УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ОТРАБОТАННОЙ ВОДЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ
DEVICE TO CONVERT ENERGY OF SPENT WATER INTO ELECTRIC ENERGY

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для производства экологически чистой электроэнергии путем преобразования энергии отработанной воды, падающей с высоты многоэтажного здания.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство для получения энергии от канализационных стоков (RU 84474 U1) включающее: патрубки и электрогенератор с валом, корпус, внутри которого установлен ротор с лопастями, вал, выходной, конец которого соединен с валом электрогенератора, при этом корпус содержит наклонно размещенную гребенку и указанные патрубки для канализационных стоков.
Недостатками существующего устройства для получения энергии от канализационных стоков, является то, что не полностью используется энергия падающей воды, так как лопасти только частично перекрывают трубу стояка, и изогнутая форма лопастей способствует зацеплению мусора и как следствие загрязнению и остановки электрогенератора. Отсутствует возможность промывки устройства без вскрытия корпуса.
Задача и технический результат создать устройство преобразования энергии отработанной воды в электрическую энергию такой конструкции, которая позволит повысить эксплуатационную надежность и стабильность работы, рациональным образом преобразовывать энергию, движущейся по вертикальным стоякам воды в электроэнергию.
Технический результат достигается тем, что устройство преобразования энергии отработанной воды в электрическую энергию, содержит вертикальный прямоточный канал, в виде трубы, с гидрогенератором, подключенным к нагрузке в нижней части, в которой расположен винт гидрогенератора с лопатками, дополнительно введена, расширительна емкость, снабженная клапанами промывки, нижним и верхним воздушными патрубками, обеспечивающими соответственно поступление восходящего потока воздуха, дополнительно вращающего лопатки винта, и его стравливание, лопатки винта имеют конусообразное сечение, предотвращающее накопление в местах соединения с валом отложений. Система управления позволяет контролировать работоспособность всех узлов устройства и перераспределять полученную электроэнергию между потребителями нагрузки и ее аккумулирование.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема движения воды и воздуха в трубе стояка, а на фиг.2 представлен возможный вариант устройства преобразования энергии отработанной воды в электрическую энергию:
1 -труба;
2 - верхний воздушный патрубок;
3 - клапана промывки;
4 - гидрогенератор;
5 - расширительная емкость;
6 - нижний воздушный патрубок;
7 - система управления;
8 - аккумулятор;
9 - нагрузка.
Для решения данной задачи оптимальным будет повторное использование отработанной воды горячего и холодного водоснабжения высотных зданий. Вода, (в качестве примера выберем типовое 22 этажное здание), выполнив свое основное предназначение, которое потребовало затрат электроэнергии оплаченной потребителями, падает с 60 метровой высоты обладая огромной кинетической энергией расходуемой в холостую.
Существующими системами канализации отвод сточных вод предусматривается по закрытым самотечным трубопроводам. Участки канализационной сети прокладываются прямолинейно. Изменение направления прокладки канализационного трубопровода и присоединение приборов производится с помощью соединительных деталей.
Потребность в воде характеризует оптимальное количество воды, которое обеспечивает питьевую, санитарно-гигиеническую, хозяйственную потребность человека в современной благоустроенной квартире, т.е. основную качественную характеристику, соответствующую назначению водопровода как системы жизнеобеспечения. Потребность в воде должна определяться врачами-специалистами по гигиене, однако официальные, систематизированные отечественные исследования по этому вопросу отсутствуют. На основании отечественных и зарубежных исследований водопотребления непосредственно у потребителей эта величина оценивается на уровне 50-130 л/чел. сут., при этом нижний предел соответствует минимальному благоустройству жилища, а верхний - оптимальному (стандартному). Учитывая технически обусловленные (минимальные) потери воды, социальная потребность принята в размере 140 л/чел. сут.
Считая, что в типовом 22-х этажном доме по 6 квартир на этаже то в доме получаем 132 квартиры. Среднее количество жильцов в типовой квартире примем равным 3-м человекам, соответственно получаем примерно, 396 жильцов в доме. Путем нехитрых вычислений объем потребляемой воды жильцами типового 22-х этажного дома равен - 55440 л/чел. сут.
Вырабатываемая электрогенератором электроэнергия через систему управления поступает на нагрузку или накапливается в аккумуляторе. Система управления выполняет функцию контроля состояния минитурбины и перераспределения электроэнергии на нагрузку.
Следует заметить, что и при нормальном использовании канализации, возможность засора также не исключена. Для работы необходимо, чтобы скорость потока не была ниже критической. Для канализации такая скорость потока в горизонтальной трубе должна быть не менее 0,7 м/с, а заполнение сечения трубы водой - не меньше, чем на треть диаметра. Поэтому расстояние между гидрогенераторами, при создании каскада устройств преобразования энергии отработанной воды в электрическую энергию, в вертикальном стояке должно учитывать данное условие.
При устройстве канализации необходимо применять различные технические устройства, предотвращающие полностью или частично нарушение проходимости системы и позволяющие оперативно произвести контроль состояния и чистку. Для этого в трубопроводах предусмотрены так называемые "ревизии" (уплотняемые лючки) и "прочистки" (отверстия в стенке трубы, закрытые пробкой). Их ставят там, где поток воды резко меняет характер движения, например, перед местом присоединения нескольких труб, резким поворотом, отступом (небольшой излом на стояке), а также на выпуске.
Нужно отметить, что конфигурация трубы оказывает определенное влияние на процесс течения двухфазной (вода+воздух) жидкости в вертикальном трубопроводе. В соответствии с терминологией гидравлики газожидкостных систем опускное движение двухфазной жидкости носит название «стержневое движение» - вода в виде кольцевого слоя движется по стенкам стояка, а внутри потока воды в виде стержня движется воздух. При этом вода отрывается от стенки стояка и создает сопротивление движущемуся воздуху. Скорость воздуха резко падает, что сопровождается повышением его статического напора. В результате давление в стояке становится выше. Для предотвращения закупорки стояка встречными потоками воды и воздуха на лопатках винта, воздушное давление стравливается через нижний воздушный патрубок, расширительную емкость с винтом, где восходящий воздушный поток производит работу по вращению винта, и через верхний воздушный патрубок в стояк.
Устройство работает следующим образом: после слива отработанной воды в трубу стояка (1) происходит движение двухфазной жидкости - вода в виде кольцевого слоя движется по стенкам стояка вниз, а внутри потока воды в виде восходящего стержня движется воздух. При попадании воды на лопатки ротора, гидрогенератор (4) соединенный валом с ротором приводится в действие, т.е. вырабатывает электроэнергию, поступающую на систему управления (7) накапливающей на аккумуляторе (8) или перераспределяющей электроэнергию на нагрузку (9). Лопатки ротора толще у крепления лопатки к валу и значительно уже на оконечности лопатки, то есть имеют конусообразное сечение (4). Такая форма лопаток предотвращает накопление в местах соединения с валом отложений, а форма, повторяющая форму поперечного сечения трубы стояка, позволяет максимально использовать энергию потока падающей жидкости. Восходящий поток воздуха через нижний воздушный патрубок (6) поступает в расширительную емкость (5) и вращает лопатки ротора в обратном направлении, и стравливается в стояк через верхний воздушный патрубок (2). Расширительная емкость имеет клапана промывки (3) на случай засора, вода под давлением очищает лопатки ротора. Система управления позволяет контролировать работоспособность всех узлов устройства и перераспределять полученную электроэнергию между потребителями нагрузки и ее аккумулирование.