Гравитационная паросиловая подводная электростанция

Гравитационная паросиловая подводная электростанция.
Полезная модель относится к области энергетики, к системам получения электроэнергии и может быть использовано в качестве электростанций для получения экологически чистой энергии без расходования топливных ресурсов и без создания сооружений, оказывающих вредное экологическое воздействие на окружающую среду в любом районе, где имеются водоемы с глубиной более 10 метров.
В настоящее время для целей энергетики приходится ежегодно добывать и сжигать более 10 млрд. тонн условного топлива в виде нефти, угля, газа, урана. В результате энергетические и сырьевые ресурсы Земли быстро сокращаются. Однако в земной атмосфере и в водах Мирового океана (океанах, морях, реках и т.п.) запасы теплоты огромны и непрерывно пополняются за счет излучения солнца. В последние годы разработаны и созданы системы, в которых в качестве источника энергии используются искусственные воздушные вертикальные потоки, подобные естественным потокам в грозовых облаках. Такие гравитационно-тепловые системы открывают пути к освоению энергетических запасов атмосферы.
Из уровня техники известны технические решения, используюпще гравитационные силы и внутреннюю энергию земной атмосферы и Мирового океана.
Известна гравитационно-тепловая электростанция, выполненная в виде герметичного аппарата. Алпарзп: способен совершать в плотной атмосфере вертикальные движения вверх-вниз. Корпус аппарата, который выполнен эластичным, допускающим свободное изменение объема. Внутри корпуса расположен электрогенератор с аккумулятором, а вне корпуса закреплен пропеллер для превращения вертикальных перемещений аппарата во вращательное движение ротора электрогенератора А. Л. Стасенко, книга Физика полета. Наука, М.,1988г. с.14-17.
Недостатком аналога является нюкая эффективность работы такой гравитационно-тепловой электростанции в атмосфере малой плотности.
Известна гравитационная п осиловая подводная электростанция, содержащая электрогенератор, испаршель с теплообменником, циркуляционный насос для подачи воды в теплообменник, конденсаторную установку и питательный насос для подачи сконденсированной рабочей жидкости в испгфигель, причем испаритель выполнен в виде двух эластичных одршаковых камер, помещенных в естественный водоем с проточной водой, каждая из которых снабжена резервуаром для содержания рабочей жидкости и эластичным подвижным каркасом, обе камеры закреплены на разных концах троса, который намотан на барабан, приводимый в движение от троса и соединен при помопщ муфты с приводом электрогенератора. Свидетельство Российской Федерации № 22696 на полезную модель, Бюлл. № 10,2002г., (прототип).
Недостатком этой гравитационно-тепловой электростанции является необходимость размещения сложного технологического оборудования и на суще, и частично на дне водоема.
Полезная модель устраняет недостатки аналога и тфототипа.
Технический результат полезной модели состоит в повыщении эффективности работы электростанции и устранение необходимости строительства сложных технологических сооружений на берегу и под водой.
Технический результат достигается тем, что в гравитационной паросиловой подводной электростанции, содержащей электрогенератор, испаритель с теплообменником, узел для подачи воды в теплообменник, конденсаторную установку, узел для подачи сконденсированной рабочей жидкости в испаритель, в которой испаритель выпо.1шен в виде эластичной камеры с подвижным каркасом и резервуаром для содержания и распыления рабочей жидкости внутри испарительной камеры, электрогенератор, холодильный агрегат и теплообменник размещены внутри подвижного каркаса испарительной камеры, а снаружи установлена гидротурбина, связанная с электрогенератором, камера снабжена
устройствами для поддержания заданной глубины погружения и положения в водоеме, причем минимальный объем камеры связан с весом ее оборудования соотношением:
Vpg  Р, где
V - минимальный объем камеры,
Р - вес всего оборудования электростанции,
р - плотность воды,
g - ускорение свободного падения.
Сущность изобретения состоит в том, что вьшолнение испарителя в виде подводной камеры позволяет отбирать от водоема теплоту, которая тратится на испарение рабочей жидкости. Эта теплота вызывает увеличение объема камеры. На подводную камеру действует в соответствии с законом Архимеда выталкивающая сила:
F  Vpg,
если испарение рабочей жидкости произопшо на глубине Н, то, поднимаясь к поверхности, камера способна соверпшть работу:
Сочетание гидротурбины с электрогенератором позволяет превратить эту работу в электроэнергию.
Для конденсации образовавшегося пара холодильный агрегат должен затратить электроэнергию:
(,
где г - удельная теплота п юобразования, TB - температура воды,
Тж - температура испарения рабочей жидкости.
Потребителю поступает энергия Э  А - Е. Подбирая рабочую жидкость с оптимальным соотношением величин г. Т, р, удается получить максимальное количество полезной работы.
А  VpgH.
Энергетической основой электросташцш является паросиловой цикл, а кинематической основой является преобразование теплоты в работу за счет выталкивающей Архимедовой силы, которая пропорциональна силе тяготения. Существо полезной модели поясняется на чертеже, где: 1 - водоем, 2 - испарительная камера, 3 - электрогенератор с аккумулятором, 4 - кабель питания потребителя, 5 -потребитель электроэнергии, 6 - резервуар с рабочей жидкостью,
7- распылитель рабочей жидкости, 8 -теплообменник, 9 -гидротурбина, 10 - холодильный агрегат с устройством для всасыва1шя паров рабочей жидкости 11 из испарителя, 12 - стабилизаторы уровня погружения и положения камеры в водоеме 1.
Электростанция работает следующим образом.
В водоем 1 помещают исп ительную камеру 2. Электрогенератор 3 с аккумулятором (на чертеже не показаны) подсоедршяют кабелем 4 к потребителю электроэнергии 5. Резервуар 6 заполняют рабочей жидкостью от внешнего поставщика. В исходном положении вес камеры испарителя должен превосходить силу Архимеда на 5-10%. Под собственным весом камера 2 опускается на глубину Н. В этом положении включают распылитель рабочей жидкости 7 и теплообменник 8. В результате обьем камеры достигает максимальной величины,
и она всплывает к поверхности, заставляя при этом вращаться гидротурбину 9.
8верхнем положении вблизи поверхности водоема включают холодильный агрегат 10 с всасывающим устройством 11. Полученную рабочую жидкость подают в резервуар 6. Затем цикл повторяется. Узлы подачи воды в теплообменник и в испаритель на чертеже не показаны.
Приведем технические данные гравитационной паросиловой подводной электростанции. Будем снш-ать, что электростанция со всем оборудованием, которое плотно заполняет объем 1 куб. м, имеет массу 1000 кг. Эта величина является минимальным объемом испарителя. При погружении в водоем испарительная камера на любой глубине водоема будет находиться в состоянии безразличного равновесия. Будем считать также, что водоем имеет температуру Тв
7°C, a системы управления зафиксировали камеру на глубине 30 м. В этом положении включается распылитель рабочей жидкости 7 и теплообменник 8. Происходит испарение жидкости, и камеру 2 заполняет насыщенный пар. Анализ показал, что оптимальным рабочим веществом при указанной температуре является диметиловый эфир, у которого температура испарения Т  - 23 °С, удельная теплота парообразования г  500 кДж/кг, давление насыщенных паров р  4-10 Па (4 атм). При этом давлении объем насыщенных паров составляет 0,2 м /кг. После испарения обьем камеры увеличивается на 0,2 м, и возникает выталкивающая сила F  2000 н, которая заставляет двигаться камеру вверх. По мере подъема камеры внепшее гидростатическое давление уменьшается, объем камеры возрастает еще на 0,8 м, а выталкивающая сила увеличивается до 8000 н. Эта сила способна соверпшть на пути 30 м работу А  150 кДж. Такова величина электроэнергии, которую способна отдать гидротурбина с электрогенератором. Однако значительная часть этой электроэнергии должна пойти на питание холодильного агрегата. Как уже отмечалось, эти затраты составляют величину Е  50 кДж. В результате потребитель получит Э  100 кДж, а холодильный агрегат 50 кДж.