АВТОНОМНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ

Полезная модель относится к энергетике и предназначена для преобразования электрической энергии в механическую.
Известен автономный источник энергии по патенту РФ на изобретение №2499154, МПК F02G 5/04, опубл. 27.05.2012 г. Изобретение может быть использовано в машиностроении, в частности в энергетических установках, вырабатывающих электрическую и тепловую энергии. Энергетическая установка содержит двигатель внутреннего сгорания, использующий биотопливо, и электрический генератор. Под генератором размещен топливный бак с биотопливом. Сверху энергетической установки на П-образной стойке расположены насос подачи биотоплива из топливного бака, термохимический реактор для получения из биотоплива синтез-газа, обогреваемый отработавшими газами двигателя, и трубчатый теплообменник охлаждения синтез-газа водой системы горячего водоснабжения потребителя. Сбоку энергетической установки вдоль нее расположен трубчатый теплообменник нагрева отработавшими газами двигателя воды системы горячего водоснабжения. С другой стороны энергетической установки расположен трубчатый теплообменник нагрева воды системы горячего водоснабжения жидкостью системы охлаждения двигателя. Технический результат - более полная утилизация вырабатываемой энергии с обеспечением компактности энергетической установки.
Недостаток сложность системы.
Известен автономный источник энергии по патенту РФ на изобретение №2505682, МПК F02G 5/04, опубл. 06.08.2012 г. Энергетическая установка содержит парогазовую турбину, компрессор, камеру сгорания топлива. В состав установки включено средство утилизации тепла отходящих газов, выполненное с возможностью его использования в качестве источника пара. Для этого установка снабжена тепловым насосом, контур которого включает испаритель, дроссельный клапан, конденсатор и дополнительный компрессор, выполненный с возможностью привода от парогазовой турбины. Кроме того, установка снабжена паровой турбиной, выполненной с возможностью работы на один вал с парогазовой турбиной. На газоотводящей линии между выходом парогазовой турбины и теплоотдающим контуром конденсатора размещен теплоотдающий контур теплообменника, при этом газовый выход конденсатора сообщен с атмосферой, а его конденсатный выход связан с конденсатоотводчиком, который через линию, включающую насос и последовательно связанные тепловоспринимающие контуры теплообменника и испарителя, сообщен с камерой сгорания и входом паровой турбины, при этом выход паровой турбины сообщен со вторым конденсатором, конденсатный выход которого через второй питательный насос связан с конденсатоотводчиком.
Недостаток сложность конструкции.
Известен автономный источник энергии по патенту РФ на изобретение №2499903, МПК F05G 5/04 опубл. 27.05.2012 г, прототип.
Это изобретение может быть использовано в машиностроении, в частности в энергетических установках, вырабатывающих электрическую и тепловую энергии. Энергетическая установка содержит двигатель внутреннего сгорания, использующий биотопливо, и электрический генератор. Под генератором размещен топливный бак с биотопливом, а сбоку генератора установлен пульт управления, на котором закреплен насос подачи биотоплива из топливного бака. Сверху энергетической установки расположены термохимический реактор для получения из биотоплива синтез-газа и теплообменник охлаждения синтез-газа водой системы горячего водоснабжения потребителя. Реактор содержит цилиндрический корпус, расположенный поперек энергетической установки в подогревателе, сделанном в виде барабана. Вход в него сообщен с коллектором выпуска из двигателя отработавших газов, а выход коленчатым трубопроводом сообщен с каталитическим нейтрализатором оксидов азота в отработавших газах через смеситель примешивания синтез-газа и через теплообменник нагрева отработавшими газами воды системы горячего водоснабжения, установленный вдоль энергетической установки. С другой стороны энергетической установки расположен теплообменник нагрева воды системы горячего водоснабжения жидкостью системы охлаждения двигателя, расположенный под скамейкой. На скамейке установлена аккумуляторная батарея.
Недостаток относительно низкий КПД вследствие неполной утилизации тепла выхлопных газов.
Задачи создания полезной модели повышение ее КПД и обеспечение работы на любом топливе.
Технический результат - генерирование тепла и электроэнергии.
Решение указанных задач достигнуто в автономном источнике энергии, содержащем печь с корпусом, воздухонагревателем и выхлопной трубой, систему теплоснабжения и энергоузел на энергии водяного пара, содержащий парогенератор, паровую турбину и электрогенератор, тем, что парогенератор выполнен в составе печи. Печь может быть выполнена в виде корпуса, а воздухонагреватель выполнен в виде внутренних коллекторов, к которым присоединены тепловые трубки торроидальной формы, частично размещенные вне корпуса печи. Внутренние коллекторы могут быть соединены между собой.
Может быть применена печь, работающая на твердом топливе. Может быть применена печь, работающая на жидком топливе. Может быть применена печь, работающая на газообразном топливе к печи присоединена система турбонаддува горячими газами. Система турбонаддува может содержать входной патрубок, корпус, выходной патрубок, ротор газовой турбины и соединенный валом с рабочим колесом компрессора, при этом к выхлопной трубе печи присоединен газовод, соединяющий полость печи с газовой турбиной.
Система турбонаддува может содержать воздухораспределитель, присоединенный к отводящему патрубку. Система турбонаддува может содержать систему накопления сжатого воздуха, присоединенную к поводящему патрубку.
Внутри корпуса печи в его верхней части может быть установлен парогенератор, который выполнен в виде внутреннего теплообменника-испарителя, с которым соединены отводящий пар и отводящий конденсат трубопроводы. Патрубок выхода пара может быть соединен с входом в паровую турбину, а патрубок возврата конденсата - с ее выходом. Парогенератор может содержать предохранительный клапан. В верхнем коллекторе может быть установлен регулятор расхода пара.
Автономный источник энергии может содержать систему получения горючего газа, содержащую генератор газа с катализатором-шунгитом к нижней части корпуса которого присоединен трубопровод отбора пара. На корпусе печи может быть форсунка, с которой соединен выход из катализатора. Автономный источник энергии может содержать систему сбора горючего газа, например в виде газовых баллонов.
Паровая турбина может быть турбина выполнена одноступенчатой. Паровая турбина может быть выполнена многоступенчатой. Паровая турбина может быть выполнена осевой. Паровая турбина может быть выполнена центробежной. Паровая турбина может быть выполнена центростремительной.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах (фиг. 1…26), где:
- на фиг. 1 приведена схема автономного источника энергии,
- на фиг. 2 приведен второй вариант схемы автономного источника энергии,
- на фиг. 3 приведена печь,
- на фиг. 4 приведен разрез А-А,
- на фиг. 5 приведен второй вариант печи с теплообменником-газификатором,
- на фиг. 6 приведен разрез В-В,
- на фиг. 7 приведена конструкция теплообменника-испарителя,
- на фиг. 8 приведена осевая одноступенчатая паровая турбина,
- на фиг. 9 приведена осевая многоступенчатая паровая турбина,
- на фиг. 10 приведена одноступенчатая центробежная паровая турбина,
- на фиг. 11 приведена многоступенчатая центробежная паровая турбина,
- на фиг. 12 приведена центростремительная турбина,
- на фиг. 13 приведена ротационная турбина,
- на фиг. 14 приведен разрез С-С,
- на фиг. 15 приведена печь с воздухоподогревателем,
- на фиг. 16 приведен разрез D-D,
- на фиг. 17 приведен первый вариант печи с водухонагревателем,
- на фиг. 18 приведен второй вариант печи с воздухонагревателем,
- на фиг. 19 приведен разрез D-D, первый вариант,
- на фиг. 20 приведен разрез D-D, второй вариант,
- на фиг. 21 приведена схема источника энергии с турбокомпрессором,
- на фиг. 22 приведен турбокомпрессор,
- на фиг. 23 приведен турбокомпрессор с перепуском,
- на фиг. 24 приведена схема с отбором пара и его преобразование в топливный газ
- на фиг. 25 приведена схема с накоплением горючего газа,
- на фиг. 26 приведена схема накоплении сжатого воздуха.
Автономный источник энергии (фиг. 1…26) содержит печку 1, систему теплоснабжения 2, энергоузел на энергии водяного пара 3, который содержит парогенератор 4, паровую турбину 5 и электрогенератор 6.
Кроме того, автономный источник энергии может содержать (фиг. 2) систему турбонаддува горячими газами 7, энергоузел на энергии сжатого воздуха 8, содержащий в свою очередь, воздушный компрессор 9, роторный двигатель 10 и электрогенератор 11.
Печь 1 (в первом варианте исполнения) содержит (фиг. 3 и 4)) корпус 12, установленную на торце 13 дверцу 14, отверстие поддува 15, выхлопную трубу 16, опоры 17 и тепловые трубки 18, сообщающие внутренние коллектора 19, установленные внутри корпуса 12 в полости 20 с внешней средой. Позицией 21 показано пламя.
Печь 1 может быть выполнена в любом варианте:
- любой конструкции, в том числе реактивная,
- работающая на твердом топливе, на жидком топливе или на газообразном топливе. Кроме того, в качестве топлива может применяться отработанное масло, дрова, биотопливо и т.д.
Внутри печи 1 в ее полости 20 может быть установлен теплообменник-испаритель 22. В этом варианте (фиг. 5…7) теплообменник- испаритель 22 имеет коллектор отвода пара 23 и коллектор подвода конденсата 24. На коллекторе отвода пара 23 установлен предохранительный клапан 25 и регулятор расхода 26. К коллектору 23 присоединен паропровод 27, а к коллектору 24 - трубопровод 28 для возврата конденсата. Пар подается в паровую турбину 29 (фиг. 8 и 9)
Входящая в состав автономного источника энергии энергетическая установка содержит турбину 29, имеющую корпус входной патрубок 30, корпус 31, входной обтекатель 32, сопловые лопатки 33 и рабочие колеса 34 с рабочими лопатками 35 рабочих колеса 34 установлены на валу 36, который соединен с валом 37 электрогенератора 38 (фиг. 8). Турбина 29 имеет выходной патрубок 39. Возможно применение многоступенчатой осевой турбины (фиг. 9). Возможно применение одноступенчатой центробежной турбины (фиг. 10) или многоступенчатой осевой турбины (фиг. 11). Возможно применение центростремительной турбины (фиг. 12) или ротационной турбины (фиг. 13 и 14).
Возможно использование для обогрева помещений горячего воздуха, который получается в воздухонагревателе 40, совмещенном с печью 1. На фиг. 15 и 16 приведена возможная конструкция воздухонагревателя 40. Воздухонагреватель 40 содержит, по меньшей мере, один кожух 41, выполненный на корпусе 12 печи 1, внутри которого образуется полость нагрева 42. Внутри полости 42 установлены тепловые трубки 18, точнее их внешние части. К кожуху 41 присоединены входной и выходной патрубки 43 и 44, предназначенные для подачи в полость 42 атмосферного воздуха и вывода подогрето воздуха к потребителю.
Возможные варианты конструкции воздухонагревателя 40 приведены на фиг. 17…20.
Кожух 41 может быть выполнен цилиндрической формы и размещен концентрично тепловым трубкам 18. На корпусе 12 печи 1 могут быть выполнены ребра 45, при этом ребра 45 могут быть выполнены между тепловыми трубками 18 (фиг. 19) или против них (фиг. 20). Наличие ребер 45 не только интенсифицирует теплоотвод от корпуса 12 печи 1, но и увеличивает скорость воздушного потока около тепловых трубок 18.
Возможно применение системы турбонаддува 7 (фиг. 2), которая содержит (фиг. 21) турбокомпрессор 46, который в свою очередь, содержит входной патрубок 47, корпус 48, выходной патрубок 49, ротор газовой турбины 50, соединенный валом 51 с рабочим колесом 52 компрессора 53. Компрессор 53 содержит входной патрубок 54 и выходной патрубок 55.
Вал 51 через редуктор 56 соединен с валом 57 второго электрогенератора 58.
Более детально конструкция турбокомпрессора 46 приведена на фиг. 22 и 23.
К выхлопной трубе 16 печи 1 (фиг. 21) присоединен газовод 59, соединяющий полость печи 1 с газовой турбиной 50. Выходной патрубок 49 газовой турбины 50 выходит в атмосферу. К выходному патрубку 55 компрессора 53 присоединен воздуховод 60, который соединен с входным патрубком 43, а к выходному патрубку 44 присоединен воздуховод 61 с воздухораспределительными патрубками 62.
Возможно применение отбора водяного пара после теплообменника-испарителя 22 для его газификации с целью получения горючего газа в системе выработки горючего газа (фиг. 24). В этом случае система выработки горючего газа содержит генератор газа 63, имеющий корпус 64 с полостью 65, подводящий патрубок 66, выполненный снизу корпуса 64, отводящий патрубок 67 и перфорированные поддоны 68, на которых размещен катализатор-шунгит 69. К подводящему патрубку 66 присоединен трубопровод отбора 70, содержащий регулятор расхода 71, а к отводящему патрубку 67 - отводящий трубопровод 72 другой конец которого соединен с топливной форсункой 73, установленной на корпусе 12 печи 1. Это позволит использовать это газ для работы печи 1. Кроме того, избыток газа может накопляться в накопителях газа, например газовых баллонах 74 (фиг. 25). Для этого к отводящему трубопроводу 72 присоединен трубопровод 75, который через компрессор 76, имеющий привод 77 соединен с газовыми баллонами 74. Это позволяет накапливать горючий газ.
Возможно также накопление сжатого воздуха в воздушных баллонах 78 (фиг. 26). Для этого к выходному патрубку 55 компрессора 53 трубопроводом 79 присоединены воздушные баллоны 78. Сжатый воздух может использоваться для запуска печи 1 или других технических нужд.
РАБОТА ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ
При работе источника энергии (фиг. 4) воспламеняют топливо внутри корпуса 12 печи 1. Тепло подогревает воду во внутренних коллекторах 19 и ее испаряет. Пар по тепловым трубкам 18 поднимается вверх и, охлаждаясь конденсируется и возвращается.
При наличии теплообменника испарителя 22 (фиг. 6 и 7) образующийся в нем пар через коллектор отвода пара 23, регулятор расхода 26, паропровод 27 подается в паровую турбину 29 и приводят ее в действие. При этом (фиг. 11) раскручивается вал 36 и вал 37 электрогенератора 38.
При наличии турбокомпрессора 46 (фиг. 21) приводится в действие газовая турбина 50, которая приводит во вращение вал 51 и вал 57 второго электрогенератора 88. Горячий воздух из воздухонагревателя 40 по воздуховоду 61 и воздухораспределительными патрубками 62 подается в отапливаемое помещение, тем самым повышается КПД автономного источника энергии.
При наличии генератора газа 63 (фиг. 24) часть водяного пара по трубопроводу отбора 70 подается снизу в генератор газа 63 через перфорированные поддоны 68 на катализатор-шунгит 69 и разлагается на водород и кислород. Полученный газ по отводящему трубопроводу 72 поступает в печь 1 или к другим потребителям или для накопления.
Часть горючего газа может быть накоплена в газовых баллонах 74 (фиг. 25).
При использовании схемы накопления воздуха (фиг. 26) сжатый воздух накапливается в воздушных баллонах 78. Потом этот сжатый воздух может быть использован для привода турбокомпрессора 46 (на фиг. 1…26 не показано).
Применение полезной модели позволило:
- увеличить КПД установки почти до 100% за счет полного использования тепла,,
- одновременно получать электроэнергию и тепло за счет применение электрогенераторов и двух систем: паровой и воздушной,
- использовать печи любого типа, в том числе реактивные и работающие на любом топливе, в том числе отработанное масло и биотопливо.
- распределять тепло в помещении большой площади за счет применения турбонаддува,
- использовать простые турбины, например, одноступенчатые и ротационные.
- использовать готовые серийно выпускаемые агрегаты, например, турбокомпрессоры,
- получать дополнительно горючий газ и накапливать его,
- получать дополнительно сжатый воздух и накапливать его,
- использовать сжатый воздух для запуска печи.