ГРАВИТАЦИОННАЯ ПАРОСИЛОВАЯ ГИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

Гравитационная паросиловая гидроэлектростанидя
Полезная модель относится к области энергетики, в частности, к системам получения электроэнергии и может быть использовано повсеместно в качестве индивидуальных и промышленных электростанций.
Современная стационарная теплоэнергетика базируется, в основном, на паросиловых установках. Известна паросиловая установка, которая работает по циклу Карно для насыщенного пара (см. Теплотехника под ред. А.П.Баскакова, М., Энергоатомиздат, 1982, с.65). Эта электростанция содержит паровой афегат в виде котла с топкой, где вода превращается в пар, пар расширяется в турбине, совершая работу. Затем пар поступает в конденсатор и сжимается в компрессоре, превращаясь в воду с температурой кипения.
Недостатком этой электростанции является необходимость сжигать топливо для покрытия энергетических затрат для превращения воды в пар и, как следствие этого, загрязнение окружающей среды.
Известны паротурбинные электростанции, в которых в котле используется не вода, а легкокипящая жидкость типа фреона, аммиака и др. Для испарения такой жидкости не требуется топлива. Достаточно подогреть ее водой из любого водоема. В частности, известна гравитационная паротурбинная электростанция, которая содержит электрогенератор, паровой котел- испаритель, конденсаторную установку с холодильным агрегатом и питательный насос для подачи сконденсированной рабочей жидкости в испаритель (Патент Великобритании №1 509 040, опубл. 26.04.78; Свидетельство на № 18716, Бюл. № 19 , 2001, прототип).
Недостатком прототипа является низкий коэффициент преобразования теплоты в работу из-за необходимости периодического испарения и конденсации рабочей жидкости, что сопряжено с большими потерями теплоты.
2002127673
III
Данная полезная модель устраняет недостатки аналога и прототипа. Техническим результатом полезной модели является повышение КПД теплового цикла электростанции, ее универсальность гфименения как для индивидуального, так и для промышленного использования в любых условиях, где имеются либо источники воды, либо водоемы.
Технический результат полезной модели достигается тем, что в гравитационной паросиловой электростанции, содержашей электрогенератор, испаритель рабочей низкокипящей жидкости, помешаемый в воду, конденсаторную установку с холодильным агрегатом и нагнетательный насос для подачи сконденсированной рабочей жидкости в испаритель, испаритель выполнен в виде вертикальной трубы, в нижней части которой размешена форсунка для распыления рабочей жидкости на капли, а в верхней части трубы расположена гидротурбина, соединенная с электрогенератором, при этом вход форсунки соединен с выходом нагнетательного насоса, а на выходе турбины установлен узел для сбора паров рабочей жидкости и подачи их на вход холодильного агрегата.
Супщость полезной модели состоит в том, что рабочая жидкость из холодильного агрегата, попадая в трубу, распыляется форсункой на мелкие капли, испаряется, образуя пузырьковую пароводяную смесь. Поэтому плотность пароводяной среды внутри трубы становится ниже ее плотности вне трубы. Возникает неуравновешенная сила, которая будет давить снизу на ротор турбины, заставляя его врашаться и выдавать электроэнергию в цепь. В этом процессе первичным источником энергии является теплота, которая отбирается от водоема для испарения жидкости.
Сушность полезной модели поясняется на чертеже, где схематично представлен разрез электростанции.
В водоем (резервуар) 1 погружен испаритель в виде вертикальной трубы 2. В верхней части трубы 2 размешена гидротурбина 3 с электрогенератором 4. В нижней части трубы 2 расположена форсуьжа 5 для распыления рабочей жидкости на мелкие капли. В нижней части трубы 2 смонтирован шлюз 6 для подачи воды из водоема 1 в трубу 2, а на выходном фланце трубы 2 смонтирован шлюз 7 для возврата воды в водоем, и расположен узел 8 для сбора выхлопных паров рабочей жидкости. Узел 8 соединен трубопроводом 9 с холодильным агрегатом 10, выход которого через нагнетательный насос 11 и трубопровод 12 соединен с форсункой 5.
Гравитационная паросиловая электростанция работает следующим образом: Рабочая жидкость из холодильного агрегата 10 подается через нагнетательный насос 11 по трубопроводу 12 в форсунку 5. Здесь происходит смешивание рабочей жидкости с водой, которая поступает го водоема 1 в трубу 2 через шлюз 5. Образовавшаяся смесь пузырьков пара рабочей жидкости устремляется вверх и врашает ротор гидрот)фбины 3, соединенный с электрогенератором 4. Далее пароводяная смесь поступает в шлюз 7 и разделяется на два потока. Первый поток - водяной- возвращается в водоем 1. Второй поток - струя паров рабочей жидкости - возвращается через узел 8 и трубопровод 9 в холодильный агрегат 10. Таким образом, в системе устанавливается стационарное состояние нещ)ерывного отбора теплоты от водоема 1 на испарение жидкости в испарителе, и такое же непрерывное превращение этой теплоты в работу гидротурбины 3. Использование гравитационных сил и сообшаюшихся сосудов позволяет назвать описанную систему гравитационной паросиловой гидроэлектростанцией, т.к. труба 2 со шлюзами и водоем 1и сообщаюпщеся сосуды, а разная плотность жидкости внутри трубы 2 и водоема 1 позволяет использовать гравитационные силы.
Приведем технические данные гравитационной паросиловой гидроэлектростанции. Испаритель электростанции выполнен в виде трубы 1 диаметром 130 мм и длиной 20 м, которая помещена вертикально в водоем с температурой воды +10° С, в качестве рабочей жидкости использован диметилэфир (С2НбО), который является экологически чистым материаЛОМ, невзрывоопасен и нетоксичен. Он имеет температуру кипеьшя Т  , теплоту парообразования 500 ьсДж, давление насыщенных паров при 10°С 3,5-10 Па (3,5 атмосферы), удельный объем паров при нормальных
условиях 0,8 м /кг.
Образовавшаяся смесь паров и воды по трубе 1 поднимается вверх. В форсунку 5 подается рабочая жидкость в количестве 0,1 кг/с. В этих условиях плотность пароводяной смеси составляет 500 кг/м, а скорость подъема смеси составит 10 м/с. Так как высота трубы 1 равна 20 м, то выталкивающая сила, действующая на столб смеси, составит величину F  10 S (где S - площадь поперечного сечения потока). Мопщость электростанции составит величину  кВт.
Для работы электростанции необходимо каждую секунду подавать в форсунку 5 примерно 0,1 кг рабочей жидкости, которую должен произвести холодильный агрегат 10. Поскольку теплота парообразования рабочей жидкости г  500 кДж/кг, то для приготовления рабочей жидкости в непрерывном режиме работы электростанции, холодильный агрегат должен производить каждую секунду количество холода Q  r- 0,1 кг  50 кДж. Для этого холодильный агрегат должен тратить электроэнергию:
А  д(Ткип-То)Яо, где TO - температура окружающего воздуха.
Очевидно, что при То  - 23°С рабочая жидкость производится без затрат энергии холодильным агрегатом: в нем просто используется теплообменник. Другим характерным примером является случай, когда температура воды и воздуха одинаковы и равны 10°С. В этом случае для приготовления рабочей жидкости придется тратить каждую секунду 5,5 кДж электроэнергии из цепи. Как видно, мощность электростанции составляет 11 кВт, из них 5,5 кВт уходит на питание холодильного агрегата.