Гидропневмоэнергетическая система Арзамасцева
ARZAMASTSEV'S HYDRO-PNEUMATIC POWER SYSTEM

Изобретение относится к области гидропневмоэнергетики, конкретно к преобразованию кинетической энергии морских волн в электроэнергию.
Известен ряд способов преобразования энергии морских волн в электрическую энергию, например, накачивание воздуха в корпус установки за счет качания установки на волнах и вращение этим воздухом турбинки.
За прототип принят патент RU 311040.
Задачей гидропневмоэнергетической системы является производство сжатого воздуха и нагнетания его по трубопроводам энергетических модулей в воздушную аккумуляторную емкость, расположенную на берегу для технологического аккумулирования воздушных рабочих тел гидропневмоэнергетическими системами модулей в необходимых объемах для производства электроэнергии. Увеличивать давление в аккумуляторной емкости солнечной лучистой энергией, за счет увеличения объема рабочего тела сжатого воздуха для производства дополнительной электроэнергии.
Заявленный технический эффект достигается гидропневмоэнергетической системой производства электроэнергии волновой энергией, состоящая из строительных и пневмоэнергетических модулей гидротехнического сооружения. Строительный модуль состоит из задней стенки, опирающейся о дно принимающей силу водного потока, направляющего его вверх по задней стенке. Боковые стенки опираются о дно и прикреплены к задней стенке. Передняя стенка смонтирована к боковым стенкам и расположена до уровня горизонтальной линии водного пространства, для того чтобы не препятствовать движению волн до задней стенки сооружения. Строительные модули выполнены из железобетона и соединенные между собой в линию вдоль берега открытого водоема, моря. Внутри строительных модулей размещены и закреплены пневмоэнергетические модули. В каждом пневмоэнергетическом модуле расположен металлический корпус с направляющими стенками прямоугольной формы и головной частью соединенных между собой. Внутри корпуса размещен рабочий орган, состоящий из затвора, имеющего прямоугольную форму, выполненного из деревоплиты пропитанной химическим составом для придания стойкости против гниения. Сверху по сторонам затвора закреплены уплотнения от проникновения сжатого воздуха между стенками корпусов и затвором, например, из эластичных трубок. Внутри корпуса, в нижней части, расположены ограничители хода затвора. Затвор расположен на некотором расстоянии от головной части, образуя камеру сжатия. Затвор находятся на плаву поверхности воды. В зоне под затвором находится приемник волн. В головной части корпуса смонтированы атмосферный впускной клапан и выпускной клапан рабочего тела сжатого воздуха. Рабочие органы являются пневматическими насосами вырабатывающие рабочее тело физической энергией движением волн вместе с некоторым количеством массы воздуха, а когда уровень воды находится ниже установленной, зону приема волн заполняется воздушная масса, тогда движение волн воздействует на воздушную массу, а воздушная масса воздействует на нижнюю поверхность затвора. Атмосферный впускной клапан открыт при отсутствии давления в камере сжатия и при движении затвора вниз, где происходит всасывание атмосферного воздуха. Выпускной клапан открывается от давления в камере сжатия, движением затвора вверх, воздействием направленных масс волн на затвор, пропуская рабочее тело сжатого воздуха из камеры сжатия по трубопроводу в воздушную аккумуляторную емкость, расположенную на берегу для технологического накопления воздушного рабочего тела сжатого воздуха, поступающего из всех пневмоэнергетических систем модулей. На воздушной аккумуляторной емкости установлен кран слива конденсата. Для контроля давления в воздушной аккумуляторной емкости установлен манометр. Из воздушной аккумуляторной емкости рабочее тело непрерывно поступает по трубопроводу через жиклер к пневмодвигателю для вращения вала ротора электрогенератора, вырабатывающего электрическую энергию.
Гидропневмоэнергетическая система оборудована электроприборами для эксплуатации сети потребителей электрической энергии. Воздушная аккумуляторная емкость покрыта по всему периметру, на некотором расстоянии от поверхности воздушной аккумуляторной емкости светопрозрачным твердым покрытием, установленным на каркасе. Лучистая энергия солнца проходит через стенки светопрозрачного твердого покрытия. Воздух, находящийся в воздушной полости нагревается и удерживается светопрозрачным твердым покрытием. Тепло через стенки воздушной аккумуляторной емкости нагревает рабочее тело, находящийся в воздушной аккумуляторной емкости. От нагрева рабочего тела в воздушной аккумуляторной емкости создается давление сжатием рабочего тела.
На фиг.1 изображена гидропневмоэнергетическая система в составе строительных и пневмоэнергетических модулей гидротехнического сооружения в аксонометрической проекции. Показано изображение без боковой стены, где показан корпус вид сбоку в разрезе. Показано начало подхода волны. На фиг.2 изображена воздушная аккумуляторная емкость со светопрозрачным твердым покрытием, установленным на каркасе, общий вид аксонометрической проекции. На фиг.3 изображена электрическая схема производства электроэнергии. На фиг.4 изображена схема оттока волны из полости под затвором. В камере сжатия разряжением открыт атмосферный впускной клапан, куда засасывается воздух. Выпускной клапан закрыт.Вид сбоку в разрезе. На фиг.5 изображена схема поступление волны. Показано движение волны на затвор. Из камеры сжатия рабочее тело выходит через выпускной клапан. Давлением в камере сжатия атмосферный клапан закрыт.Вид сбоку в разрезе. На фиг.6 изображена гидропневмоэнергетическая система, где показана вся технологическая структура с поступлением волны, пневматическая схема, в составе воздушной аккумуляторной емкости со светопрозрачным твердым покрытием, установленным на каркасе и изображена электрическая схема производства электроэнергии.
Гидропневмоэнергетическая система содержит строительные и пневмоэнергетические модули гидротехнического сооружения 1. Строительный модуль 2 состоит из задней стенки 3, опирающейся о дно 4 принимающей силу водного потока 5, направляющего его вверх по задней стенке 3. Боковые стенки 6 опираются о дно 4 и прикреплены к задней стенке 3. Передняя стенка 7 смонтирована к боковым стенкам 6 и расположена до уровня горизонтальной линии 8 водного пространства, для того чтобы не препятствовать движению волн до задней стенки 3 гидротехнического сооружения 1. Строительные модули 2 выполнены из железобетона и соединенные между собой в линию вдоль берега 9 открытого водоема, моря. Внутри строительных модулей 2 размещены и закреплены пневмоэнергетические модули 10. В каждом пневмоэнергетическом модуле 10 расположен металлический корпус 11 с направляющими стенками 12 прямоугольной формы и головной частью 13, соединенных между собой. Внутри корпуса 11 размещен рабочий орган, состоящий из затвора 14, имеющего прямоугольную форму, выполненного из деревоплиты пропитанной химическим составом для придания стойкости против гниения. Сверху по краям затвора 14 закреплены уплотнения 15 от проникновения сжатого воздуха между стенками 12 корпуса 11 и затвором 14, например, из эластичных трубок. Внутри корпуса 11, в нижней части, расположены ограничители 16 хода затвора 14. Затвор 14 расположен на некотором расстоянии от головной части 13, образуя камеру 17 сжатия (фиг.4, 5). Затвор 14 находятся на плаву водного потока 5. Под затвором 14 находится зона 18 приема волн. В головной части 13 корпуса 11 смонтированы атмосферный впускной клапан 19 и выпускной клапан 20 рабочего тела сжатого воздуха. Рабочие органы являются пневматическими насосами вырабатывающие рабочее тело физической энергией движением волн вместе с некоторым количеством массы воздуха. Рабочее тело сжатого воздуха из камеры 17 сжатия по трубопроводу 21, под давлением проходит в воздушную аккумуляторную емкость 22, расположенную на берегу 9 для технологического накопления воздушного рабочего тела сжатого воздуха, поступающего из всех пневмоэнергетических систем модулей 10. На воздушной аккумуляторной емкости 22 установлен кран 23 слива конденсата. Для контроля давления в воздушной аккумуляторной емкости установлен манометр 38. Из воздушной аккумуляторной емкости 22 рабочее тело непрерывно поступает по трубопроводу через жиклер 24 к пневмодвигателю 25 для вращения вала 26 ротора электрогенератора 27, вырабатывающего электрическую энергию. Гидропневмоэнергетическая система оборудована электроприборами для эксплуатации сети потребителей электрической энергии: электрогенератором 27, трехфазным выпрямителем 28, контроллером 29, инвентором 30, электрощитом 31, электросчетчиком 32 и общей сетью потребителей электрической энергии 33.
Воздушная аккумуляторная емкость 22 покрыта по всему периметру, на некотором расстоянии от поверхности воздушной аккумуляторной емкости 22 светопрозрачным твердым покрытием 34, установленным на каркасе 35. Лучистая энергия солнца проходит через стенки светопрозрачного твердого покрытия 34. Воздух, находящийся в воздушной полости 36 нагревается и удерживается светопрозрачным твердым покрытием 34. Тепло через стенки 37 воздушной аккумуляторной емкости 22 нагревает рабочее тело, находящийся в воздушной аккумуляторной емкости 22.
Гидропневмоэнергетическая система производит электрическую энергию следующим образом. При подходе водного потока 5 высокой волны, верхний слой задерживается передней стенкой 7. Нижний слой проходит в зону 18 приема волн до задней стенки 3, где вмещается и между боковыми стенками 6. Сила движения волны воздействует на стенки 3 и стенками 6, а продолжающее движение увеличивает объем водного потока 5, который воздействует на нижнюю поверхность затвора 14. Затвор 14 двигается вверх по направляющим стенкам 12 корпуса 11 в сторону камеры сжатия 17. Воздух, находящийся в камере сжатия 17 принимает силу водного потока 5, где происходит давление и сжатие воздуха. Когда уровень воды находится ниже установленного, зону 18 приема волн заполняется воздушная масса, тогда движение волн воздействует на воздушную массу, а воздушная масса воздействует на нижнюю поверхность затвора 14. Атмосферный впускной клапан 19 открыт при отсутствии давления в камере 17 сжатия и при движении затвора 14 вниз, тогда происходит всасывание атмосферного воздуха. Давлением воздуха в камере 17 сжатия закрывается атмосферный впускной клапан 19. От увеличения давления воздуха в камере сжатия 17 происходит его дальнейшее сжатие и образование рабочего тела. Давлением в камере 17 сжатия открывается выпускной клапан 20. Рабочее тело сжатого воздуха через выпускной клапан 20, под давлением, проходит по трубопроводу 21 в воздушную аккумуляторную емкость 22 из всех пневмоэнергетических модулей 10, где рабочее тело аккумулируется. При отходе водного потока 5 из зоны 18 приема волны, вместе с массой волны и своим весом опускается и затвор 14. В камере 17 сжатия происходит разряжение, который открывает впускной клапан 19, атмосферный воздух заполняет камеру 17 сжатия. Описанный технологический процесс происходит и в остальных пневмоэнергетических модулях 10 гидропневмоэнергетической системы. Рабочее тело из аккумуляторной емкости 22 непрерывно поступает через жиклер 24 в пневмодвигатель 25. Пневмодвигатель 25, давлением рабочего тела приводит во вращение вал 26 ротора электрогенератора 27.
Произведенная электрическая энергия гидропневмоэнергетической системой производства электроэнергии волновой энергией работает следующим образом. От электрогенератора 27 электрическая энергия переменного тока по проводам передается к трехфазному выпрямителю 28. Для стабилизации напряжения в электроцепи установлен контроллер 29, который, по необходимости, обеспечит заряд электрических аккумуляторов постоянным напряжением 12 в. Питание бытовых приборов и промышленного оборудования, которые работают от переменного тока, в электроцепи, установлен инвертор 30. Инвертор 30 преобразует постоянное напряжение с 12 в, в переменное напряжение 220 в. Переменное напряжение 220 в. подается на электрощит 31, от которого электрическая энергия распределяется на внутреннее потребление и направляется в общую сеть 33 потребителей электричества. Для учета количества выработанной и потребляемой электрической энергии установлен электрический счетчик 32.
Воздушная аккумуляторная емкость получая лучистая энергия солнца проходит через стенки светопрозрачное твердое покрытие 34. Воздух, находящийся в воздушной полости 36, нагревается и удерживается светопрозрачным твердым покрытием 34. Тепло воздушной полости 36 передается через стенки 37 воздушной аккумуляторной емкости 22, где закачено рабочее тело. От нагрева рабочее тело расширяется, увеличивается его объем и создается дополнительное давление, что используется для увеличения производства электрической энергии.