СПОСОБ И СИСТЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ
METHOD AND SYSTEM FOR ENERGY CONVERSION

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее раскрытие относится к области технологий преобразования и аккумулирования энергии и, в частности, к способу и системе преобразования энергии, которые могут обеспечить отдачу усиленной подводимой мощности для приведения в действие внешнего устройства, например, силового генератора, для выработки электроэнергии. В частности, настоящее раскрытие также относится к способу и системе распределенного преобразования энергии, которые могут обеспечить возможность аккумулирования и усиления подводимой мощности для приведения в действие внешнего устройства, например, силового генератора, для выработки электроэнергии.
Уровень техники
[0002] В число известных в Китае и других странах способов аккумулирования энергии (например, способов аккумулирования электроэнергии) входят способы, в основе которых лежат перекачка воды и наполнение ею водохранилищ, использование маховиков, химических аккумуляторных батарей, сжатого воздуха и т.п., при этом данные способы имеют недостатки, обусловленные значительными капиталовложениями и низким КП (коэффициентом производительности) - обычно не выше 0,8. Кроме того, в системах на основе таких способов некоторое количество пригодной для повторного использования тепловой энергии и энергии холода удаляют из систем в виде сбросной теплоты, что приводит к потере энергии и снижению КП.
[0003] Кроме того, некоторые известные способы аккумулирования энергии предусматривают использование определенных физических особенностей местности, например, гор или морского побережья, что географически ограничивает возможные места их реализации и, тем самым, их популяризацию и использование на практике.
[0004] С учетом вышесказанного, существует потребность в способе и системе распределенного преобразования энергии, позволяющих значительно повысить КП аккумулирования и отдачи энергии по сравнению с прототипами. Также существует потребность в способе и системе преобразования энергии с возможностью использования сбросной энергии холода и тепловой энергии из известных систем преобразования энергии и усиления отдачи электроэнергии за счет преимуществ, обеспечиваемых высоким КП теплового насоса.
Раскрытие сущности изобретения
[0005] С учетом вышесказанного, в настоящем изобретении предложены способ и система распределенного преобразования энергии для решения вышеуказанных задач, преодоления недостатков прототипов, например низкого КП преобразования энергии, значительных капиталовложений и влияния таких факторов, как физические особенности местности или географическое местоположение, на фактическую реализацию, при этом предлагаемые система и способ обеспечивают возможность простого преобразования и аккумулирования внепикового электричества в виде энергии в период с низким потреблением сетевой энергии с возможностью использования аккумулированной энергии для вспомогательной выработки энергии в период высокого потребления сетевой энергии, тем самым реализуя высокоэффективное аккумулирование и отсроченную отдачу энергии, и значительного повышения общего КП.
[0006] Согласно одному аспекту изобретения, предложен способ распределенного преобразования энергии, включающий в себя этапы, на которых:
[0007] осуществляют поглощение теплоты из первой текучей среды, циркулирующей в первом циркуляционном контуре, посредством рабочего вещества теплового насоса, в результате чего происходит охлаждение первой текучей среды,
[0008] сжимают рабочее вещество с поглощенной теплотой посредством теплового насоса для дополнительного повышения температуры рабочего вещества и осуществляют нагрев второй текучей среды, циркулирующей во втором циркуляционном контуре, посредством указанного рабочего вещества с повышенной температурой;
[0009] перемещают нагретую вторую текучую среду для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора с образованием напорного газообразного рабочего вещества для приведения в действие пневматического мотора, вновь нагревают вторую текучую среду, температура которой упала из-за нагрева ею подводимого напорного рабочего вещества, посредством рабочего вещества теплового насоса и вновь нагревают подводимое напорное рабочее вещество пневматического мотора посредством вновь нагретой второй текучей среды, в результате чего происходят неоднократный нагрев и охлаждение второй текучей среды; и
[0010] перемещают охлажденную первую текучую среду для конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора и вновь осуществляют поглощение теплоты из и, тем самым, охлаждение первой текучей среды, температура которой возросла из-за конденсации посредством нее отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, посредством рабочего вещества теплового насоса, для того, чтобы посредством вновь нагретой первой текучей среды вновь осуществить конденсацию отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, в результате чего происходят неоднократное охлаждение и нагрев первой текучей среды.
[0011] Согласно одному из вариантов осуществления, на этапе, на котором осуществляют поглощение теплоты из первой текучей среды, циркулирующей в первом циркуляционном контуре, посредством рабочего вещества теплового насоса, в результате чего происходит охлаждение первой текучей среды: осуществляют поглощение теплоты из и, тем самым, охлаждение первой текучей среды из первого накопителя текучей среды посредством рабочего вещества теплового насоса и перемещают охлажденную первую текучую среду во второй накопитель текучей среды;
[0012] на этапе, на котором сжимают рабочее вещество с поглощенной теплотой посредством теплового насоса для дополнительного повышения температуры рабочего вещества и осуществляют нагрев второй текучей среды, циркулирующей во втором циркуляционном контуре, посредством рабочего вещества: сжимают рабочее вещество с поглощенной теплотой посредством теплового насоса для дополнительного повышения температуры рабочего вещества для нагрева второй текучей среды из третьего накопителя текучей среды и перемещают нагретую вторую текучую среду в четвертый накопитель текучей среды;
[0013] на этапе, на котором перемещают нагретую вторую текучую среду для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора с образованием напорного газообразного рабочего вещества для приведения в действие пневматического мотора: перемещают нагретую вторую текучую среду из четвертого накопителя текучей среды для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора с образованием напорного газообразного рабочего вещества для приведения в действие пневматического мотора и перемещают вторую текучую среду после нагрева подводимого напорного рабочего вещества обратно в третий накопитель текучей среды; и
[0014] на этапе, на котором перемещают охлажденную первую текучую среду для конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора: перемещают охлажденную первую текучую среду из второго накопителя текучей среды для конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора и возвращают первую текучую среду после указанной конденсации в первый накопитель текучей среды.
[0015] Согласно одному из вариантов осуществления, на этапе, на котором перемещают охлажденную первую текучую среду из второго накопителя текучей среды для конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора: перемещают охлажденную первую текучую среду из второго накопителя текучей среды через первый конденсатор для конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, протекающего в первый конденсатор, с образованием жидкого напорного рабочего вещества, которое возвращают в парогенератор в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора; и
[0016] посредством нагретой второй текучей среды из четвертого накопителя текучей среды, при ее протекании через парогенератор, осуществляют нагрев и превращение в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора в парогенераторе с образованием напорного газообразного рабочего вещества для приведения в действие пневматического мотора.
[0017] Согласно одному из вариантов осуществления, на этапе, на котором осуществляют поглощение теплоты из и, тем самым, охлаждение первой текучей среды из первого накопителя текучей среды посредством рабочего вещества теплового насоса: побуждают рабочее вещество теплового насоса протекать через испаритель и поглощать теплоту из первой текучей среды, протекающей в испаритель из первого накопителя текучей среды, в результате чего происходит превращение в пар рабочего вещества теплового насоса и охлаждение первой текучей среды;
[0018] сжатое рабочее вещество теплового насоса протекает во второй конденсатор для нагрева второй текучей среды, протекающей во второй конденсатор из третьего накопителя текучей среды, что приводит к конденсации рабочего вещества теплового насоса с последующим его перемещением обратно в испаритель.
[0019] Согласно одному из вариантов осуществления, перед перемещением полученного в результате указанной конденсации напорного жидкого рабочего вещества обратно в парогенератор в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора, способ дополнительно включает в себя этапы, на которых:
[0020] соединяют по текучей среде первый конденсатор с накопителем жидкого рабочего вещества, одновременно оставляя накопитель жидкого рабочего вещества разъединенным по текучей среде с парогенератором, для пропуска потока полученного в результате указанной конденсации жидкого напорного рабочего вещества в накопитель жидкого рабочего вещества, и
[0021] когда уровень жидкости в накопителе жидкого рабочего вещества становится выше предварительно заданного первого порога, разъединяют по текучей среде накопитель жидкого рабочего вещества с первым конденсатором и соединяют по текучей среде накопитель жидкого рабочего вещества с парогенератором для обеспечения возможности возврата жидкого напорного рабочего вещества, находящегося в накопителе жидкого рабочего вещества, в парогенератор.
[0022] Согласно одному из вариантов осуществления, способ дополнительно включает в себя этапы, на которых:
[0023] когда уровень жидкости в накопителе жидкого рабочего вещества становится ниже предварительно заданного второго порога, разъединяют по текучей среде накопитель жидкого рабочего вещества с парогенератором и соединяют по текучей среде накопитель жидкого рабочего вещества с первым конденсатором для пропуска потока полученного в результате указанной конденсации жидкого напорного рабочего вещества в накопитель жидкого рабочего вещества, причем предварительно заданный второй порог ниже предварительно заданного первого порога.
[0024] Согласно одному из вариантов осуществления, способ может дополнительно включать в себя этапы, на которых: когда накопитель жидкого рабочего вещества будет вновь соединен по текучей среде с первым конденсатором, приводят в действие пневматический электрогенератор для выработки электроэнергии за счет разности давлений внутри накопителя жидкого рабочего вещества и внутри первого конденсатора, причем выработанную электроэнергию предпочтительно используют для содействия в нагреве второй текучей среды в четвертом накопителе текучей среды.
[0025] Согласно одному из вариантов осуществления, тепловой насос включает в себя электрический мотор и приводимый указанным мотором в действие компрессор, при этом способ дополнительно включает в себя этапы, на которых: осуществляют водяное охлаждение мотора по меньшей мере частью второй текучей среды из третьего накопителя текучей среды и перемещают указанную по меньшей мере часть второй текучей среды после указанного водяного охлаждения в четвертый накопитель текучей среды,
[0026] и/или
[0027] пневматический мотор соединен с силовым генератором (СГ) и приводит его в действие, при этом способ дополнительно включает в себя этапы, на которых: осуществляют водяное охлаждение силового генератора по меньшей мере частью второй текучей среды из третьего накопителя текучей среды и перемещают указанную по меньшей мере часть второй текучей среды после указанного водяного охлаждения в четвертый накопитель текучей среды.
[0028] Согласно одному из вариантов осуществления, первый, второй, третий и четвертый накопители текучей среды, накопитель жидкого рабочего вещества, испаритель, парогенератор, первый конденсатор и/или второй конденсатор термоизолированы. Кроме того, прочие компоненты системы в целом, например, трубопроводы и клапаны, предпочтительно термоизолированы.
[0029] Согласно одному из вариантов осуществления, первая текучая среда представляет собой соленую воду, при этом первая текучая среда, нагретая за счет конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, предпочтительно имеет температуру от 0°С до 20°С, более предпочтительно - от 0°С до 12°С, или более предпочтительно составляющую 12°С; при этом первая текучая среда, охлажденная за счет отдачи теплоты рабочему веществу теплового насоса, предпочтительно имеет температуру от -20°С до 0°С, более предпочтительно - от -12°С до 0°С, или более предпочтительно составляющую-12°С; и/или,
[0030] вторая текучая среда представляет собой пресную воду, при этом вторая текучая среда, охлажденная за счет нагрева ею подводимого напорного рабочего вещества, предпочтительно имеет температуру от 30°С до 50°С, более предпочтительно - от 35°С до 45°С, или более предпочтительно составляющую 40°С; при этом вторая текучая среда, нагретая рабочим веществом теплового насоса (I), предпочтительно имеет температуру от 90°С до 60°С, более предпочтительно - от 80°С до 65°С, или более предпочтительно составляющую 75°С; и/или,
2
[0031] рабочее вещество теплового насоса представляет собой CO, при этом напорное рабочее вещество пневматического мотора представляет собой аммиак.
[0032] Согласно другому аспекту, предложена система распределенного преобразования энергии, содержащая: тепловой насос, пневматический мотор, первый циркуляционный контур, по которому циркулирует первая текучая среда, и второй циркуляционный контур, по которому циркулирует вторая текучая среда, причем:
[0033] тепловой насос выполнен с возможностью поглощения, посредством своего рабочего вещества, теплоты из первой текучей среды, в результате чего происходит охлаждение первой текучей среды, и сжатия рабочего вещества с поглощенной таким образом теплотой для дополнительного повышения температуры рабочего вещества для нагрева второй текучей среды посредством рабочего вещества;
[0034] нагретую вторую текучую среду используют для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора с образованием напорного газообразного рабочего вещества для приведения в действие пневматического мотора, при этом вторую текучую среду, температура которой упала из-за нагрева ею подводимого напорного рабочего вещества, вновь нагревают посредством рабочего вещества теплового насоса для того, чтобы вновь нагреть подводимое напорное рабочее вещество пневматического мотора, в результате чего происходят неоднократный нагрев и охлаждение второй текучей среды; и
[0035] охлажденную первую текучую среду используют для конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, при этом рабочее вещество теплового насоса используют для того, чтобы вновь осуществить поглощение теплоты из и, тем самым, охладить первую текучую среду, температура которой возросла из-за конденсации посредством него отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, для того, чтобы посредством вновь нагретой первой текучей среды вновь осуществить конденсацию отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, в результате чего происходят неоднократное охлаждение и нагрев первой текучей среды.
[0036] Согласно одному из вариантов осуществления, система может дополнительно содержать первый накопитель текучей среды, второй накопитель текучей среды, третий накопитель текучей среды и четвертый накопитель текучей среды, причем первый и второй накопители текучей среды расположены по ходу первого циркуляционного контура и выполнены с возможностью аккумулирования первой текучей среды, при этом третий и четвертый накопители текучей среды расположены по ходу второго циркуляционного контура и выполнены с возможностью аккумулирования второй текучей среды, при этом
[0037] первый накопитель текучей среды выполнен с возможностью аккумулирования первой текучей среды, нагретой за счет конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, причем тепловой насос также выполнен с возможностью поглощения, посредством своего рабочего вещества, теплоты из и, тем самым, охлаждения первой текучей среды из первого накопителя текучей среды, при этом второй накопитель текучей среды выполнен с возможностью аккумулирования охлажденной таким образом первой текучей среды; при этом
[0038] третий накопитель текучей среды выполнен с возможностью аккумулирования второй текучей среды, охлажденной за счет нагрева подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора, причем тепловой насос также выполнен с возможностью нагрева, посредством своего рабочего вещества, второй текучей среды из третьего накопителя текучей среды, при этом четвертый накопитель текучей среды выполнен с возможностью аккумулирования нагретой таким образом второй текучей среды.
[0039] Согласно одному из вариантов осуществления, система может дополнительно содержать первый конденсатор и парогенератор, причем
[0040] первый конденсатор выполнен с возможностью использования охлажденной первой текучей среды, протекающей через него из второго накопителя текучей среды, для конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, протекающего в первый конденсатор, с образованием жидкого напорного рабочего вещества, которое возвращают в парогенератор в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора; при этом парогенератор выполнен с возможностью использования нагретой второй текучей среды, протекающей через него из четвертого накопителя текучей среды, для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора в парогенераторе с образованием напорного газообразного рабочего вещества для приведения в действие пневматического мотора.
[0041] Согласно одному из вариантов осуществления, система может дополнительно содержать испаритель и второй конденсатор, причем:
[0042] испаритель выполнен с возможностью использования протекающего через него рабочего вещества теплового насоса (I) для поглощения теплоты из первой текучей среды, протекающей в испаритель из первого накопителя текучей среды, в результате чего происходит превращение в пар рабочего вещества теплового насоса и охлаждение первой текучей среды; при этом второй конденсатор выполнен с возможностью использования протекающего через него сжатого рабочего вещества теплового насоса для нагрева второй текучей среды, протекающей во второй конденсатор из третьего накопителя текучей среды, что приводит к конденсации рабочего вещества теплового насоса с последующим его перемещением обратно в испаритель.
[0043] Согласно одному из вариантов осуществления, система может дополнительно содержать накопитель жидкого рабочего вещества, расположенный ниже, чем первый конденсатор, соединенный по текучей среде с первым конденсатором через первый клапан и соединенный по текучей среде с парогенератором через второй клапан,
[0044] когда первый клапан открыт, второй клапан закрыт, благодаря чему первый конденсатор связан с накопителем 14 жидкого рабочего вещества, в это время разъединенным по текучей среде с парогенератором, для пропуска потока полученного путем конденсации напорного жидкого рабочего вещества в накопитель жидкого рабочего вещества, при этом
[0045] когда уровень жидкости в накопителе жидкого рабочего вещества становится выше предварительно заданного первого порога, первый клапан закрывают, а второй клапан открывают для разъединения накопителя жидкого рабочего вещества по текучей среде с первым конденсатором и соединения накопителя жидкого рабочего вещества по текучей среде с парогенератором для обеспечения возможности возврата напорного жидкого рабочего вещества, собранного в накопителе жидкого рабочего вещества, в парогенератор.
[0046] Согласно одному из вариантов осуществления, когда уровень жидкости в накопителе жидкого рабочего вещества становится ниже предварительно заданного второго порога, первый клапан открывают, а второй клапан закрывают для разъединения накопителя жидкого рабочего вещества по текучей среде с парогенератором и вновь соединения накопителя жидкого рабочего вещества по текучей среде с конденсатором для пропуска потока напорного жидкого рабочего вещества, полученного путем конденсации в первом конденсаторе, в накопитель жидкого рабочего вещества, причем предварительно заданный второй порог ниже предварительно заданного первого порога.
[0047] В данном случае первый и второй клапаны могут представлять собой электрические клапаны.
[0048] Согласно одному из вариантов осуществления, накопитель жидкого рабочего вещества также соединен по текучей среде с первым конденсатором через третий трубопровод, отличный от первого трубопровода, где расположен первый клапан, при этом третий клапан и пневматический электрогенератор, подключенные последовательно, расположены по ходу третьего трубопровода,
[0049] накопитель жидкого рабочего вещества также соединен по текучей среде с парогенератором через четвертый трубопровод, отличный от второго трубопровода, где расположен второй клапан, при этом четвертый клапан и накопитель газа, подключенные последовательно, расположены по ходу четвертого трубопровода, причем накопитель газа подключен между парогенератором и четвертым клапаном и выполнен с возможностью аккумулирования напорного газообразного рабочего вещества, полученного в результате превращения в пар,
[0050] когда уровень жидкости в накопителе жидкого рабочего вещества становится выше предварительно заданного первого порога, третий клапан переводят из открытого в закрытое состояние, а четвертый клапан переводят из закрытого в открытое состояние для разъединения накопителя жидкого рабочего вещества по текучей среде с первым конденсатором и соединения накопителя жидкого рабочего вещества по текучей среде с парогенератором, учитывая, что первый клапан переводят в закрытое состояние, а второй клапан переводят в открытое состояние, тем самым обеспечивая возможность возврата напорного жидкого рабочего вещества из накопителя жидкого рабочего вещества в парогенератор; при этом, когда уровень жидкости в накопителе жидкого рабочего вещества становится ниже предварительно заданного второго порога, третий клапан переводят из закрытого в открытое состояние, а четвертый клапан переводят из открытого в закрытое состояние, в результате чего разность давлений внутри накопителя жидкого рабочего вещества и внутри первого конденсатора приводит в действие пневматический электрогенератор для выработки электроэнергии, причем выработанную электроэнергию предпочтительно используют для содействия в нагреве второй текучей среды в четвертом накопителе текучей среды, а когда давление в накопителе жидкого рабочего вещества приходит в равновесие с давлением в первом конденсаторе, первый клапан переводят из закрытого в открытое состояние.
[0051] Согласно одному из вариантов осуществления, первый клапан и второй клапан представляют собой обратные клапаны, а третий клапан и четвертый клапан представляют собой электрические клапаны.
[0052] Согласно одному из вариантов осуществления, тепловой насос может включать в себя электрический мотор и приводимый в действие данным мотором компрессор (НКМ, англ. СМР), при этом по меньшей мере часть второй текучей среды из третьего накопителя текучей среды используют для водяного охлаждения мотора с последующим возвратом в четвертый накопитель текучей среды, и/или пневматический мотор соединен с силовым генератором и приводит его в действие, при этом по меньшей мере часть второй текучей среды из третьего накопителя текучей среды используют для водяного охлаждения силового генератора с последующим возвратом в четвертый накопитель текучей среды.
[0053] Согласно одному из вариантов осуществления, первый, второй, третий и четвертый накопители текучей среды, накопитель жидкого рабочего вещества, испаритель, парогенератор, первый конденсатор и/или второй конденсатор термоизолированы. Прочие компоненты системы в целом, например, трубопроводы и клапаны, предпочтительно термоизолированы.
[0054] Согласно одному из вариантов осуществления, первая текучая среда представляет собой соленую воду, при этом первая текучая среда, нагретая за счет конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, или первая текучая среда, аккумулируемая в первом накопителе текучей среды, предпочтительно имеет температуру от 0°С до 20°С, более предпочтительно - от 0°С до 12°С, или более предпочтительно составляющую 12°С; при этом первая текучая среда, охлажденная за счет отдачи теплоты рабочему веществу теплового насоса (I), или первая текучая среда, аккумулируемая во втором накопителе текучей среды, предпочтительно имеет температуру от -20°С до 0°С, более предпочтительно - от -12°С до 0°С, или более предпочтительно составляющую-12°С; и/или,
[0055] вторая текучая среда представляет собой пресную воду, при этом вторая текучая среда, охлажденная за счет нагрева ею подводимого напорного рабочего вещества, или вторая текучая среда, аккумулируемая в третьем накопителе текучей среды, предпочтительно имеет температуру от 30°С до 50°С, более предпочтительно - от 35°С до 45°С, или более предпочтительно составляющую 40°С; при этом вторая текучая среда, нагретая рабочим веществом теплового насоса (I), или вторая текучая среда, аккумулируемая в четвертом накопителе текучей среды, предпочтительно имеет температуру от 90°С до 60°С, более предпочтительно - от 80°С до 65°С, или более предпочтительно составляющую 75°С; и/или,
2
[0056] рабочее вещество теплового насоса может представлять собой CO, а напорное рабочее вещество пневматического мотора может представлять собой аммиак.
[0057] В предлагаемом способе и системе распределенного преобразования энергии тепловой насос нагревает вторую текучую среду и охлаждает первую текучую среду, причем посредством охлажденной первой текучей среды осуществляют конденсацию отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, тем самым снижая давление на выходе пневматического мотора, тогда как посредством нагретой второй текучей среды осуществляют нагрев и превращение в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора для повышения давления подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора, что значительно увеличивает разность давлений на входе рабочего вещества и выходе рабочего вещества пневматического мотора и, как следствие, повышает мощность пневматического мотора и выработку электроэнергии. В данном случае, первая текучая среда циркулирует в одном циркуляционном контуре, а вторая текучая среда циркулирует в другом циркуляционном контуре, без сброса энергии за пределы системы преобразования энергии в целом, что позволяет избежать потерь энергии и повысить КП системы в целом. Кроме того, процесс осуществления конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора с использованием первой текучей среды представляет собой процесс поглощения и аккумулирования теплоты из отводимого напорного газообразного рабочего вещества первой текучей средой, при этом аккумулированная теплота может быть поглощена рабочим веществом теплового насоса, что позволяет избежать потери энергии в системе.
[0058] Таким образом, при использовании способа и системы распределенного преобразования энергии отсутствует обычная «сбросная теплота», так как «сбросную теплоту» задействуют в качестве полезной энергии в других частях системы. Например, в случае теплового насоса, когда тепловой насос используют для нагрева второй текучей среды для того, чтобы вторую текучую среду можно было впоследствии использовать для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора, тепловой насос охлаждает первую текучую среду, которую можно впоследствии использовать для конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, то есть тепловой насос задействует как явную теплоту второй текучей среды, так и скрытую теплоту первой текучей среды. В другом примере, в случае пневматического мотора, остаточную теплоту, содержащуюся в отработавших газах пневматического мотора после совершения работы его напорным рабочим веществом, возвращает в оборот охлажденная первая текучая среда, благодаря чему рабочее вещество теплового насоса может впоследствии поглотить теплоту из первой текучей среды, то есть «сбросную теплоту» пневматического мотора также задействуют. Даже сбросную теплоту, создаваемую электрическим мотором теплового насоса и силовым генератором, приводимым в действие пневматическим мотором, можно вернуть в оборот за счет процесса водяного охлаждения второй текучей средой из третьего накопителя текучей среды, поступающей в четвертый накопитель текучей среды для последующего использования.
[0059] Предлагаемые способ и система распределенного преобразования энергии обеспечивают возможность приведения в действие внешнего устройства, например, силового генератора для выработки электроэнергии и, таким образом, представляют собой способ и систему распределенного аккумулирования и выработки энергии со значительно повышенным КП и, как следствие, повышенной эффективностью выработки энергии. Кроме того, использование множества накопителей текучей среды для аккумулирования энергии позволяет аккумулировать внепиковое электричество в виде энергии и использовать аккумулированную в ночное время энергию для выработки значительно усиленной электроэнергии в дневное время с большим электропотреблением.
[0060] В разновидностях раскрытых выше вариантов осуществления, если первый и второй циркуляционные контуры будут исключены из способа и системы распределенного преобразования энергии, в результате чего будет происходить теплообмен непосредственно между рабочим веществом теплового насоса и рабочим веществом пневматического мотора, будут получены другие способ и система преобразования энергии с возможностью мгновенной отдачи усиленной подводимой энергии.
[0061] В одной из разновидностей варианта осуществления предложен способ преобразования энергии, включающий в себя этапы, на которых:
[0062] осуществляют поглощение теплоты из отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора посредством рабочего вещества первого теплового насоса, что приводит к конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора с образованием напорного жидкого рабочего вещества, которое перемещают в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора;
[0063] посредством первого теплового насоса сжимают его рабочее вещество с поглощенной теплотой для дополнительного повышения температуры его рабочего вещества, чтобы посредством рабочего вещества с повышенной температурой нагреть и превратить в пар подводимое напорное рабочее вещество пневматического мотора с образованием напорного газообразного рабочего вещества, которое используют для приведения в действие пневматического мотора с последующим выходом из пневматического мотора в качестве отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора; и
[0064] перемещают рабочее вещество первого теплового насоса с температурой, сниженной из-за нагрева им подводимого напорного рабочего вещества, чтобы вновь осуществить поглощение теплоты из отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, в результате чего рабочее вещество первого теплового насоса неоднократно проходит процессы поглощения теплоты, повышения его температуры и снижения его температуры.
[0065] В другой разновидности варианта осуществления предложена система преобразования энергии, содержащая тепловой насос, пневматический мотор, первый испарительный конденсатор и второй испарительный конденсатор, причем тепловой насос соединен по текучей среде и с первым, и со вторым испарительными конденсаторами через трубопроводы, при этом первый и второй испарительные конденсаторы соединены по текучей среде через первый трубопровод, благодаря чему рабочее вещество теплового насоса может циркулировать через первый испарительный конденсатор, первый трубопровод и второй испарительный конденсатор; при этом пневматический мотор соединен по текучей среде и с первым, и со вторым испарительными конденсаторами через трубопроводы, при этом первый и второй испарительные конденсаторы, в свою очередь, соединены по текучей среде через второй трубопровод, благодаря чему напорное рабочее вещество пневматического мотора может циркулировать через первый испарительный конденсатор, второй трубопровод и второй испарительный конденсатор,
[0066] рабочее вещество теплового насоса может быть использовано для поглощения теплоты из отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, что приводит к конденсации последнего с образованием напорного жидкого рабочего вещества, перемещаемого в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора,
[0067] тепловой насос выполнен с возможностью сжатия своего рабочего вещества после поглощения теплоты для повышения температуры рабочего вещества, далее используемого для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора во втором испарительном конденсаторе в качестве напорного газообразного рабочего вещества, приводящего в действие пневматический мотор с последующим выходом из пневматического мотора в качестве отводимого напорного газообразного рабочего вещества,
[0068] рабочее вещество теплового насоса с температурой, пониженной из-за нагрева им подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора во втором испарительном конденсаторе, может быть перемещено в первый испарительный конденсатор, чтобы вновь осуществить поглощение теплоты из отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, в результате чего рабочее вещество теплового насоса может неоднократно проходить процессы поглощения теплоты, повышения его температуры и снижения его температуры.
[0069] Выше раскрыта сущность решений согласно изобретению для создания ясного представления об этих решениях и их реализации согласно описанию. Варианты осуществления изобретения раскрыты ниже для лучшего понимания вышеуказанных и иных целей, признаков и преимуществ.
Краткое описание чертежей
[0070] Различные преимущества и эффекты настоящего изобретения станут очевидны специалистам в данной области техники после ознакомления с нижеследующим описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения. Чертежи приведены, чтобы проиллюстрировать некоторые предпочтительные варианты осуществления, но их не следует толковать как ограничивающие настоящее изобретение. Аналогичные номера позиций обозначают аналогичные детали на всех чертежах, где:
[0071] Фиг. 1 - принципиальная схема системы распределенного преобразования энергии согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
[0072] Фиг. 2 - принципиальная схема части системы распределенного преобразования энергии согласно данному варианту осуществления изобретения;
[0073] Фиг. 3 - принципиальная схема способа распределенного преобразования энергии согласно одному из вариантов осуществления изобретения;
[0074] Фиг. 4 - принципиальная схема системы преобразования энергии согласно модифицированному варианту осуществления изобретения;
[0075] Фиг. 5 - принципиальная схема способа преобразования энергии согласно другому модифицированному варианту осуществления изобретения; и
[0076] Фиг. 6 - принципиальная схема системы преобразования энергии согласно еще одному модифицированному варианту осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
[0077] Далее будут подробнее описаны некоторые иллюстративные варианты осуществления настоящего раскрытия на примерах прилагаемых чертежей. Следует понимать, что, помимо иллюстративных вариантов осуществления настоящего раскрытия, изображенных на чертежах, возможны разнообразные формы осуществления настоящего раскрытия, не ограниченные описанными вариантами осуществления. Напротив, данные варианты осуществления представлены для создания более ясного представления о настоящем раскрытии и полного доведения объема настоящего раскрытия до сведения специалистов в данной области техники.
[0078] Фиг. 1 представляет собой принципиальную схему системы распределенного преобразования энергии согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Система распределенного преобразования энергии на Фиг. 1 по данному варианту осуществления изобретения включает в себя тепловой насос I, пневматический мотор J, циркуляционный контур, по которому циркулирует соленая вода, и циркуляционный контур, по которому циркулирует пресная вода.
[0079] В данном случае, тепловой насос I выполнен с возможностью поглощения, посредством своего рабочего вещества, теплоты из соленой воды, циркулирующей в циркуляционном контуре, в результате чего происходит охлаждение соленой воды, и последующего сжатия рабочего вещества с поглощенной таким образом теплотой для дополнительного повышения температуры рабочего вещества для нагрева пресной воды в другом циркуляционном контуре посредством рабочего вещества. Тепловой насос I на Фиг. 1 включает в себя, например, электрический мотор 8 и компрессор, соединенный с электрическим мотором 8, а также трубопроводы рабочих веществ, связанные с компрессор и веществом в трубопроводах.
[0080] Пресную воду, нагретую посредством рабочего вещества теплового насоса, используют для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J с образованием напорного газообразного рабочего вещества для приведения в действие пневматического мотора J, после чего пресную воду с температурой, пониженной из-за нагрева ею подводимого напорного рабочего вещества, вновь нагревают посредством рабочего вещества теплового насоса I и впоследствии используют, чтобы вновь нагреть подводимое напорное рабочее вещество пневматического мотора J, в результате чего происходит неоднократный нагрев и охлаждение пресной воды в другом циркуляционном контуре.
[0081] Соленую воду, охлажденную посредством рабочего вещества теплового насоса, используют для осуществления конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J, в результате чего происходит повышение температуры соленой воды, после чего соленую воду с повышенной таким образом температурой вновь охлаждают посредством рабочего вещества теплового насоса I с поглощением теплоты из соленой воды и используют для того, чтобы вновь осуществить конденсацию отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J, в результате чего происходит неоднократное охлаждение и нагрев соленой воды в соответствующем циркуляционном контуре.
[0082] Согласно изобретению, циркуляционные контуры выполнены с возможностью однонаправленной циркуляции находящихся в них соленой воды и пресной воды соответственно, в результате чего происходит неоднократное охлаждение и нагрев соленой воды в ходе ее циркуляции в соответствующем циркуляционном контуре и неоднократный нагрев и охлаждение пресной воды в ходе ее циркуляции в соответствующем циркуляционном контуре. Конструкция циркуляционных контуров может быть любой и включать в себя разнообразные трубопроводы, клапаны, насосные устройства, испарители, конденсаторы, парогенераторы и т.п., при этом накопители текучей среды для краткосрочного аккумулирования соответственно соленой воды и пресной воды могут быть произвольно расположены в циркуляционных контурах. Таким образом, настоящее изобретение не ограничивает реализацию циркуляционных контуров, за исключением того, что должна быть обеспечена возможность циркуляции соленой воды и пресной воды в контурах и их неоднократное охлаждение и нагрев.
[0083] Конденсатор С в системе распределенного преобразования энергии выполнен с возможностью осуществления, посредством охлажденной соленой воды из накопителя Е текучей среды, конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества (т.е. газообразного аммиака) пневматического мотора J, протекающего в канал кожуха конденсатора С, с образованием напорного жидкого рабочего вещества (т.е. жидкого аммиака) при протекании по каналу трубной части конденсатора С, при этом напорное жидкое рабочее вещество вновь поступает в парогенератор D в качестве подводимого напорного рабочего вещества (т.е. жидкого аммиака) пневматического мотора J. Парогенератор D выполнен с возможностью использования нагретой пресной воды из накопителя F текучей среды, протекающей по каналу трубной части парогенератора D, для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J в канале кожуха парогенератора D с образованием напорного газообразного рабочего вещества для приведения в действие пневматического мотора J.
[0084] Система распределенного преобразования энергии может дополнительно включать в себя испаритель А и конденсатор В. Испаритель А выполнен с возможностью использования рабочего вещества теплового насоса I, протекающего по каналу кожуха испарителя А, для поглощения теплоты из соленой воды из накопителя G текучей среды, протекающей в канал трубной части испарителя А, в результате чего происходит превращение в пар рабочего вещества теплового насоса I. Конденсатор В выполнен с возможностью использования сжатого рабочего вещества теплового насоса I, протекающего по каналу кожуха конденсатора В, для нагрева пресной воды из накопителя Н текучей среды, протекающей в канал трубной части конденсатора В, что приводит к конденсации рабочего вещества теплового насоса I с последующим возвратом в испаритель А.
[0085] В системе распределенного преобразования энергии по настоящему раскрытию тепловой насос I выполнен с возможностью и охлаждения соленой воды, и нагрева пресной воды, при этом охлажденную соленую воду используют для осуществления конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J для снижения давления на выходе пневматического мотора J; при этом нагретую пресную воду используют для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J для повышения давления подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J, в результате чего происходит значительное увеличение разности давлений на входе рабочего вещества и на выходе рабочего вещества пневматического мотора J, т.е. подводимого напорного газообразного рабочего вещества и отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J, и, как следствие, повышение отдаваемой мощности пневматического мотора J и увеличение количества электроэнергии, которое может выработать пневматический мотор J. В данном случае, циркуляция соленой воды происходит в одном соответствующем циркуляционном контуре, а циркуляция пресной воды - в другом циркуляционном контуре, без сброса энергии за пределы системы преобразования энергии, что позволяет избежать потери энергии из системы преобразования энергии и повысить КП системы преобразования энергии. Кроме того, аккумулирование энергии соленой водой на практике происходит, когда соленая вода поглощает теплоту из отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J с конденсацией отводимого напорного газообразного рабочего вещества, при этом теплота, поглощенная соленой водой, может быть поглощена тепловым насосом, что позволяет избежать потери энергии из системы. Кроме того, «сбросная теплота», создаваемая тепловым насосом I, охлаждающим соленую воду, используется тепловым насосом I для нагрева пресной воды, то есть в системе в целом фактически не происходит образование сбросной теплоты.
[0086] В вышеуказанном варианте осуществления циркуляционный контур для соленой воды может быть образован испарителем А, накопителем Е текучей среды, конденсатором С и накопителем G текучей среды, последовательно соединенными трубопроводами, при этом накопитель G текучей среды также соединен с испарителем А через трубопровод, тем самым создавая замкнутый циркуляционный контур, при этом насосные устройства, например, водяные насосы 4, служащие для побуждения соленой воды к циркуляции по циркуляционному контуру, могут быть размещены в желаемых положениях по ходу трубопроводов. Например, водяной насос 4 может быть размещен по ходу трубопровода между испарителем А и накопителем Е текучей среды с возможностью перемещения охлажденной соленой воды из испарителя А в накопитель Е текучей среды для аккумулирования в нем; водяной насос 4 может быть размещен по ходу трубопровода между накопителем Е текучей среды и конденсатором С с возможностью перемещения соленой воды из накопителя Е текучей среды в конденсатор С; а водяной насос 4 может быть размещен по ходу трубопровода между накопителем G текучей среды и испарителем А с возможностью перемещения соленой воды из накопителя G текучей среды в испаритель А. Изобретение не ограничено вышеуказанным, при этом водяные насосы могут быть размещены по ходу конкретных трубопроводов в зависимости от фактических потребностей.
[0087] Аналогичным образом, циркуляционный контур для пресной воды может быть образован конденсатором В, накопителем F текучей среды, парогенератором D и накопителем Н текучей среды, последовательно соединенными трубопроводами, при этом накопитель Н текучей среды также соединен с конденсатором В через трубопровод, тем самым создавая замкнутый циркуляционный контур, при этом насосные устройства, например, водяные насосы 4, побуждающие пресную воду к циркуляции по циркуляционному контуру, могут быть размещены в желаемых положениях по ходу трубопроводов. Например, водяной насос 4 может быть размещен по ходу трубопровода между конденсатором В и накопителем F текучей среды с возможностью перемещения нагретой пресной воды из конденсатора В в накопитель F текучей среды для аккумулирования; водяной насос 4 может быть размещен по ходу трубопровода между накопителем F текучей среды и парогенератором D с возможностью перемещения пресной воды из накопителя F текучей среды в парогенератор D; а водяной насос 4 может быть размещен по ходу трубопровода между накопителем Н текучей среды и конденсатором В с возможностью перемещения пресной воды из накопителя Н текучей среды в конденсатор В. Изобретение не ограничено вышеуказанным, при этом водяные насосы могут быть размещены по ходу конкретных трубопроводов в зависимости от фактических потребностей.
[0088] Согласно настоящему раскрытию, соленую воду используют в качестве циркулирующей текучей среды для одного из циркуляционных контуров, а пресную воду (т.е. простую воду) используют в качестве циркулирующей текучей среды для другого из циркуляционных контуров, однако настоящее изобретение не ограничено ими и допускает возможность использования иных текучих сред (например, жидкостей иных типов или даже газа) без каких-либо противоречий, при условии, что эти текучие среды способны оставаться в текучем состоянии при желаемой рабочей температуре для циркуляции в контурах и теплообмена с рабочим веществом теплового насоса и напорным рабочим веществом пневматического мотора при указанной температуре. Специалисты в данной области техники смогут без труда определить текучую среду, пригодную для циркуляции в вышеуказанных циркуляционных контурах в зависимости от типа, давления и рабочей температуры рабочего вещества теплового насоса и типа, давления и рабочей температуры напорного рабочего вещества пневматического мотора в системе. Раскрытые варианты осуществления с соленой водой и пресной водой в качестве циркулирующих текучих сред носят иллюстративный характер. Соленая вода принята в качестве первой текучей среды из-за ее способности сохранять текучесть при температуре ниже 0°С, а также легкодоступности и низкой стоимости. При этом «пресная вода» означает простую воду с точкой замерзания 0°С.
[0089] Накопители G и Е текучей среды на Фиг. 1 соответственно выполнены с возможностью аккумулирования соленой воды с разными температурами в циркуляционном контуре для соленой воды, а накопители Н и F текучей среды соответственно выполнены с возможностью аккумулирования пресной воды с разными температурами в другом циркуляционном контуре для пресной воды.
[0090] Накопитель G текучей среды выполнен с возможностью аккумулирования соленой воды, нагретой за счет конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J, при этом в данном случае соленая вода обычно нагрета до температуры выше 0°С, например, от 0°С до 20°С, или от 0°С до 12°С, предпочтительно 12°С, или любой другой желаемой температуры. Посредством своего рабочего вещества, тепловой насос I поглощает теплоту из соленой воды из накопителя G текучей среды с охлаждением соленой воды, при этом охлажденную соленую воду накапливают в накопителе Е текучей среды, при этом в данном случае соленая вода обычно охлаждена до температуры ниже 0°С, например, от -20°С до 0°С, или от -12°С до 0°С, предпочтительно -12°С, или любой другой желаемой температуры.
[0091] Накопитель Н текучей среды выполнен с возможностью аккумулирования пресной воды, охлажденной из-за нагрева ею подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J, при этом в данном случае пресная вода обычно имеет температуру от 20°С до 60°С, например, от 30°С до 50°С, и от 35°С до 45°С, и предпочтительно 40°С, или любую другую желаемую температуру. Посредством своего рабочего вещества, тепловой насос I нагревает пресную воду из накопителя Н текучей среды, при этом нагретую пресную воду накапливают в накопителе F текучей среды, причем нагретая пресная вода обычно имеет температуру от 90°С до 60°С, например, от 80°С до 65°С, и предпочтительно 75°С, или любую другую желаемую температуру.
2
[0092] В данном случае, рабочее вещество теплового насоса I представляет собой, например, диоксид углерода (CO), а напорное рабочее вещество пневматического мотора J представляет собой, например, аммиак. Данные примеры являются иллюстративными, при этом иные вещества могут быть приняты в качестве рабочего вещества теплового насоса I и напорного рабочего вещества пневматического мотора J, при условии, что они способны к превращению в пар и конденсации при предварительно заданных температурах для теплообмена с внешней текучей средой, например, соленой водой или пресной водой. Например, фреон также может быть принят в качестве напорного рабочего вещества пневматического мотора J.
2
[0093] Если в качестве рабочего вещества (т.е. хладагента) теплового насоса I принят CO, для испарителя А предпочтительно, чтобы соленая вода была охлаждена до температуры около -12°С, для достижения высокого холодильного КП испарителя А, например, холодильного КП около 2 в данном случае. В тепловом насосе I возможно использование веществ иных типов, при условии, что с ними тепловой насос I может осуществлять поглощение теплоты из соленой воды в испарителе А и передачу теплоты пресной воде в конденсаторе В.
[0094] Для обеспечения высокого КП теплового насоса по нагреву пресной воды в конденсаторе В, пресная вода в накопителе Н текучей среды предпочтительно имеет температуру 40°С, а пресная вода в накопителе F текучей среды может иметь температуру предпочтительно 75°С. В вышеуказанных температурных режимах КП теплового насоса I по нагреву пресной воды может составить около 3.
[0095] Если в качестве напорного рабочего вещества пневматического мотора J используют жидкий аммиак (например, экологически безвредный хладагент на основе жидкого аммиака), то при температуре пресной воды 75°С на входе канала трубной части парогенератора D и температуре пресной воды 40°С на выходе канала трубной части, давление паров, образовавшихся в результате превращения в пар жидкого аммиака в парогенераторе D, составит 16,7 КГ. В данном случае, если соленая вода на входе канала трубной части конденсатора С имеет температуру -12°С, а соленая вода на выходе канала трубной части имеет температуру 12°С, возникающее в результате противодавление пневматического мотора J составляет около 6,7 КГ, и достигается чистый перепад давлений около 10 КГ - значительно выше, чем в прототипах - для пневматического мотора J предлагаемой системы, что значительно повышает отдаваемую мощность пневматического мотора J и, как следствие, эффективность выработки электроэнергии, если пневматический мотор J служит для приведения в действие силового генератора. На практике, в зависимости от температуры пресной воды, протекающей в парогенератор D, температуры соленой воды, протекающей в конденсатор С и т.п., специалисты в данной области техники смогут выбрать иное подходящее рабочее вещество в качестве напорного рабочего вещества пневматического мотора J, при этом настоящее изобретение не ограничено вышеуказанным.
[0096] Компоненты, например, накопители текучей среды, испарители, конденсаторы, парогенераторы, трубопроводы и клапаны в вариантах осуществления предлагаемой системы предпочтительно термоизолированы во избежание непредусмотренного теплообмена с окружающей средой.
[0097] Далее будет подробно раскрыт пример процесса, при котором отводимое газообразное напорное рабочее вещество пневматического мотора J проходит конденсацию в конденсаторе С, а затем вновь поступает в парогенератор D в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J.
[0098] Система преобразования энергии в варианте осуществления на Фиг. 1 и 2 может дополнительно включать в себя накопитель 14 жидкого рабочего вещества, расположенный ниже, чем первый конденсатора С, соединенный по текучей среде с первым конденсатором С через клапан 13 и соединенный по текучей среде с парогенератором D через клапан 18. В данном случае, когда клапан 13 открыт, клапан 18 закрыт, благодаря чему конденсатор С связан с накопителем 14 жидкого рабочего вещества, тогда как накопитель 14 разъединен по текучей среде с парогенератором D, в результате чего напорное жидкое рабочее вещество, полученное в результате конденсации в конденсаторе С, может протекать в накопитель 14 самотеком (или под действием насосного устройства). При этом, когда уровень жидкости в накопителе 14 становится выше предварительно заданного верхнего порогового уровня 19 жидкости, клапан 13 закрывают, а клапан 18 открывают для разъединения накопителя 14 по текучей среде с конденсатором С и соединения накопителя 14 с парогенератором D, благодаря чему возможен возврат напорного жидкого рабочего вещества, собранного в накопителе 14, в парогенератор D и его последующее превращение в пар в качестве подводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J.
[0099] Кроме того, когда уровень жидкости в накопителе 14 становится ниже предварительно заданного нижнего порогового уровня 20 жидкости, клапан 13 открывают, а клапан 18 закрывают для разъединения накопителя 14 по текучей среде с парогенератором D и вновь соединения накопителя 14 по текучей среде с конденсатором С, благодаря чему напорное жидкое рабочее вещество, полученное в результате конденсации в конденсаторе С, сможет протекать в накопитель 14. Предварительно заданный нижний пороговый уровень 20 жидкости ниже предварительно заданного верхнего порогового уровня 19 жидкости. В данном случае, клапаны 13 и 18 могут представлять собой электрические клапаны, открытие и закрытие которых, как раскрыто выше, происходит под управлением датчика 15, выполненного с возможностью определения уровня жидкости в накопителе 14, когда датчик 15 определяет, что уровень жидкости выше предварительно заданного верхнего порогового уровня 19 жидкости или ниже предварительно заданного нижнего порогового уровня 20 жидкости.
[00100] В другом варианте реализации клапаны 13 и 18 представляют собой обратные клапаны. Когда клапан 13 открыт, напорное жидкое рабочее вещество может протекать в направлении из конденсатора С в накопитель 14 жидкого рабочего вещества; а когда клапан 18 открыт, напорное жидкое рабочее вещество может протекать в направлении из накопителя 14 в парогенератор D. В данном случае, накопитель 14 может также быть соединен по текучей среде с конденсатором С через другой трубопровод, отличный от трубопровода, где расположен клапан 13, а клапан 12 и пневматический электрогенератор 11, подключенные последовательно, расположены по ходу данного другого трубопровода с возможностью направления потока напорного газообразного рабочего вещества над напорным жидким рабочим веществом в накопителе 14 в конденсатор С. Накопитель 14 может также быть соединен по текучей среде с парогенератором D через другой трубопровод, отличный от трубопровода, где расположен клапан 18, при этом клапан 16 и накопитель 17 газа, подключенные последовательно, расположены по ходу данного другого трубопровода, причем накопитель 17 газа подключен между парогенератором D и клапаном 16 и выполнен с возможностью отделения напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора, поступающего из парогенератора D, от напорного жидкого рабочего вещества пневматического мотора, содержащегося в напорном газообразном рабочем веществе, и с возможностью временного аккумулирования напорного газообразного рабочего вещества при необходимости. Клапан 16 выполнен с возможностью направления потока напорного газообразного рабочего вещества, образовавшегося в парогенераторе D, в накопитель 14. В данном случае, клапаны 12 и 16 могут представлять собой электрические клапаны, управляемые по детектированному сигналу датчика 15 уровня жидкости, а вместо накопителя 17 газа возможно использование любого другого устройства с функцией отделения жидкости от газа.
[00101] Далее, совместно со схематическим видом в увеличенном масштабе части системы распределенного преобразования энергии на Фиг. 2, будет раскрыта работа накопителя 14 жидкого рабочего вещества и связанных с ним клапанов согласно раскрытому выше варианту реализации. Когда уровень жидкости в накопителе 14 становится выше предварительно заданного верхнего порогового уровня 19 жидкости, датчик 15 уровня жидкости обнаруживает, что уровень жидкости стал выше предварительно заданного верхнего порогового уровня 19 жидкости, и генерирует электрический сигнал, побуждающий электрический клапан 12 перейти из открытого в закрытое состояние и побуждающий электрический клапан 16 перейти из закрытого в открытое состояние, в результате чего происходит перемещение высоко на порно го газа (т.е. напорного газообразного рабочего вещества, полученного в результате превращения в пар в парогенераторе D), находящегося в накопителе 17 газа, в накопитель 14 через клапан 16, в результате чего возрастает давление в накопителе 14 и, как следствие, происходит закрытие обратного клапана 13, а затем открытие обратного клапана 18 под действием силы тяжести напорного рабочего вещества в накопителе 14, в результате чего накопитель 14 становится связан с парогенератор D, а напорное жидкое рабочее вещество сможет протекать обратно в парогенератор D из накопителя 14. Когда уровень жидкости в накопителе 14 становится ниже предварительно заданного нижнего порогового уровня 20 жидкости, датчик 15 уровня жидкости обнаруживает, что уровень жидкости стал ниже предварительно заданного нижнего порогового уровня 20 жидкости и генерирует электрический сигнал, побуждающий электрический клапан 12 перейти из закрытого в открытое состояние и побуждающий электрический клапан 16 перейти из открытого в закрытое состояние, при этом в данный момент давление в накопителе 14 выше, чем в канале кожуха конденсатора С (через которое протекает напорное газообразное и жидкое рабочее вещество пневматического мотора J), при этом разность давлений между ними можно использовать для приведения в действие пневматического электрогенератора 11 для выработки электроэнергии, при этом выработанная электроэнергия предпочтительно протекает по проводу 23 для нагрева греющей трубки 22, в свою очередь участвующей в нагреве пресной воды в накопителе F текучей среды, в результате чего происходит аккумулирование дополнительной теплоты в накопителе F текучей среды. Когда давление в накопителе 14 падает, обратный клапан 13 переходит из закрытого в открытое состояние под действием силы тяжести напорного жидкого рабочего вещества в конденсаторе С, и в это время, так как давление в канале кожуха парогенератора D (через который протекает напорное жидкое и газообразное рабочее вещество пневматического мотора J) выше, чем в накопителе 14, обратный клапан 18 переходит из открытого в закрытое состояние для разъединения накопителя 14 по текучей среде с парогенератором D. Данное решение обеспечивает значительную экономию электроэнергии по сравнению с традиционным способом возврата рабочего вещества с помощью электрического насоса, а также устойчивость к высокому давлению, отсутствие утечек и высокую эффективность.
[00102] В системе распределенного преобразования энергии по данному варианту осуществления изобретения тепловой насос I включает в себя электрический мотор 8 и приводимый данным электрическим мотором в действие компрессор, при этом по меньшей мере часть пресной воды из накопителя Н текучей среды используют для водяного охлаждения электрического мотора 8, при этом пресная вода после указанного водяного охлаждения вновь поступает в накопитель F текучей среды; и/или, пневматический мотор J соединен с силовым генератором и приводит его в действие, при этом по меньшей мере часть пресной воды из накопителя Н текучей среды используют для водяного охлаждения силового генератора, при этом пресная вода после указанного водяного охлаждения вновь поступает в накопитель F текучей среды. Таким образом, теплоту, выделяемую при механических движениях устройств в системе (в том числе электрического мотора, силового генератора и т.п.) также можно аккумулировать и использовать во избежание возникновения сбросной теплоты.
[00103] Далее, совместно с Фиг. 1-3, будет раскрыт способ распределенного преобразования энергии согласно одному из вариантов осуществления изобретения. Фиг. 3 представляет собой принципиальную схему способа распределенного преобразования энергии по данному варианту осуществления изобретения. Способ на Фиг. 3 может включать в себя этапы, на которых:
[00104] осуществляют поглощение теплоты из соленой воды, циркулирующей в циркуляционном контуре, посредством рабочего вещества теплового насоса I, в результате чего происходит охлаждение соленой воды, а затем сжимают рабочее вещество с поглощенной теплотой посредством теплового насоса I для дополнительного повышения температуры рабочего вещества для нагрева пресной воды, циркулирующей в другом циркуляционном контуре, посредством рабочего вещества;
[00105] перемещают нагретую пресную воду для нагрева и превращения в пар подводимого напорного жидкого рабочего вещества пневматического мотора J с образованием напорного газообразного рабочего вещества для приведения в действие пневматического мотора J, и вновь нагревают пресную воду, температура которой упала из-за нагрева ею подводимого напорного жидкого рабочего вещества пневматического мотора, посредством рабочего вещества теплового насоса I, для того, чтобы вновь нагреть подводимое напорное жидкое рабочее вещество пневматического мотора J посредством вновь нагретой пресной воды, в результате чего происходит неоднократный нагрев и охлаждение пресной воды в указанном другом циркуляционном контуре; и
[00106] перемещают соленую воду, охлажденную посредством рабочего вещества теплового насоса, для осуществления конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J и вновь осуществляют поглощение теплоты из и, тем самым, охлаждение соленой воды, температура которой возросла из-за конденсации посредством нее отводимого газообразного напорного рабочего вещества пневматического мотора J, посредством рабочего вещества теплового насоса I, для того, чтобы вновь охлажденную соленую воду можно было вновь использовать для конденсации отводимого газообразного напорного рабочего вещества пневматического мотора J, в результате чего происходит неоднократное охлаждение и нагрев соленой воды в соответствующем циркуляционном контуре.
[00107] В данном варианте осуществления настоящего изобретения циркуляционные контуры, являющиеся теми же, что и в предыдущих вариантах осуществления, используют для однонаправленной циркуляции находящихся в них соленой воды и пресной воды.
[00108] Рабочее вещество теплового насоса I может поглощать теплоту из соленой воды из накопителя G текучей среды, тем самым охлаждая ее, а охлажденную соленую воду перемещают в накопитель Е текучей среды. Тепловой насос I также может сжимать свое рабочее вещество, содержащее поглощенную таким образом теплоту, для дополнительного повышения температуры своего рабочего вещества, что позволяет нагревать пресную воду из накопителя Н текучей среды посредством рабочего вещества теплового насоса I, при этом нагретую пресную воду перемещают в накопитель F текучей среды. Нагретая пресная вода из накопителя F текучей среды может быть перемещена для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J с образованием напорного газообразного рабочего вещества для приведения в действие пневматического мотора J, при этом пресную воду после нагрева подводимого напорного рабочего вещества возвращают в накопитель Н текучей среды. Охлажденную соленую воду из накопителя Е текучей среды перемещают для конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J, а затем возвращают в накопитель G текучей среды.
[00109] Охлаждение и нагрев согласно способу преобразования энергии по варианту осуществления настоящего изобретения можно выполнять посредством конденсатора и испарителя. На Фиг. 1 показано, что охлажденная первая текучая среда из накопителя Е текучей среды протекает по каналу трубной части конденсатора С для осуществления конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества (например, газообразного аммиака) пневматического мотора J, протекающего в канал кожуха конденсатора С, с образованием напорного жидкого рабочего вещества (т.е. жидкого аммиака), далее возвращаемого в парогенератор D в качестве подводимого напорного рабочего вещества (т.е. жидкого аммиака) пневматического мотора J. Нагретую пресную воду из накопителя F текучей среды, протекающую по каналу трубной части парогенератора D, используют для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J в канале кожуха парогенератора D с образованием напорного газообразного рабочего вещества для приведения в действие пневматического мотора J.
[00110] В варианте осуществления предлагаемого способа преобразования энергии рабочее вещество теплового насоса I может протекать по каналу кожуха испарителя А и поглощать теплоту из соленой воды, протекающей в канал трубной части испарителя А из накопителя G текучей среды, в результате чего происходит превращение в пар рабочего вещества теплового насоса I и охлаждение соленой воды. Сжатое рабочее вещество теплового насоса I может протекать в канал кожуха конденсатора В для нагрева пресной воды, протекающей в канал трубной части конденсатора В из накопителя Н текучей среды, что приводит к конденсации рабочего вещества теплового насоса I, с последующим возвратом обратно в испаритель А. В контексте настоящего раскрытия понятия «канал кожуха» и «канал трубной части» являются, при необходимости, взаимозаменяемыми без возникновения противоречий.
[00111] В данном варианте осуществления конструкция циркуляционных контуров для соленой воды и для пресной воды может быть такой же, как и в раскрытых выше вариантах осуществления. Согласно настоящему раскрытию, соленая вода принята в качестве циркулирующей текучей среды в одном из циркуляционных контуров, а простая пресная вода принята в качестве циркулирующей текучей среды в другом циркуляционном контуре, при этом циркулирующая текучая среда по настоящему раскрытию не ограничена соленой водой или пресной водой, и возможно использование, без каких-либо противоречий, любых других текучих сред, например, жидкости другого типа или даже газа, при условии, что они способны оставаться в текучем состоянии при желаемой рабочей температуре для циркуляции в указанных контурах и теплообмена с рабочим веществом теплового насоса и напорным рабочим веществом пневматического мотора при указанной температуре. Специалисты в данной области техники смогут без труда определить текучую среду, подходящую для циркуляции в вышеуказанных циркуляционных контурах, в зависимости от типа, давления и рабочей температуры рабочего вещества теплового насоса и типа, давления и рабочей температуры напорного рабочего вещества пневматического мотора в системе. Раскрытые варианты осуществления с соленой водой и пресной водой в качестве циркулирующих текучих сред носят иллюстративный характер. Соленая вода принята в качестве первой текучей среды из-за ее способности сохранять текучесть при температуре ниже 0°С, легкодоступности и низкой стоимости. При этом «пресная вода» означает простую воду сточкой замерзания 0°С.
[00112] Накопитель G текучей среды выполнен с возможностью аккумулирования соленой воды, нагретой за счет конденсации отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J, при этом в данном случае соленая вода обычно нагрета до температуры выше 0°С, например от 0°С до 20°С или от 0°С до 12°С, предпочтительно 12°С, или любой другой желаемой температуры. Посредством своего рабочего вещества, тепловой насос I поглощает теплоту из соленой воды из накопителя G текучей среды с охлаждением соленой воды, при этом охлажденную соленую воду накапливают в накопителе Е текучей среды, при этом в данном случае соленая вода обычно охлаждена до температуры ниже 0°С, например от -20°С до 0°С или от -12°С до 0°С, предпочтительно -12°С, или любой другой желаемой температуры.
[00113] Накопитель Н текучей среды выполнен с возможностью аккумулирования пресной воды, охлажденной из-за нагрева ею подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J, при этом в данном случае пресная вода обычно имеет температуру от 20°С до 60°С, например от 30°С до 50°С или от 35°С до 45°С, предпочтительно 40°С, или любую другую желаемую температуру. Посредством своего рабочего вещества, тепловой насос I нагревает пресную воду из накопителя Н текучей среды, при этом нагретую пресную воду накапливают в накопителе F текучей среды, причем нагретая пресная вода обычно имеет температуру от 90°С до 60°С, например, от 80°С до 65°С, предпочтительно 75°С, или любую другую желаемую температуру.
2
[00114] В данном случае рабочее вещество теплового насоса I представляет собой, например, диоксид углерода (CO), а напорное рабочее вещество пневматического мотора J представляет собой, например, аммиак. Данные примеры являются иллюстративными, при этом иные среды могут быть приняты в качестве рабочего вещества теплового насоса I и напорного рабочего вещества пневматического мотора J, при условии, что они способны к превращению в пар и конденсации при предварительно заданных температурах для теплообмена с внешней текучей средой, например, соленой водой или пресной водой. Например, фреон также может быть принят в качестве напорного рабочего вещества пневматического мотора J.
2
[00115] Если в качестве рабочего вещества (т.е. хладагента) теплового насоса I принят CO, для испарителя А предпочтительно, чтобы соленая вода была охлаждена до температуры около -12°С, для достижения высокого холодильного КП испарителя А, например, холодильного КП около 2 в данном случае. В тепловом насосе I возможно использование веществ иных типов, при условии, что с ними тепловой насос I может осуществлять поглощение теплоты из соленой воды в испарителе А и передачу теплоты пресной воде в конденсаторе В.
[00116] Для обеспечения высокого КП теплового насоса по нагреву пресной воды в конденсаторе В, пресная вода в накопителе Н текучей среды предпочтительно имеет температуру 40°С, а пресная вода в накопителе F текучей среды может иметь температуру предпочтительно 75°С. В вышеуказанных температурных режимах КП теплового насоса I по нагреву пресной воды может составить около 3.
[00117] Если в качестве напорного рабочего вещества пневматического мотора J используют жидкий аммиак (например, экологически безвредный хладагент на основе жидкого аммиака), то при температуре пресной воды 75°С на входе канала трубной части парогенератора D и температуре пресной воды 40°С на выходе канала трубной части, давление паров, образовавшихся в результате превращения в пар жидкого аммиака в парогенераторе D, составит 16,7 КГ. В данном случае, если соленая вода на входе канала трубной части конденсатора С имеет температуру -12°С, а соленая вода на выходе канала трубной части имеет температуру 12°С, возникающее в результате противодавление пневматического мотора J составляет около 6,7 КГ, и достигается чистый перепад давлений около 10КГ - значительно выше, чем в прототипах - для пневматического мотора J предлагаемой системы, что значительно повышает отдаваемую мощность пневматического мотора J и, как следствие, эффективность выработки электроэнергии, если пневматический мотор J служит для приведения в действие силового генератора, при этом может быть достигнут КП силового генератора величиной 5. На практике, в зависимости от температуры пресной воды, протекающей в парогенератор D, температуры соленой воды, протекающей в конденсатор С и т.п., специалисты в данной области техники смогут выбрать иное подходящее рабочее вещество в качестве напорного рабочего вещества пневматического мотора J, при этом настоящее изобретение не ограничено вышеуказанным.
[00118] Далее будет подробно раскрыт пример процесса согласно способу преобразования энергии по данному варианту осуществления изобретения, при котором отводимое газообразное напорное рабочее вещество пневматического мотора J проходит конденсацию с образованием напорного жидкого рабочего вещества, которое возвращают в парогенератор D в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J.
[00119] В частности, перед перемещением полученного в результате указанной конденсации напорного жидкого рабочего вещества обратно в парогенератор D в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J, способ может дополнительно включать в себя этапы, на которых:
[00120] соединяют по текучей среде конденсатор С с накопителем 14 жидкого рабочего вещества, одновременно оставляя накопитель 14 разъединенным по текучей среде с парогенератором D, благодаря чему полученное в результате указанной конденсации напорное жидкое рабочее вещество протекает в накопитель 14, при этом, когда уровень жидкости в накопителе 14 становится выше предварительно заданного верхнего порогового уровня 19 жидкости, разъединяют по текучей среде накопитель 14 с конденсатором С и соединяют по текучей среде накопитель 14 с парогенератор D для обеспечения возможности возврата напорного жидкого рабочего вещества из накопителя 14 в парогенератор D.
[00121] При этом, когда уровень жидкости в накопителе 14 становится ниже предварительно заданного нижнего порогового уровня 20 жидкости, накопитель 14 разъединяют по текучей среде с парогенератором D, при этом вновь соединяя его по текучей среде с конденсатором С для пропуска потока полученного в результате указанной конденсации жидкого напорного рабочего вещества в накопитель 14. В данном случае предварительно заданный нижний пороговый уровень 20 жидкости ниже предварительно заданного верхнего порогового уровня жидкости.
[00122] Когда накопитель 14 будет вновь соединен по текучей среде с конденсатором С, разность давлений внутри накопителя 14 и внутри канала кожуха конденсатора С может приводить в действие пневматический электрогенератор 11 для выработки электроэнергии, при этом выработанную электроэнергию предпочтительно используют для содействия в нагреве пресная вода в накопителе F текучей среды.
[00123] Если тепловой насос I включает в себя электрический мотор (ЭМ) 8 и приводимый указанным мотором в действие компрессор 8, а пневматический мотор J соединен с силовым генератором для выработки электроэнергии, для утилизации любой теплоты, выделяемой при механических движениях в системе, способ преобразования энергии по данному варианту осуществления изобретения может дополнительно включать в себя этапы, на которых осуществляют водяное охлаждение мотора 8 по меньшей мере частью пресной воды из накопителя Н текучей среды и перемещают эту часть пресной воды после указанного водяного охлаждения в накопитель F текучей среды, и осуществляют водяное охлаждение силового генератора по меньшей мере другой частью пресной воды из накопителя Н текучей среды и перемещают указанную другую часть пресной воды после указанного водяного охлаждения в накопитель F текучей среды.
[00124] Как и в раскрытой выше системе преобразования энергии, накопители G, Е, Н и F текучей среды, накопитель 14 жидкого рабочего вещества, испаритель А, парогенератор D, конденсатор С и/или конденсатор D могут быть термоизолированы.
[00125] Согласно способу преобразования энергии по данному варианту осуществления изобретения, циркуляционные контуры, текучие среды, например, соленая вода и пресная вода, рабочее вещество теплового насоса и напорное рабочее вещество пневматического мотора являются теми же, что и в системе преобразования энергии, поэтому их описание не будет приводиться повторно.
[00126] Настоящее изобретение далее будет раскрыто на примере частного случая использования системы и способа преобразования энергии по вариантам осуществления изобретения в области выработки электроэнергии.
[00127] В основу идеи данного частного случая использования положены режим ночного аккумулирования энергии и режим дневной выработки электроэнергии. В режиме ночного аккумулирования энергии, потребляя внепиковое электричество, тепловой насос аккумулирует теплоту (включая явную теплоту и скрытую теплоту) в накопителях Е и F текучей среды, используя ледяную воду и горячую воду в качестве носителей, до окончания времени внепикового электричества. В режиме дневной выработки электроэнергии, энергию холода и тепловую энергию, аккумулированную в накопителях Е и F текучей среды, комплексно используют для выработки электроэнергии. Режим ночного аккумулирования энергии и режим дневной выработки электроэнергии многократно сменяют друг друга.
[00128] 1. Сведения о режиме ночного аккумулирования энергии
[00129] Возникновение сбросной теплоты считается широко распространенным явлением, при этом в некоторых случаях ее не утилизируют. Например, в случае охлаждения воздушным кондиционером, когда в летнее время существует потребность в охлаждении помещений, наружные блоки воздушных кондиционеров рассеивают много теплоты в качестве допустимой сбросной теплоты. В отличие от них, согласно настоящему изобретению, теплоту не сбрасывают, а посредством теплового насоса накапливают в большом накопителе F текучей среды, используя воду в качестве носителя, а затем - в дневное время - используют для нагрева напорного рабочего вещества (например, жидкого аммиака или фреона) парогенератора D для выработки пара высокого давления, в свою очередь, приводящего в действие пневматический мотор, за счет чего происходит утилизация сбросной теплоты и достижения КП по нагреву до 3 включительно.
[00130] С другой стороны, например, в случае нагрева воздушным кондиционером, когда в зимнее время существует потребность в отоплении помещений, наружный блок воздушного кондиционера вырабатывает большое количество энергии холода, которую считают допустимой сбросной энергией. Согласно настоящему изобретению, энергию холода не сбрасывают, а накапливают в большом накопителе Е текучей среды, используя соленую воду в качестве носителя, а затем - в дневное время - используют для осуществления конденсации отработавшего пара пневматического мотора J, при этом КП аккумулирования энергии холода составляет 2.
[00131] Таким образом, обычно используют либо тепловую энергию, либо энергию холода вместо того, чтобы использовать и тепловую энергию, и энергию холода. Настоящее изобретение отличается совместным использованием и теплоты, и холода для достижения высокого КП.
[00132] 2. Сведения о режиме дневной выработки электроэнергии
[00133] При традиционной выработке тепловой энергии, существует потребность в конденсации отработавшего пара, возникающего в результате работы расширения, совершаемой паром высокой температуры и высокого давления, в жидкость, при которой происходит рассеивание большого количества теплоты конденсации, эквивалентной теплоте парообразования (т.е. скрытой теплоте) соответствующего количества воды, без дальнейшей утилизации в системе выработки энергии, что значительно снижает эффективность системы выработки энергии в целом, например, эффективность сверхкритической силовой генераторной установки составляет не более 45%. При этом, согласно настоящему изобретению, после того, как высоконапорное газообразное рабочее вещество (например, газообразный аммиак или фреон) пневматического мотора совершит работу расширения в пневматическом моторе, образовавшийся отработавший пар перемещают в конденсатор С, при этом, в отличие от прототипов, осуществляют поглощение большого количества рассеиваемой теплоты конденсации, ее аккумулирование посредством ледяной воды из накопителя Е текучей среды без сброса, а также ее поглощение в испарителе А и утилизацию в ночное время. Таким образом, настоящее изобретение предусматривает аккумулирование и утилизацию теплоты конденсации рабочего вещества пневматического мотора. Кроме того, давление на выходе пневматического мотора значительно понижают посредством ледяной воды из накопителя Е жидкости, в результате чего возрастает разность давлений на входе рабочего вещества и выходе рабочего вещества пневматического мотора и, как следствие, мощность пневматического мотора и выработка электроэнергии.
[00134] В примере реализации, когда тепловой насос I работает на внепиковом электричестве, рабочее вещество (т.е. хладагент) в канале кожуха кожухотрубного испарителя А кипит и переходит в пар, при этом его температура падает, и поглощает теплоту из теплой воды 1 в канале трубной части испарителя А, тем самым передавая выработанную энергию холода теплой воде 1 и превращая теплую воду 1 обратно в ледяную воду температурой -12°С, аккумулируемую в накопителе Е текучей среды. Компрессор теплового насоса I сжимает парообразный хладагент из испарителя А в конденсаторе В, где он проходит конденсацию с образованием жидкого хладагента и рассеиванием теплоты и вновь поступает в испаритель А через трубопровод 2, тем самым завершая один цикл охлаждения. Теплота конденсации, рассеиваемая в конденсаторе В, переходит в низкотемпературную воду 3 в канале трубной части конденсатора В, в результате чего температура низкотемпературной воды 3 возрастает до 75°С, после чего ее аккумулируют в накопителе F текучей среды для последующего использования, тем самым реализуя режим ночного аккумулирования энергии.
[00135] Например, после 8:00 утра водяной насос 4 начинает работать на перемещение высокотемпературной воды из накопителя F текучей среды в парогенератор D, где высокотемпературная вода нагревает жидкий аммиак в канале кожуха парогенератора D с образованием высоконапорного парообразного аммиака, поступающего в пневматический мотор J через трубопровод 5 для совершения работы расширения и, тем самым, обеспечения возможности приведения в действие пневматическим мотором силового генератора для выработки электроэнергии.
[00136] Образовавшийся отработавший пар из пневматического мотора J протекает в конденсатор С через трубопровод 6, где происходит его конденсация с рассеиванием теплоты и одновременным нагревом им низкотемпературной соленой воды температурой -12°С из накопителя Е текучей среды до температуры от 0°С до 12°С, после чего нагретую соленую воду аккумулируют в накопителе G текучей среды для использования в ночное время, при этом давление на выходе пневматического мотора J падает, тем самым увеличивая разность давлений на входе рабочего вещества и выходе рабочего вещества пневматического мотора и повышая выработку электроэнергии. В данном случае, жидкий аммиак в конденсаторе С перемещают обратно в парогенератор D, тем самым завершая один рабочий цикл и реализуя режим дневной выработки электроэнергии.
[00137] Предлагаемая система распределенного преобразования энергии может найти использование, например, в сферах аккумулирования ветровой и солнечной энергии, аккумулирования внепикового электричества и выработки тепловой энергии, однако настоящее изобретение не ограничено ими.
[00138] В раскрытых выше вариантах осуществления способа и системы распределенного преобразования энергии рабочее вещество теплового насоса осуществляет теплообмен с рабочим веществом пневматического мотора опосредованно, т.е. посредством первого циркуляционного контура и содержащегося в нем носителя, а также второго циркуляционного контура и содержащегося в нем носителя. Однако автор настоящего изобретения установил, что в некоторых ситуациях указанный носитель энергии можно не использовать, в связи с чем способ и система распределенного преобразования энергии, раскрытые выше совместно с Фиг. 1 - 3, могут не содержать участки аккумулирования энергии, т.е. первый циркуляционный контур и/или второй циркуляционный контур, причем рабочее вещество теплового насоса осуществляет теплообмен с рабочим веществом пневматического мотора непосредственно, тем самым образуя модифицированные способ и систему преобразования энергии с возможностью усиления подводимой энергии и ее отдачи в реальном времени, которые будут подробно раскрыты ниже совместно с Фиг. 4 и 5, на которых номера позиций, аналогичные номерам ни Фиг. 1 и 2, обозначают части с функциями, аналогичными функциям частей на на Фиг. 1 и 2, которые не будет повторно в подробностях раскрываться ниже.
[00139] На Фиг. 4, изображающей принципиальную схему системы преобразования энергии по модифицированному варианту осуществления изобретения, показано, что система преобразования энергии может включать в себя тепловой насос I, пневматический мотор J, испарительные конденсаторы K и L, при этом тепловой насос I соединен по текучей среде с обоими испарительными конденсаторами K и L через трубопроводы, при этом испарительные конденсаторы K и L соединены по текучей среде через трубопровод 30, благодаря чему рабочее вещество теплового насоса I может циркулировать через испарительные конденсаторы K и L и трубопровод 30. Кроме того, пневматический мотор J соединен по текучей среде с обоими испарительными конденсаторами K и L через трубопроводы, при этом испарительные конденсаторы K и L, в свою очередь, соединены по текучей среде через трубопровод 40, благодаря чему напорное рабочее вещество пневматического мотора J может циркулировать через испарительные конденсаторы K и L и трубопровод 40.
[00140] Рабочее вещество теплового насоса I используют для поглощения теплоты из отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J, что приводит к конденсации последнего с образованием напорного жидкого рабочего вещества, которое перемещают в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J.
[00141] Тепловой насос I выполнен с возможностью сжатия своего рабочего вещества после поглощения теплоты для дополнительного повышения температуры рабочего вещества, далее используемого для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J в испарительном конденсаторе L в качестве напорного газообразного рабочего вещества, приводящего в действие пневматический мотор J с последующим выходом из пневматического мотора J в качестве отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J.
[00142] Рабочее вещество теплового насоса I с температурой, пониженной из-за нагрева им подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J в испарительном конденсаторе L, перемещают в испарительный конденсатор K, чтобы вновь осуществить поглощение теплоты из отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J, в результате чего рабочее вещество теплового насоса I неоднократно проходит вышеуказанные процессы поглощения теплоты, повышения его температуры и снижения его температуры.
[00143] Например, рабочее вещество теплового насоса I может протекать по каналу трубной части испарительного конденсатора K и переходить в пар после поглощения теплоты из напорного рабочего вещества пневматического мотора J, протекающего по каналу кожуха испарительного конденсатора K, с одновременной конденсацией отводимого газообразного напорного рабочего вещества пневматического мотора J, протекающего по каналу кожуха испарительного конденсатора K, после рассеивания теплоты.
[00144] Например, конденсация сжатого рабочего вещества теплового насоса I происходит после рассеивания теплоты при протекании по каналу трубной части испарительного конденсатора L, а подводимое напорное рабочее вещество пневматического мотора J переходит в пар после поглощения теплоты в канале кожуха испарительного конденсатора L.
[00145] Система преобразования энергии по вышеуказанному модифицированному варианту осуществления может дополнительно включать в себя накопитель 14 жидкого рабочего вещества, расположенный ниже, чем испарительный конденсатор K, соединенный по текучей среде с испарительным конденсатором K через клапан 13 и соединенный по текучей среде с испарительным конденсатором L через клапан 18.
[00146] Накопитель 14 жидкого рабочего вещества и соответствующие клапаны работают так же, как и раскрытых выше вариантах осуществления. Например, в ходе работы системы, если клапан 13 находится в открытом состоянии, а клапан 18 - в закрытом состоянии, испарительный конденсатор K связан с накопителем 14, в это время разъединенным по текучей среде с испарительным конденсатором L, в результате чего напорное жидкое рабочее вещество, полученное в результате конденсации в испарительном конденсаторе K, протекает в накопитель 14 и вызывает рост уровня жидкости напорного жидкого рабочего вещества в накопителе 14. Когда уровень жидкости напорного жидкого рабочего вещества в накопителе 14 становится выше предварительно заданного первого порога, клапан 13 переводят в закрытое состояние, а клапан 18 переводят в открытое состояние для разъединения накопителя 14 по текучей среде с испарительным конденсатором K и соединения накопителя 14 по текучей среде с испарительным конденсатором L для пропуска напорного жидкого рабочего вещества, полученного в результате конденсации и аккумулируемого в накопителе 14, обратно в испарительный конденсатор L.
[00147] При этом, когда уровень жидкости в накопителе 14 становится ниже предварительно заданного второго порога, клапан 13 переводят в открытое состояние, а клапан 18 переводят в закрытое состояние для разъединения накопителя 14 по текучей среде с испарительным конденсатором L и вновь соединения накопителя 14 по текучей среде с испарительным конденсатором K для пропуска потока напорного жидкого рабочего вещества, полученного в результате конденсации в испарительном конденсаторе K, в накопитель 14. В данном случае, предварительно заданный второй порог ниже, чем заданный первый порог.
[00148] Для дальнейшей утилизации энергии в системе, накопитель 14 жидкого рабочего вещества может также быть соединен по текучей среде с испарительным конденсатором K через другой трубопровод, отличный от трубопровода, где расположен клапан 13, при этом клапан 12 и дополнительный пневматический мотор 11', подключенные последовательно, расположены по ходу данного другого трубопровода. При этом накопитель 14 может также быть соединен по текучей среде с испарительным конденсатором L через другой трубопровод, отличный от трубопровода, где расположен клапан 18, при этом клапан 16 и накопитель 17 газа, подключенные последовательно, расположены по ходу данного другого трубопровода, причем накопитель 17 газа подключен между испарительным конденсатором L и клапаном 16 и выполнен с возможностью отделения напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J, поступающего из испарительного конденсатора L, от напорного жидкого рабочего вещества пневматического мотора J, содержащегося в напорном газообразном рабочем веществе, и с возможностью временного аккумулирования напорного газообразного рабочего вещества при необходимости. Вместо накопителя 17 газа возможно использование любого другого устройства с функцией отделения жидкости от газа. Специалистам в данной области техники будет понятно, что необходимое устройство отделения жидкости от газа может быть расположено по ходу трубопровода 5 с возможностью отделения напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J, поступающего из испарительного конденсатора L, от напорного жидкого рабочего вещества, поступающего из испарительного конденсатора L, до того, как напорное газообразное рабочее вещество будет перемещено в пневматический мотор J. Следует понимать, что, вместо трубопровода 5, с входом для напорного рабочего вещества пневматического мотора J может быть соединен трубопровод, ведущий из накопителя 17 газа, для обеспечения возможности совместного использования накопителя 17 газа для отделения жидкости от газа без дополнительного устройства отделения жидкости от газа.
[00149] Если в ходе работы системы уровень жидкости в накопителе 14 жидкого рабочего вещества становится выше предварительно заданного первого порога, клапан 12 переводят из открытого в закрытое состояние, а клапан 16 переводят из закрытого в открытое состояние, при этом, если уровень жидкости в накопителе 14 становится ниже предварительно заданного второго порога, клапан 12 переводят из закрытого в открытое состояние, а клапан 16 переводят из открытого в закрытое состояние, в результате чего разность давлений внутри накопителя 14 и внутри испарительного конденсатора K может приводить в действие дополнительный пневматический мотор 11'. Когда давление в накопителе 14 приходит в равновесие с давлением внутри испарительного конденсатора K, клапан 13 переводят из закрытого в открытое состояние.
[00150] По вышеуказанному модифицированному варианту осуществления, клапаны 13 и 18 могут представлять собой обратные клапаны, а клапаны 12 и 16 могут представлять собой электрические клапаны.
[00151] На Фиг. 6 показано, что система по вышеуказанному модифицированному варианту осуществления может дополнительно включать в себя дополнительный тепловой насос 26 с приводом от дополнительного пневматического мотора 11', при этом тепловой насос 26 извлекает и сжимает по меньшей мере часть рабочего вещества теплового насоса I из испарительного конденсатора K для повышения температуры указанной части рабочего вещества, при этом указанная часть рабочего вещества с повышенной таким образом температурой, в соединении с рабочим веществом, сжатым и нагретым тепловым насосом I, протекает в испарительный конденсатор L. Когда дополнительный пневматический мотор 11' приводит в действие дополнительный тепловой насос 26, отдаваемую дополнительным пневматическим мотором 11' энергию можно полностью утилизировать; кроме того, извлечение некоторого количества рабочего вещества теплового насоса I из испарительного конденсатора K дополнительным тепловым насосом 26 позволяет дополнительно снизить температуру отводимого газообразного напорного рабочего вещества пневматического мотора J, протекающего в испарительный конденсатор K, при этом дополнительный тепловой насос 26 сжимает извлеченное рабочее вещество, тем самым повышая его температуру и, в результате, дополнительно увеличивая передачу теплоты в испарительный конденсатор L, что означает дополнительное увеличение разности давлений на входе и выходе напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J и, тем самым, дополнительное повышение мощности пневматического мотора J, за счет использования дополнительного теплового насоса 26 и испарительных конденсаторов K и L.
[00152] В еще одной разновидности варианта осуществления система может дополнительно содержать накопитель 27 жидкости, как показано на Фиг. 6, изображающей принципиальную схему системы преобразования энергии по еще одному модифицированному варианту осуществления изобретения. В данном случае накопитель 14 жидкого рабочего вещества представляет собой кожухотрубный накопитель жидкости с возможностью теплообмена между двумя рабочими веществами, при этом напорное жидкое и газообразное рабочее вещество пневматического мотора J может протекать по каналу кожуха кожухотрубного накопителя жидкости. Рабочее вещество, отводимое из дополнительного теплового насоса 26 и/или теплового насоса I, нагревает жидкость (например, воду) в накопителе 27 жидкости, и нагретую жидкость из накопителя 27 жидкости перемещают в канал трубной части кожухотрубного накопителя жидкости для нагрева напорного жидкого рабочего вещества в канале кожуха кожухотрубного накопителя жидкости перед тем, как переместить напорное жидкое рабочее вещество в испарительный конденсатор L.
[00153] Если температура напорного жидкого рабочего вещества в накопителе 14 жидкого рабочего вещества отлична от температуры напорного жидкого и/или газообразного рабочего вещества в испарительном конденсаторе L, перемещение напорного жидкого рабочего вещества из накопителя 14 в испарительный конденсатор L может повлиять на стабильность давления напорного газообразного рабочего вещества, перемещаемого из испарительного конденсатора L в пневматический мотор J и, как следствие, на стабильность отдаваемой мощности пневматического мотора J. Поэтому автору настоящего изобретения пришло на ум раскрытое выше решение, предусматривающее предварительный нагрев напорного жидкого рабочего вещества в накопителе 14, чтобы уменьшить или исключить влияние напорного жидкого рабочего вещества, протекающего в испарительный конденсатор L, на температуру напорного рабочего вещества в испарительном конденсаторе L и, тем самым, повысить стабильность давления подводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J.
2
2
2
2
[00154] Вышеуказанные решения подробнее раскрыты ниже в качестве примеров. Например, когда уровень жидкости напорного рабочего вещества пневматического мотора в накопителе 14 жидкого рабочего вещества (в данном примере представляющем собой кожухотрубный накопитель жидкости или любое другое устройство с возможностью теплообмена между разными средами) становится выше предварительно заданного верхнего порогового уровня 19 жидкости, до того, как накопитель 14 будет соединен по текучей среде с испарительным конденсатором L, запускают насос 24, соединенный по текучей среде с накопителем 27 жидкости, для перемещения нагретой жидкости из накопителя 27 жидкости в канал трубной части накопителя 14 для нагрева напорного жидкого рабочего вещества (например, жидкого CO температурой 0°С) пневматического мотора в канале кожуха накопителя 14, например, до температуры 30°С и давления 72 кг/см. Когда предварительно заданная температура или давление (определяемые датчиком 25 температуры или давления) напорного жидкого рабочего вещества в накопителе 14 будет достигнуто, насос 24 останавливают и пропускают поток напорного жидкого рабочего вещества из накопителя 14 в испарительный конденсатор L, при этом клапаны 16 и 18 открывают, а клапаны 12 и 13 закрывают для разъединения накопителя 14 по текучей среде с испарительным конденсатором K и соединения по текучей среде с испарительным конденсатором L, благодаря чему нагретое напорное жидкое рабочее вещество (т.е. жидкий CO) из накопителя 14 автоматически протекает в испарительный конденсатор L самотеком. Таким образом, сходство или однородность температур напорного жидкого рабочего вещества в накопителе 14 и испарительном конденсаторе L обеспечивает преимущество, состоящее в возможности поддержания стабильного давления паров, создаваемых испарительным конденсатором L, без мелких колебаний и, тем самым, поддерживать стабильную частоту вращения пневматического мотора и, как следствие, выходное напряжение и ток силового генератора, приводимого в действие пневматическим мотором. Когда уровень жидкости напорного рабочего вещества в накопителе 14 становится ниже предварительно заданного нижнего порогового уровня 20 жидкости, клапаны 16 и 18 закрывают, и в это время давление в накопителе 14 равно давлению в испарительном конденсаторе L и значительно выше давления в испарительном конденсаторе K. Поэтому, когда клапан 12 открывают, напорное газообразное рабочее вещество (например, высоконапорный газообразный CO), остававшееся в накопителе 14, протекает в дополнительный пневматический мотор 11' и приводит его во вращение, запуская в работу дополнительный тепловой насос 26, извлекающий газообразное рабочее вещество теплового насоса I из канала трубной части испарительного конденсатора K для дополнительного охлаждения напорного рабочего вещества пневматического мотора J в канале кожуха испарительного конденсатора K.
[00155] В другой разновидности варианта осуществления изобретения также предложен способ преобразования энергии, представленный на Фиг. 5 и состоящий в следующем.
[00156] Рабочее вещество теплового насоса I поглощает теплоту из отводимого газообразного напорного рабочего вещества пневматического мотора J, в результате чего происходит его конденсация с образованием напорного жидкого рабочего вещества, которое перемещают в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J. В данном случае, поглощение теплоты из отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J посредством рабочего вещества теплового насоса I может быть реализовано путем непосредственного теплообмена между двумя указанными рабочими веществами в теплообменнике, или опосредованным образом, когда рабочее вещество теплового насоса I поглощает теплоту из другого вещества посредством теплообменника, а указанное другое вещество поглощает теплоту из отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J посредством другого теплообменника, при этом изобретение не ограничено указанным способом.
[00157] Рабочее вещество с поглощенной теплотой сжимают с помощью теплового насоса I, тем самым повышая его температуру, а затем используют для нагрева и превращения в пар подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J в качестве напорного газообразного рабочего вещества, приводящего в действие пневматический мотор J и выходящего из пневматического мотора J в качестве отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J. Аналогичным образом, нагрев подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J посредством указанного рабочего вещества с повышенной температурой теплового насоса I может быть реализован путем непосредственного теплообмена между двумя указанными рабочими веществами в теплообменнике, или опосредованным образом, когда рабочее вещество с повышенной температурой теплового насоса I нагревает другое вещество посредством одного теплообменника, а указанное другое вещество нагревает подводимое напорное рабочее вещество пневматического мотора J посредством другого теплообменника, при этом изобретение не ограничено указанным способом.
[00158] Рабочее вещество теплового насоса I, охлажденное за счет нагрева им подводимого напорного рабочего вещества, перемещают, чтобы вновь осуществить поглощение теплоты из отводимого напорного газообразного рабочего вещества пневматического мотора J, в результате чего рабочее вещество теплового насоса I неоднократно проходит процессы поглощения теплоты, повышения и снижения его температуры.
[00159] Согласно вышеуказанному способу, рабочее вещество теплового насоса I неоднократно проходит процессы поглощения теплоты, повышения и снижения его температуры, тогда как напорное рабочее вещество пневматического мотора J неоднократно проходит процессы рассеивания теплоты и конденсации, поглощения теплоты и превращения в пар, и снижения его температуры за счет совершения работы.
[00160] На Фиг. 4 показано, что поглощение теплоты из отводимого газообразного напорного рабочего вещества пневматического мотора J и его конденсация посредством рабочего вещества теплового насоса I могут быть реализованы в испарительном конденсаторе K. Рабочее вещество теплового насоса I поглощает теплоту и переходит в пар при протекании по каналу трубной части испарительного конденсатора K, тогда как рассеивание теплоты и конденсация отводимого газообразного напорного рабочего вещества пневматического мотора J могут происходить при протекании в канале кожуха испарительного конденсатора K. Аналогичным образом, нагрев подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J посредством указанного рабочего вещества с повышенной температурой теплового насоса I может происходить в испарительном конденсаторе L, причем рассеивание теплоты и конденсация сжатого рабочего вещества теплового насоса I происходит при протекании по каналу трубной части испарительного конденсатора L, тогда как подводимое напорное рабочее вещество пневматического мотора J поглощает теплоту и переходит в пар в канале кожуха испарительного конденсатора L. Разумеется, изобретение не ограничено вышеуказанным и каждое из веществ может протекать и по другому из канала трубной части и канала кожуха испарительного конденсатора K соответственно, при условии возможности теплообмена между указанными веществами.
[00161] Процесс перемещения напорного жидкого рабочего вещества в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J аналогичен раскрытому совместно с Фиг. 1 - 3 и далее будет описан только в общих чертах.
[00162] Перед перемещением напорного жидкого рабочего вещества в качестве подводимого напорного рабочего вещества пневматического мотора J, способ преобразования энергии может дополнительно включать в себя этапы, на которых:
[00163] соединяют по текучей среде испарительный конденсатор K с накопителем 14 жидкого рабочего вещества, одновременно оставляя накопитель 14 разъединенным по текучей среде с испарительным конденсатором L, для пропуска потока напорного жидкого рабочего вещества, полученного в результате конденсации в испарительном конденсаторе K, в накопитель 14;
[00164] когда уровень жидкости в накопителе 14 жидкого рабочего вещества становится выше предварительно заданного первого порога, разъединяют по текучей среде накопитель 14 с испарительным конденсатором K и соединяют по текучей среде накопитель 14 с испарительным конденсатором L для пропуска полученного в результате указанной конденсации напорного жидкого рабочего вещества из накопителя 14 обратно во второй испарительный конденсатор L; и
[00165] когда уровень жидкости в накопителе 14 жидкого рабочего вещества становится ниже предварительно заданного второго порога, разъединяют по текучей среде накопитель 14 с испарительным конденсатором L и вновь соединяют по текучей среде накопитель 14 с испарительным конденсатором K для пропуска потока полученного в результате указанной конденсации напорного жидкого рабочего вещества из испарительного конденсатора K в накопитель 14, причем предварительно заданный второй порог ниже предварительно заданного первого порога.
[00166] Для дальнейшей утилизации энергии в системе, способ преобразования энергии может дополнительно включать в себя этапы, на которых: когда накопитель 14 жидкого рабочего вещества будет вновь соединен по текучей среде с испарительным конденсатором K, за счет разности давлений внутри накопителя 14 жидкого рабочего вещества и внутри испарительного конденсатора K приводят в действие дополнительный пневматический мотор 11'.
[00167] Для дальнейшего возврата в оборот сбросной теплоты, возникающей в процессе выработки энергии пневматическим мотором, в вышеуказанных двух модифицированных вариантах осуществления системы и способа преобразования энергии пневматический мотор J соединен с силовым генератором и приводит его в действие, при этом по меньшей мере часть рабочего вещества теплового насоса I с пониженной температурой, поступающую из испарительного конденсатора L, используют для охлаждения силового генератора, соединенного с пневматическим мотором J, с последующим перемещением данной части рабочего вещества обратно в испарительный конденсатор K, таким образом возвращая в оборот теплоту, образовавшуюся в результате движения силового генератора.
[00168] В способе, как и в системе, раскрытой выше совместно с Фиг. 6, также можно задействовать разность давлений на входе рабочего вещества и выходе рабочего вещества пневматического мотора J и предварительно нагревать напорное жидкое рабочее вещество пневматического мотора, аккумулируемое в накопителе 14 жидкого рабочего вещества. Краткое описание приведено ниже совместно с Фиг. 6.
[00169] Согласно способу на Фиг. 6, введен дополнительный тепловой насос 26 с приводом от дополнительного пневматического мотора 11' для извлечения из испарительного конденсатора K по меньшей мере части рабочего вещества теплового насоса I и ее сжатия для повышения ее температуры, после чего указанная часть рабочего вещества с повышенной таким образом температурой, в соединении с рабочим веществом, сжатым и нагретым тепловым насосом I, протекает в испарительный конденсатор L.
[00170] В еще одном модифицированном варианте осуществления способ, представленный на Фиг. 6, также может включать в себя накопитель 27 жидкости. В данном случае, накопитель 14 жидкого рабочего вещества представляет собой кожухотрубный накопитель жидкости с возможностью теплообмена между двумя рабочими веществами, при этом напорное жидкое и газообразное рабочее вещество пневматического мотора J может протекать по каналу кожуха кожухотрубного накопителя жидкости. Рабочее вещество, выходящее из дополнительного теплового насоса 26 и/или теплового насоса I, нагревает жидкость в накопителе 27 жидкости, и нагретую жидкость из накопителя 27 жидкости перемещают в канал трубной части кожухотрубного накопителя жидкости для нагрева напорного жидкого рабочего вещества в канале кожуха кожухотрубного накопителя жидкости перед тем, как переместить напорное жидкое рабочее вещество в испарительный конденсатор L.
2
2
2
2
[00171] В частности, когда уровень жидкости напорного рабочего вещества пневматического мотора в накопителе 14 становится выше предварительно заданного верхнего порогового уровня 19 жидкости, до того, как накопитель 14 будет соединен по текучей среде с испарительным конденсатором L, запускают насос 24, соединенный по текучей среде с накопителем 27 жидкости, для перемещения нагретой жидкости из накопителя 27 жидкости в канал трубной части накопителя 14 для нагрева напорного жидкого рабочего вещества (например, жидкого COтемпературой 0°С) пневматического мотора в канале кожуха накопителя 14, например, до температуры 30°С и давления 72 кг/см. Когда будет достигнута предварительно заданная температура или давление (определяемые датчиком 25 температуры или давления) напорного жидкого рабочего вещества в накопителе 14, насос 24 останавливают и пропускают поток напорного жидкого рабочего вещества из накопителя 14 в испарительный конденсатор L, то есть клапаны 16 и 18 открывают, а клапаны 12 и 13 закрывают для разъединения накопителя 14 по текучей среде с испарительным конденсатором K и соединения накопителя 14 по текучей среде с испарительным конденсатором L, при этом нагретое напорное жидкое рабочее вещество (т.е. жидкий CO) из накопителя 14 автоматически протекает в испарительный конденсатор L самотеком. Таким образом, сходство или однородность температур напорного жидкого рабочего вещества в накопителе 14 и испарительном конденсаторе L обеспечивает преимущество, состоящее в возможности поддержания стабильного давления паров, создаваемых испарительным конденсатором L, без мелких колебаний и, тем самым, поддерживать стабильную частоту вращения пневматического мотора и, как следствие, выходное напряжение и ток силового генератора, приводимого в действие пневматическим мотором. Когда уровень жидкости напорного рабочего вещества в накопителе 14 становится ниже предварительно заданного нижнего порогового уровня 20 жидкости, клапаны 16 и 18 закрывают, и в это время давление в накопителе 14 равно давлению в испарительном конденсаторе L и значительно выше давления в испарительном конденсаторе K. Поэтому, когда клапан 12 открывают, напорное газообразное рабочее вещество (например, высоконапорный газообразный CO), остававшееся в накопителе 14, протекает в дополнительный пневматический мотор 11' и приводит его во вращение, запуская в работу дополнительный тепловой насос 26, извлекающий газообразное рабочее вещество теплового насоса I из канала трубной части испарительного конденсатора K для дополнительного охлаждения напорного рабочего вещества пневматического мотора J в канале кожуха испарительного конденсатора K.
3
2
[00172] В вышеуказанных двух модифицированных вариантах осуществления системы и способа преобразования энергии испарительные конденсаторы K и L и/или накопитель 14 жидкого рабочего вещества могут быть термоизолированы. Разнообразные компоненты и трубопроводы системы в целом термоизолируют с учетом фактических потребностей. Кроме того, в качестве рабочего вещества теплового насоса I может быть принят аммиак NH, а в качестве напорного рабочего вещества пневматического мотора J - диоксид углерода CO.
2
2
2
2
2
2
[00173] Например, в вышеуказанных модифицированных вариантах осуществления системы и способа преобразования энергии температуру и давление можно регулировать так, чтобы температура и давление аммиака на входе рабочего вещества теплового насоса I составляли, например, 0°С и 3,38 кг/смсоответственно, и/или температура и давление аммиака на выходе рабочего вещества теплового насоса I составляли 40°С и 14,8 кг/см соответственно, и/или температура и давление CO на входе напорного рабочего вещества пневматического мотора J составляли 40°С и 96 кг/см соответственно, и/или температура и давление CO на выходе напорного рабочего вещества пневматического мотора J составляли 0°С до 35 кг/см соответственно. Вышеуказанные значения приведены исключительно в качестве примера, при этом специалистам в данной области техники будет понятно, что температуру и давление рабочего вещества в разных местоположениях можно регулировать в зависимости от разнообразных параметров частей системы, например, КП теплового насоса I (в том числе КП по охлаждению и нагреву), рабочего вещества теплового насоса I, КП пневматического мотора J, напорного рабочего вещества пневматического мотора J и эффективности испарительного конденсатора по теплообмену, для обеспечения возможности в целом стабильной и устойчивой работы системы преобразования энергии. В режимах с вышеуказанными температурой и давлением рабочего вещества, КП теплового насоса I может достигать 5,76, например, когда его КП по нагреву составляет 3,36, а его холодильный КП составляет 2,4.
2
2
3
2
[00174] Например, когда тепловой насос I, получающий подводимую сетевую энергию, приводит в действие подключенный компрессор, происходит отбор жидкого аммиака из канала трубной части испарительного конденсатора K и его переход в пар, за счет чего достигается холодильный КП 2,4, при этом за счет выработанной энергии холода осуществляют конденсацию газообразного CO в канале кожуха испарительного конденсатора K, при этом теплоту, рассеянную при конденсации CO, поглощает аммиак, что позволяет поддерживать температуру испарительного конденсатора K в целом в стабильном диапазоне и сохранять уравновешенное поглощение теплоты (NH) и уравновешенное рассеивание теплоты (CO).
2
2
2
[00175] В ходе охлаждения компрессором теплового насоса I происходит сжатие газообразного аммиака компрессора, после чего аммиак протекает в канал трубной части испарительного конденсатора L и рассеивает теплоту, позволяя достичь КП 3,36 по нагреву, при этом рассеянную теплоту используют для нагрева жидкого CO в канале кожуха испарительного конденсатора L, то есть сжижение аммиака происходит одновременно с переходом в пар и расширением CO, и полученный таким образом высоконапорный газообразный CO поступает в пневматический мотор J, где происходит его расширение для совершения работы, приводящей в действие силовой генератор, соединенный с пневматическим мотором J, для выработки электроэнергии. Если общая эффективность пневматического мотора по выработке энергии составляет 35%, то достигнутый КП составляет (3,36+2,4)*35%=2, то есть эффективность системы в целом по выработке энергии можно значительно повысить по сравнению с прототипами.
[00176] Из вышесказанного следует, что раскрытые выше модифицированные варианты осуществления системы и способа преобразования энергии обеспечивают следующие преимущества.
[00177] 1. Система замкнутой циркуляции рабочего вещества теплового насоса осуществляет теплообмен непосредственно с системой замкнутой циркуляции пневматического мотора, при этом выработанные в системе тепловую энергию и энергию холода комплексно используют для поддержания температурного равновесия между испарительными конденсаторами K и L; кроме того, повышение давления на входе рабочего вещества пневматического мотора и снижение давления на выходе рабочего вещества пневматического мотора позволяет увеличить разность давлений на входе и выходе и, тем самым, повысить мощность пневматического мотора и, как следствие, эффективность выработки энергии.
[00178] 2. Все устройства, трубопроводы и клапаны в системе в целом могут быть термоизолированы, благодаря чему на работу системы не будет влиять температура внешней окружающей среды.
[00179] 3. Благодаря малому количеству электрических устройств, помимо электрических клапанов (например, электромагнитных клапанов) 12 и 16, в системе, потребление энергии снижено по сравнению с теплосиловой установкой, потребляющей 10-20% вырабатываемой энергии.
[00180] 4. Дополнительный тепловой насос 26 дополнительно увеличивает разность давлений на входе рабочего вещества и выходе рабочего вещества пневматического мотора J.
[00181] 5. Предварительный нагрев напорного жидкого рабочего вещества пневматического мотора, аккумулируемого в накопителе 14 жидкости, способствует стабильности отдаваемой мощности пневматического мотора J.
[00182] В настоящем описании приведено множество характеристик. При этом следует понимать, что варианты осуществления изобретения могут быть реализованы без них. Некоторые варианты осуществления не содержат детального описания хорошо известных решений, конструкций и приемов, чтобы не затруднять понимание настоящего описания.
[00183] Специалистам в данной области техники будет понятно, что модули устройств в том или ином варианте осуществления могут быть соответствующим образом модифицированы и размещены в одном или нескольких устройствах по данному варианту осуществления. Несколько модулей в варианте осуществления могут быть объединены в один модуль, или блок, или компонент, при этом какой-либо модуль может быть разбит на несколько модулей, или блоков, или компонентов. Все признаки и, следовательно, любой способ, процесс или блок устройства, раскрытые в настоящем описании, можно комбинировать любым образом при условии, что не возникнут какие-либо противоречия между по меньшей мере некоторыми признаками и/или процессами или модулями. Если особо не оговорено иное, каждый из раскрытых в настоящем описании (в том числе в прилагаемой формуле изобретения, реферате и на чертежах) признаков может быть заменен признаком того же, эквивалентного или аналогичного назначения.
[00184] Следует понимать, что раскрытые выше варианты осуществления носят иллюстративный характер, но не ограничивают настоящее изобретение, при этом специалистам в данной области техники могут прийти на уме альтернативные варианты осуществления без отступления от объема, определенного прилагаемой формулой изобретения.