Морской теплогенератор
MARINE HEAT GENERATOR

Изобретение относится к области морской энергетики и может быть использовано для преобразования энергии колебаний поплавка на волнах водоёмов в энергию тепловых потоков для отопления прибрежных домов и зданий горячей жидкостью.
Известны технические решения по преобразованию энергии морских волн в энергию движущейся в трубах воды для водоснабжения прибрежных потребителей.
Наиболее близким к изобретению техническим решением является приливная энергетическая установка (см. RU 2 099587 C1, 20.12.1997), содержащая вертикальный цилиндр, размещённый на грунте водоёма, поршень, соединённый с поплавком, образующий внутри цилиндра камеры повышенного давления. Однако пульсирующее давление, образованное прототипом, не может быть напрямую преобразовано   в тепловую энергию горячей воды, движущейся по трубам, без использования принципиально новых технических решений.
Техническим результатом настоящего изобретения является энергетическая установка, осуществляющая нагрев воды под избыточным давлением для систем отопления домов и зданий в воде и на берегу, используя энергию морских волн.
Технический результат изобретения достигается  тем, что в преобразовании волновой энергии моря в энергию жидкости, используется верхний подвижный поплавок, плавающий на поверхности водоёма, нижний поплавок, неподвижный относительно дна водоёма, а также насос двухстороннего действия, совершающий возвратно-поступательные движения,  при этом верхний подвижной  поплавок, скреплён с цилиндром насоса, а нижний неподвижный поплавок скреплённый с поршнем  насоса, присоединён ко дну водоёма с помощью троса, а с помощью гидропневматического аккумулятора, сообщенного с насосом двухстороннего действия и выполненного в виде бака, часть объёма  которого занято воздушными колпаками, предварительно заполненными газом под давлением, осуществляется непрерывное движениежидкости на входе по крайней мере в одно  устройство ускорения и нагрева жидкости, состоящее из цилиндрической трубы, улитки, циклона и тормозного элемента, соединенного с системой водяного отопления.
Краткое описание чертежей.
На Фиг.1 представлен морской теплогенератор, содержащий поплавок 1, цилиндр 2, поршень 3 со штоком 4, скрепленные через нижний неподвижный поплавок 7 тросом 5 с грузом 6.
На Фиг.2 изображен гидропневматический аккумулятор, состоящий из четырех частей, в котором часть обьёма занимает воздух, содержащийся под давлением в воздушных колпаках 15.
На Фиг.3 представлен воздушный колпак, в котором через ниппель 20 закачивается в эластичную резиновую трубку 19 воздух под давлением.
На Фиг.4 изображена гидравлическая схема соединения теплогенератора, содержащая цилиндр 1, поршень 4, гидропневматический аккумулятор, сумматор 22, делитель потока 24 и устройство нагрева и ускорения жидкости 23.
Энергия морских волн при вертикальном возвратно- поступательном движении поплавка вверх на гребень набегающей волны и вниз во впадину преобразуется в энергию жидкости под давлением. На Фиг. 1 представлен морской теплогенератор, содержащий поплавок 1 с присоединённым к нему цилиндром 2, поршень 3 со штоком 4, причём шток 4 с помощью троса 5 скреплён с грузом 6, лежащим на дне водоёма. Нижняя часть штока 4 соединена с нижним неподвижным поплавком 7 с установленной в ней электрической лебёдкой 8, а на верхней части штока размещен пульт управления лебёдкой 9 с электрическими проводами.
При всплытии на гребень набегающей волны поплавка 1 и цилиндра 2 в полости 10 создаётся избыточное давление, связанное с сжатием объёма жидкости между неподвижным поршнем 3 и движущейся вверх нижней крышкой 11 цилиндра 2. В этом случае натяжение троса 5 соответствует выталкивающим силам поплавка 1 и нижнего неподвижного поплавка 7.
При перемещении поплавка 1 с цилиндром 2 вниз во впадину волны создаётся избыточное давление в полости 12, связанное с сжатием объёма жидкости между неподвижным поршнем 3 и движущейся вниз верхней крышкой 13 цилиндра 2. В этом случае натяжение троса 5 соответствует разности выталкивающих сил поплавка 1 и нижнего неподвижного поплавка 7. При этом длина троса 5 регулируется лебёдкой 8 в необходимых пределах, учитывающих ход поршня насоса, высоту волны и глубину водоёма в месте постановки изделия. Преобразование неравномерных подач объёмов жидкости под давлением в непрерывное движение жидкости производится с помощью гидропневматического аккумулятора и последовательной подачи объёмов жидкости из двух напорных камер поршневого насоса.
Прерывистые объёмы жидкости от поршневого насоса поступают в гидропневматический аккумулятор 14 (Фиг.2).
Гидропневматический аккумулятор 14 состоит из четырех частей, разделённых вертикальными перегородками, каждая часть которого через устройство для нагрева и ускорения жидкости 17 соединена с потребителем с помощью гибких шлангов 16.
В Гидропневматическом аккумуляторе 14 определённую часть объёма занимает воздух, содержащийся в воздушных колпаках 15, предварительно заполненных газом под давлением. При избыточной подаче жидкости из насоса в гидропневматический аккумулятор, часть объёма размещается в нём за счёт сжатия воздушных колпаков и повышения в них давления.
На Фиг.3 представлен воздушный колпак 21, состоящий из металлической трубки 18 с радиальными отверстиями и заглушенным нижним концом, на который надета эластичная резиновая трубка 19. Верхний и нижний концы резиновой трубки 19 герметично соединены с трубкой 18, в верхней части которой установлен воздушный ниппель 20. Колпаки устанавливаются в гидропневматическом аккумуляторе 14, в верхнем торце которого содержатся элементы герметизации колпаков.
В случае, когда давление газа внутри резиновой трубки 19 превышает давление жидкости, подаваемой насосом в гидропневматический аккумулятор 14, газ в трубке расширяется и колпак отдаёт расширенный объём жидкости в отводящую линию и наоборот. Таким образом, в каждом полупериоде действия насоса поддерживается непрерывное движение жидкости с малой величиной пульсаций давления.
На Фиг.4 представлена гидравлическая схема соединений теплогенератора, которая предусматривает последовательную подачу жидкости в систему от напорных камер поршневого насоса через гидропневматический аккумулятор практически без интервалов между полупериодами.
Цилиндр 1 качается на волнах вместе с поплавком 5, создавая в камерах 2 и 3 поочерёдно зоны избыточного давления и разряжения относительно неподвижного поршня 4, соединённого тросом 6 со дном водоёма.
В первом полупериоде жидкость под давлением из полости 2 попадает в левый гидропневматический аккумулятор, где величина пульсации давления снижается до минимума, после чего через верхнюю часть сумматора 22 поступает в устройство по ускорению и нагреву жидкости 23. На выходе из устройства установлен делитель потока 24, правая часть которого перераспределяет горячей поток жидкости в радиатор 25, соединенный на выходе со сливной полостью 3.
Во втором полупериоде жидкость под давлением из полости 3 через клапан 26 попадает в правый аккумулятор, после чего через нижнюю часть сумматора 22 поступает в устройство по ускорению и нагреву жидкости 23, затем в левую часть делителя 24, соединенную с радиатором 25, который на выходе подключен к сливной полости 2. Устройство по ускорению и нагреву жидкости 23 состоит из цилиндрической трубы, улитки, циклона и тормозного элемента.
Авторами настоящего изобретения создан экспериментальный стенд, предназначенный для исследований параметров устройства для ускорения и нагрева жидкости, аналогом которого является изобретение (см. RU 2 223 452 С1, 10.02.2004).
Стенд оснащён центробежным насосом Helix V(F) с преобразователем частоты VLT HVAC Basic Drive FC, а также средствами контроля расхода, температуры и давления жидкости.
Стенд позволил, варьируя производительностью и давлением жидкости, изменяемых в достаточно широких пределах, экспериментально оценить значения тепловой мощности в зависимости от неравномерности расхода через устройство ускорения и нагрева жидкости.
Установлено, что при неравномерности расхода жидкости через устройство в пределах 15%, изменение производимой тепловой мощности не превышает 10%. Результаты испытаний удовлетворительно согласуются с оценкой производительности поршневого насоса, использующего предложенные технические решения и составляют:
3
-расход жидкости- 14 м/ч при давлении до 2 атм;
- температура нагрева воды- до 95°С
- теплопроизводительность –5000 Вт.
Таким образом, заявляемый технический результат по преобразованию энергии морских волн в энергию горячей жидкости систем отопления –– можно считать достигнутым. При этом:
·Суточная выработка энергии морским теплогенератором в тысячи раз больше выработки энергии солнечными батареями аналогичной мощности;
Срок службы теплогенератора практически не ограничен.