ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области энергетики, а именно к установкам для преобразования низкопотенциального тепла в механическую работу.
Известна энергетическая установка, включающая теплообменники, установленные в разных температурных средах и движитель, установленный между теплообменниками, использующая в качестве хладагента жидкий азот, являющаяся отходом промышленного получения кислорода и нагреватель сжатого азота теплом воздуха окружающей среды (пат. РФ №2219370, F03G 7/04, заявл. 2002.12.16, опубл. 2003.12.20, «Устройство для извлечения тепловой энергии из воздуха окружающей среды с целью выработки электроэнергии и пресной воды»).
Недостатком такой установки является поступление хладагента извне, а также необходимость сжатия хладагента, что приводит к сложному устройству установки и исключает ее широкое применение.
Наиболее близким по сущности к предлагаемому техническому решению и выбранным в качестве прототипа является энергетическая установка, выполненная в виде замкнутого контура, включающая теплообменники, установленные в разных температурных средах и движитель, установленный между теплообменниками. Установка требует для своей работы дополнительные источники тепла и может использоваться для преобразования низкотемпературного тепла водоемов в любое время года при перепаде температур между разными температурными средами не менее 34°С зимой и 20°С летом (пат. РФ №2125165, F01K 25/00, F03G 7/04, заявл. 1996.04.26, опубл. 1999.01.20, «Энергетическая установка» - Прототип)
Недостатками этой энергетической установки является сложность конструкции, выраженная в наличии средств для нагнетания, нагрева и
изменения направления движения низкокипящего рабочего тела, а также значительный перепад температур между разными температурными средами.
Задачей, решаемой заявленным техническим решением является упрощение конструкции установки и снижение перепада температур между разными температурными средами до 1-2°С.
Техническим результатом, получаемым при использовании предлагаемой энергетической установки является простота конструкции, обеспечивающая при отсутствии источников подогрева рабочего тела надежное преобразование низкотемпературного тепла природных сред в механическую или электрическую энергию.
Для решения задачи в известной энергетической установке, выполненной в виде замкнутого контура, включающей теплообменники, установленные в разных температурных средах и движитель, установленный между теплообменниками, согласно заявляемому техническому решению, теплообменники установлены на разной высоте.
При этом, движитель может быть снабжен питательным насосом, может быть выполнен в виде беличьего колеса с карманами и снабжен элеватором для подъема воды в верхний теплообменник.
Установка теплообменников на разной высоте обеспечивает перепад давления для рабочего тела в жидкой фазе при поступлении из верхнего теплообменника в нижний.
Для улучшения работы установки в летний период, когда температура воздуха выше температуры воды, питательный насос, соединенный с движителем, дополнительно закачивает рабочее тело в жидкой фазе в верхний теплообменник, что обеспечивает надежную работу установки. Движитель в виде беличьего колеса с карманами, в которые попадает рабочее тело в газообразной фазе, позволяет реализовать очень малые перепады температур между разными температурными средами.
Использование движителя для привода элеватора, поднимающего воду в верхний теплообменник, позволяет в летний период выровнять нагрузки в
холостой и рабочей ветвях замкнутого контура установки, что также повышает надежность и эффективность ее действия.
На чертеже изображена схема энергетической установки: на фиг.1 - зимний вариант, на фиг.2 - летний вариант, на фиг.3 - вариант установки с элеватором.
Энергетическая установка состоит из замкнутого контура, включающего теплообменники 1 и 2, установленные на разной высоте в разных температурных средах (воде и воздухе) и движитель 3, установленный между теплообменниками.
В зимнем варианте, когда температура воздуха ниже температуры воды, верхний теплообменник 1, установленный в воздухе, представляет собой конденсатор, а нижний теплообменник 2, установленный в воде - испаритель. Движитель 3 в виде беличьего колеса с карманами, в который поступает рабочее тело (низкокипящий агент - фреон R12, R22, хладон R134) в газообразной фазе после испарителя, позволяет реализовать очень малые температурные перепады между водой и воздухом (1-2°С).
В летнем варианте, когда температура воздуха выше температуры воды возможны следующие варианты устройства установки:
1. От нижнего теплообменника 2 (конденсатора), расположенного в воде, рабочее тело в жидкой фазе подается на верхний теплообменник 1 (испаритель) питательным насосом 4, приводимым от движителя 3.
2. Холодная вода подается на верхний теплообменник 1 (конденсатор), расположенным выше движителя 3 и теплообменника 2 (испарителя), расположенного в воздухе, ковшовым элеватором 5.
Энергетическая установка работает следующим образом: рабочее тело, циркулируя по замкнутому контуру из испарителя в конденсатор через движитель 3 за счет разности температур различных температурных сред, в которых находятся конденсатор и испаритель, конденсируясь из газообразной фазы в конденсаторе и переходя из жидкой фазы в газообразную в испарителе, благодаря разности высот, на которых
установлены конденсатор и испаритель, получает дополнительное давление, находясь в виде столба в жидкой фазе по соответствующему трубопроводу между конденсатором и испарителем, что приводит рабочее тело в движение «самотеком», не требуя дополнительных устройств для этой цели.
В газообразной фазе после движения, рабочее тело, также само, без дополнительных устройств, поступает в конденсатор, где переходит в жидкую фазу.
Подобная природная циркуляция рабочего тела (жидкое опускается, газообразное поднимается) позволяет предельно упростить конструкцию установки, реализуя минимальные перепады температур различных температурных сред, в которых находятся испаритель и конденсатор, включая разницу температур различных слоев воды, грунта, а также разность температур между днем и ночью.
Круглогодичность действия установки позволяет использовать ее в любых климатических зонах при том, что при малом КПД мощность установки может быть значительно увеличена за счет увеличения размеров теплообменников.