ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F03G7/05 F03G7/06 

Изобретение относится к устройствам для получения экологически чистой механической энергии вращения без расходования каких-либо топливно-энергетических ресурсов и без создания сооружений, оказывающих вредное экологическое воздействие на окружающую среду. Изобретение может быть применено в качестве стационарного источника механической энергии вращения с возможностью преобразования ее в электрическую энергию.

Известны гидроагрегаты, состоящие из гидравлической турбины и электрического генератора (см. Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1980, с.115).

Гидроагрегаты обычно используются на гидроэлектростанциях, включающих дорогостоящие водонапорные плотины, создающие водохранилища, которые приводят к затоплению земель и экологическим изменениям в окружающей местности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является устройство для получения экологически чистой механической энергии вращения, содержащее частично погруженный в воду ротор, по окружности которого установлены теплочувствительные элементы, связанные с грузом в виде массивного обода с возможностью его радиального перемещения при изменении температуры окружающей среды, верхняя и нижняя части ротора размещены соответственно в зонах нагрева и охлаждения, первой из которых является окружающий воздух, а вторая образована открытой сверху помещенной в поверхностный теплый слой воды емкостью в виде лотка со стенками выше уровня окружающей воды, который сообщается с верхней частью трубопровода, поднимающему вверх, как по сообщающемуся сосуду, холодную воду из глубинных ее слоев. Ротор снабжен лопатками для перемещения воды по лотку от верхней части трубопровода в сторону поверхностного слоя воды. Вращение ротора осуществляется за счет момента сил тяжести, создаваемых грузом при разных расстояниях боковых частей обода от оси в зависимости от нагрева и охлаждения теплочувствительных элементов (см. патент РФ N 2057645, кл. F 03 G 7/05, 7/06,1997).

Недостатком этого устройства является применение теплочувствительных элементов, имеющих относительно сложное устройство и выполненных из дорогостоящих материалов.

Изобретение обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в получении экологически чистой механической энергии вращения с возможностью преобразования ее в электрическую энергию при одновременном упрощении устройства и снижении его стоимости.

Указанный технический результат достигается применением экологически чистой силовой установки, содержащей зоны нагрева и охлаждения, последняя из которых выполнена в виде изолированно размещенной в поверхностном слое воды и сообщающейся с воздухом емкости, заполненной холодной проточной водой, поступающей по связанному с емкостью трубопроводу, опущенному в нижние холодные слои воды и являющемуся по отношению к окружающей воде сообщающимся сосудом, верхняя часть которого размещена выше поверхностного слоя воды и свободно сообщается с окружающим воздухом, при этом в нижней части емкости выполнено донное отверстие, через которое осуществляется свободный отток более плотной холодной воды из емкости в окружающий поверхностный слой более и менее плотной воды, являющийся зоной нагрева, и при этом обеспечивается непрерывный поток холодной воды по трубопроводу как по сообщающемуся сосуду и емкости из глубинных ее слоев в поверхностный слой, и в этом потоке установлен гидравлический двигатель.

Трубопровод составлен из двух частей - нижней и верхней, а между этими частями трубопровода размещен гидравлический двигатель.

Гидравлический двигатель связан с гидрогенератором с возможностью преобразования энергии потока воды в электрическую энергию.

Донное отверстие в емкости совмещено с обращенным вниз патрубком.

На прилагаемой схеме изображена в общем виде экологически чистая силовая установка. Гидравлический двигатель показан условно в виде прямоугольника, поскольку возможно разное указанное ниже его устройство. Емкость и верхняя часть трубопровода показаны с частичными вырезами в передних стенках.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения, приводятся на примере морской (океанической) воды. Известно, что среднегодовая температура поверхностных вод океана и его морей равна 17,5^oС, а у экватора до 28^oС. При этом сезонные колебания температуры наблюдаются до глубины 100-150 м, и в более нижних слоях она постоянна и составляет примерно 1,5^oС. Следовательно, средний перепад температуры вод Мирового океана между поверхностными и глубинными слоями составляет 16^oС и максимальный до 26,5^oС (см. указанный выше "Политехнический словарь", с. 920-921). Эта разность температур определяет большую плотность воды при низкой температуре и ее меньшую плотность при более высокой температуре. Известны также сообщающиеся сосуды, в которых используется свойство жидкости перемещаться в этих сосудах в вертикальных направлениях, в том числе вверх, и устанавливаться в этих сосудах в равновесном положении относительно действующих на жидкость гидростатических сил без дополнительных затрат энергии (см. "Советский энциклопедический словарь". - М.: Советская энциклопедия, 1987, с.1245).

Разность плотности воды при разной температуре в сочетании с использованием указанного выше свойства сообщающихся сосудов позволяет создать непрерывный поток жидкости в вертикальном направлении снизу вверх. Неисчерпаемый источник тепловой энергии морской воды в связи с постоянной разностью температуры ее поверхностного и глубинных слоев обеспечивает осуществление указанного способа движения воды практически в режиме вечного двигателя, т. е. непрерывно, без затрат каких-либо топливно-энергетических ресурсов и материальных средств и без загрязнения окружающей среды.

Экологически чистая силовая установка (см. схему) содержит трубопровод 1, опущенный в глубинные слои морской воды с низкой температурой Т₁, верхняя часть которого открыта и размещена выше уровня воды. На уровне поверхностного теплого слоя воды с температурой Т₂ в боковой стенке проточной части трубопровода выполнено отверстие 2, сообщающееся с емкостью 3, которую размещают в поверхностном слое воды. Верхняя часть емкости имеет свободное сообщение с атмосферой и размещена выше уровня воды. Внутренний объем емкости изолирован от окружающей воды и сообщается с ее поверхностным слоем только посредством свободно проточного донного отверстия 4 в нижней части емкости. Отверстие может быть совмещено с направленным вниз коротким патрубком 5, размещенным в поверхностном теплом слое воды. Ниже емкости в трубопроводе сделан разъем, и в нем размещен гидравлический двигатель 6, который может быть выполнен в виде известных гидравлических турбин или объемных гидростатических двигателей (см. указанный выше "Политехнический словарь", с.114). Гидравлический двигатель связан с генератором электрической энергии (на схеме не показан).

Силовая установка работает следующим образом.

Для запуска установки из неподвижного положения при помощи вспомогательного насоса производят принудительное перемещение холодной воды из глубинного слоя через трубопровод 1, гидравлический двигатель 6, емкость 3 и донное отверстие 4 в пределы поверхностного слоя воды. Этот насос отключают после заполнения всей указанной системы холодной водой из глубинного ее слоя.

Осуществимость создания потока воды указанным выше порядком обусловлена в конечном итоге тем, что обеспечивают обмен тепловой энергией между теплой водой из поверхностного слоя и водой из глубинного слоя, имеющей низкую температуру Т₁, что определяет разную их плотность и возможность движения более плотной холодной воды через донное отверстие 4 в нижней части емкости 3 в пределы менее плотной теплой воды в поверхностном слое.

При этом возникает поток более плотной холодной воды от отверстия 2 в боковой стенке трубопровода 1 через емкость 3 и донное отверстие 4 в пределы поверхностного слоя менее плотной теплой воды. Непрерывность этого потока обеспечивается тем, что отверстие 2 в боковой стенке трубопровода выполняют большим по площади по сравнению с донным отверстием 4 в нижней части емкости. Слив воды из верхней части трубопровода в емкость приводит к движение воду в трубопроводе снизу вверх под действием гидростатических сил со стороны воды, окружающей трубопровод. При этом подъем воды в трубопроводе происходит как в сообщающемся сосуде относительно окружающей воды.

Совмещенный с донным отверстием 4 обращенный вниз патрубок 5 облегчает слив плотной холодной воды из емкости в пределы более теплой и менее плотной воды из поверхностного ее слоя.

Возможность создания потока воды указанным выше способом подтверждается расчетными данными. Известно, что плотность воды находится в обратной зависимости от ее температуры (аномальное отклонение при 4^oС здесь не рассматривается). Исходя из этого в трубопроводе и емкости уровень более плотной холодной воды (например, при 2^oС) будет ниже, чем у окружающей воды, средняя плотность которой в интервале глубины погружения трубопровода будет определяться средней температурой ее глубинного слоя (например, те же 2^oС) и поверхностного слоя (например, 26^oС), что в среднем составит 12^oС. Этими показателями температуры (12 и 2^oС) будет определяться разность в уровнях поверхностного слоя воды и уровня воды в емкости и трубопроводе.

Вместе с тем разная величина плотности воды в емкости и в поверхностном слое будет определяться показателями температуры в поверхностном слое (26^oС) и в емкости (2^oС).

Исходя из того, что уровни воды в сообщающихся сосудах (в данном случае в трубопроводе и емкости по отношению к окружающей воде) зависят от ее плотности в этих сосудах, а плотность находится в обратной зависимости от температуры, следует, что большая плотность воды в емкости по сравнению с поверхностным слоем при разности их температур в 24^oС обеспечит отток воды из емкости, поскольку различия в температурах воды, определяющие разную их плотность в емкости (2^oС) и поверхностном слое (26^oС), существенно больше по сравнению с различиями в средней величине температуры окружающей воды (12^oС) и температуры воды в емкости (2^oС), определяющими разный уровень окружающей воды и воды в емкости.

Или, говоря иначе, температурные условия системы таковы, что влияние разной плотности воды на создание ее потока из емкости более существенно по сравнению с разностью ее уровней в окружающем водоеме и в емкости.

Проходящий через гидравлический двигатель 6 поток воды приводит его в действие, что обеспечивает за счет применения гидрогенератора преобразование в конечном итоге энергии потока воды в электрическую энергию.

В связи с малой разностью в плотности холодной и теплой воды описываемая силовая установка будет иметь и соответствующую незначительную удельную мощность по сравнению с другими автономными силовыми установками. Однако даже при малой удельной мощности эта силовая установка будет более эффективна по сравнению с действующими энергетическими системами топливно-энергетического комплекса (ТЭК) с его шахтами, карьерами, буровыми скважинами, трубопроводами, железными дорогами, танкерами, другими транспортными средствами, электростанциями, в том числе наиболее опасными во всех отношениях АЭС, местами складирования и захоронения отходов, плотинами и шлюзами ГЭС в сочетании всего этого с невосполнимым и все возрастающим экологическим ущербом, отчуждением земель и огромными затратами труда. В промышленно развитых странах на развитие ТЭК расходуется до 30% всех капиталовложений и в нем занято до 20% всех работающих (см. указанный выше "Политехнический словарь", с. 532). При этом реально ТЭК функционирует с неизбежными катастрофами, зачастую оказывающими влияние на целые регионы.

В отличие от этого предложенная экологически чистая силовая установка при использовании неисчерпаемых энергетических ресурсов Мирового океана и постоянной разности в температурах его поверхностного и глубинных слоев работает автономно с малым числом обслуживающего (наблюдающего) персонала практически в режиме вечного двигателя, поскольку, не потребляя никаких топливно-энергетических ресурсов и не загрязняя окружающую среду, способна непрерывно выдавать электрическую энергию. При функционировании силовой установки любые ее поломки не могут вызвать серьезных последствий для окружающей среды.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и обеспечивает получение механической энергии вращения за счет использования разности температур и плотности морской воды на разных ее уровнях без расходования топливно-энергетических ресурсов. Силовая установка содержит трубопровод 1, верхняя часть которого открыта и размещена выше уровня воды, а нижняя опущена в глубинные слои морской воды с низкой температурой T₁. На уровне поверхностного теплового слоя воды с температурой T₂ трубопровод через отверстие 2 сообщается с емкостью 3, которая изолированно размещена в поверхностном слое воды и свободно сообщается с атмосферой. В проточной системе трубопровода 1, гидравлического двигателя 6, емкости 3 и патрубка 5 образуется поток холодной воды из глубинных слоев за счет слива более плотной холодной воды с температурой T₁ в пределы менее плотной теплой воды с температурой T₂ в поверхностном слое. При этом подъем воды по трубопроводу происходит как по сообщающемуся сосуду за счет действия гидростатических сил без затрат дополнительной энергии. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Экологически чистая силовая установка, содержащая зоны нагрева и охлаждения, последняя из которых выполнена в виде изолированно размещенной в поверхностном слое воды и сообщающейся с воздухом емкости, заполненной холодной проточной водой, поступающей по связанному с емкостью трубопроводу, опущенному в нижние холодные слои воды и являющемуся по отношению к окружающей воде сообщающимся сосудом, верхняя часть которого размещена выше поверхностного слоя воды и свободно сообщается с окружающим воздухом, отличающаяся тем, что в нижней части емкости выполнено донное отверстие, через которое осуществляется свободный отток более плотной холодной воды из емкости в окружающий поверхностный слой более теплой и менее плотной воды, являющийся зоной нагрева, и при этом обеспечивается непрерывный поток холодной воды по трубопроводу, как по сообщающемуся сосуду, и емкости из глубинных ее слоев в поверхностный слой и в этом потоке установлен гидравлический двигатель. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что трубопровод составлен из двух частей - нижней и верхней, а между этими частями трубопровода размещен гидравлический двигатель. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что гидравлический двигатель связан с гидрогенератором с возможностью преобразования энергии потока воды в электрическую энергию. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что донное отверстие в емкости совмещено с обращенным вниз патрубком.