атм.

По этой причине узел теплообменника соединён с замкнутым герметичным контуром 6, в который входят два расширителя 10, 11 и радиатор 8. Внутри контура 6 установлен гидромотор 12.

Подача теплоносителя к теплообменнику 1 и охладителя к радиатору 8 осуществляется соответственно через проточные камеры 4 и 9.

В расширителе 10, кроме газа под давлением, помещён электродвигатель 13, соединённый с валом 5 барабана 2, а в расширителе 11 – электрогенератор 14, соединённый с валом 7 гидромотора 12.

Подвод тока к электродвигателю 13 и отвод тока в сеть от электрогенератора 14 производится проводами, проходящими через уплотнители 15 в стенках расширителей 10 и 11.

Предложенная компоновка установки с двумя расширителями 10 и 11 обеспечивает не только надежность герметизации углекислоты в контуре 6, но так же исключает её контакт с подшипниковыми узлами валов 5 и 7, не препятствуя осуществлению замкнутых термодинамических циклов (циркуляции) рабочего тела.

Работа установки.

Электродвигателем 13 раскручивается барабан 2 с угловой скоростью w в теплообменнике 1, к которому через проточную камеру 4 подводится теплоноситель.

На выходе из теплообменника, как было доказано выше, давление нагретого рабочего тела будет больше чем холодного на входе, эта разность давлений и вызывает циркуляцию рабочего тела в контуре 6. Перед гидромотором 12 давление углекислоты будет равняться Р атм., а после – Р1 атм. Так как Р > Р1 , то гидромотор 12 начнёт вращать посредством вала 7 электрогенератор 14 с угловой скоростью w1.

После гидромотора 12 рабочее тело направляется в радиатор 8 для охлаждения охладителем, движущимся по проточной камере 9. После радиатора 8 охлаждённое рабочее тело снова поступает в теплообменник 1, совершая тем самым замкнутый термодинамический цикл. Всё происходит так, как и требуется по второму закону термодинамики.

Почему в качестве рабочего тела выбран сжиженный СО2?

Как известно, величина центробежной силы зависит не только от угловой скорости, но и от массы тела, а, значит, и от его плотности.

Сжиженный СО2 обладает свойством резкого изменения плотности при перепадах температур в пределах существующих в естественных земных условиях (см. график зависимости плотности жидкого СО2 от температуры на (рис. 3).

Чем больше разность плотностей рабочего тела в радиальных каналах теплообменника, тем меньше требуется угловая скорость вращения барабана для получения требуемого давления рабочего тела на выходе из теплообменника.

В этом случае будет и меньше давление на стенки теплообменника, если учитывать тот факт, что углекислота в контуре сама по себе должна находиться под давлением до 75 атмосфер, а сам теплообменник должен изготавливаться из сплавов с высокой теплопроводностью. Такими сплавами являются сплавы на основе Сu или Al, имеющие меньшую прочность, чем стали. Кроме этого, для нагревания углекислоты требуется меньше тепла, так как её удельная теплоёмкость С = 2, 7 кДж/кг*град, для сравнения: теплоемкость воды С = 4,187 кДж/кг*град. Углекислота пожаробезопасная, неядовитая и дешёвая.

С помощью графика (см. рис. 3) легко подсчитать, что нагрев жидкого СО2 от 0°С до 30°С приводит к уменьшению его плотности на 16,5%.

При таком же нагреве уменьшатся плотности следующих веществ:
- воздуха на 6,8%
- воды на 0,29% (!)
- диэтилового эфира на 3,15%.


А если нагревать жидкий СО2 от 21°С до 31°С (разность всего в 10°С), то его плотность уменьшится на 38,6%.

СО2 в сжиженном состоянии может находится в интервале температур от -50°С до 31°С при давлении соответственно от 20 до 75 атм. (см. рис.4).

В естественных условиях, от полюсов и до экватора, круглогодично можно найти разность температур от нескольких единиц градусов до нескольких десятков в указанном выше интервале температур.

Рассмотрим примеры.

В естественных условиях, от полюсов и до экватора, круглогодично можно найти разность температур от нескольких единиц градусов до нескольких десятков в указанном выше интервале температур.

В зимний период теплоноситель – подледная вода с температурой +4°С, а охладитель – воздух с температурой ниже 0°С. При температуре воздуха -6°С плотность жидкого С02 равна 1000 г/л, а при температуре +4°С – 900 г/л (см. рис. 3) – разница плотностей очевидна. A так как теплообмен происходит в условиях центробежного поля, то большая разность плотностей вызовет и большую разность центробежных сил (разность давлений) в радиальных каналах теплообменника.

В теплый период, в дневное время, теплоноситель – воздух, а охладитель– вода из рек и водоемов . В ночное время охладитель – воздух, а теплоноситель – нагретая днём в бассейне под плёнкой (тепличный эффект) вода.

В тёплое время для интервала температур от 0°С до 31°С соответствуют плотности жидкого С02 от 929 г/л до 468 г/л ( см. рис. 3).

Круглогодично можно использовать бросовое тепло искусственного происхождения, например, конденсат ТЭЦ, продукты горения природного газа в газотурбинных установках. Наша установка может работать и под капотом автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, используя тепло выхлопных газов. Примеры этим не ограничиваются.

Наиболее эффективной, с наибольшим КПД, будет работа теплообменника в интервале температур от 21°С до 31°С, участки ІІ и ІІІ (см. рис. 3).

Особый интерес представляет собой участок ІІI (интервал температур от 30°С до 31°С). Это участок резкого падения плотности рядом с критической точкой (31°С), за которой углекислота находится в закритическом флюиде (рис. 4). При нагреве углекислоты от 30°С до 31°С, т. е. при разности температур всего в 1°С, плотность её падает от 600 г/л до 468 г/л (см. рис. 3)

Если с помощью автоматики поддерживать разность температур в 1°С, в нижней части теплообменника 30°С, а в верхней – 31°С, то при угловой скорости барабана в 300 рад/сек и радиусе теплообменника 0,5м, как показывают расчёты, КПД достигает 50%. Не все тепловые двигатели на высокотемпературных источниках тепла имеют такой КПД, тем более, на существующих установках альтернативных источников энергии, типа ветродвигателей, гидротурбин и т. д.

Габаритные размеры и вес установки в сотни раз меньше по сравнению с ветровыми установками такой же мощности, являющимися в настоящее время самыми распространенными альтернативными источниками электроэнергии.

Чем больше доля электроэнергии, получаемая альтернативными источниками, тем меньше выбросов углекислого газа в атмосферу. В нашем случае уменьшение выбросов углекислого газа происходит с помощью... углекислого газа, только сжиженного.

Возможны и другие схемы компоновки установки, например, вместо гидромотора можно установить гидротурбину, а электродвигатель и электрогенератор разместить снаружи расширителей. Связь последних с валами можно осуществлять посредством магнитных полумуфт, разделённых диамагнитной диафрагмой (см. рис.5).

Наиболее высокий КПД будет иметь установка, компоновка которой изображена на рис. 6 (установка имеет меньше подшипников и вращающихся деталей).

Известно, что электромашинам присуща обратимость. Если вал электродвигателя вращать внешним моментом, то он превратится в генератор, а если к генератору подвести напряжение, то он превратится в двигатель. При пуске установки в работу в контуре перекрывается вентиль, подводится теплоноситель к теплообменнику и электромашина в режиме работы двигателя раскручивает рабочее тело в теплообменнике. При достижении заданной угловой скорости w вентиль открывается и под разностью давлений рабочего тела начнёт вращаться турбина и двигатель переключают в режим работы генератора.

В этом случае автоматика должна обеспечивать изменение нагревания рабочего тела в теплообменнике при изменении оборотов генератора по правилам обратной связи.

Разработана методика расчёта КПД установки.

альтернативные источники энергии, 
                  источники энергии, alternative energy sources, alternative Energiequellen, sources d'energie alternatives

Рис. 1

1 – неподвижный теплообменник;
2 - вращающийся барабан;
3 – лопасти барабана;
4 – проточная камера;
5 – вал барабана;

и – центробежные силы, действующие соответственно на холодные и нагретые объёмы рабочего тела;
w - угловая скорость барабана.



альтернативные источники энергии, возобновляемые источники энергии,alternative energy sources, alternative Energiequellen, sources d'energie alternatives

Рис. 2

1 –теплообменник;
2 – барабан;
3 – лопасти барабана;
4 – проточная камера теплоносителя;
5 – вал барабана;
6 – герметичный контур;
7 – вал генератора;
8 – радиатор;
9 – проточная камера охладителя;
10 и 11 – расширители;
12 – гидромотор;
13 – электродвигатель;
14 – электрогенератор;
15 – уплотнители электропроводов.


альтернативные источники энергии,
                      alternative energy sources, alternative Energiequellen, sources d'energie alternatives

Рис. 3


альтернативные источники энергии,
                       alternative energy sources, alternative Energiequellen, sources d'energie alternatives

Рис. 4


альтернативные источники энергии,
                       возобновляемые источники энергии,alternative energy sources,
                     alternative Energiequellen, sources d'energie alternatives

Рис. 5


альтернативные источники энергии,
                        возобновляемые источники энергии, alternative energy sources,
                     alternative Energiequellen, sources d'energie alternatives

Рис. 6


Данные по технологии

АВТОРЫ
Залепа Н.А., Залепа Г.Н., Залепа А.Н., Украина, Донецкая обл., г.Краматорск
НОВИЗНА
Новая технология альтернативного способа получения дешевой электроэнергии.
СОСТОЯНИЕ НОУ-ХАУ
Раскрыто.
ПРАВОВАЯ ЗАЩИТА
Технология запатентована. Патент Украины № 67697
СТАДИИ РАЗРАБОТКИ
Разработана принципиальная схема установки;
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОТРУДНИЧЕСТВУ
Создание экспериментального образца. Совместное доведение разработки до промышленного уровня.