ОСМОТИЧЕСКАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2001 года по МПК F03G7/00 F03B17/00 

Изобретение относится к области энергетики, а точнее к осмотическим силовым установкам для производства механической или электрической энергии.

Известно устройство [1, стр. 175, рис. 7.6] для преобразования энергии осмотического массопереноса в электрическую энергию в осмотической силовой установке, которая содержит погруженный в раствор блок корпусов, каждый из которых разделен неподвижной полупроницаемой мембраной на пресные отсеки, подключенные трактом подачи растворителя к источнику растворителя, и соленые отсеки, подключенные через напорный бак соленой воды трактом подачи раствора к источнику раствора, и снабженные трактом отвода отработанного (разбавленного) раствора, присоединенного через напорный бак к устройству-преобразователю энергии осмотического массопереноса в электрическую энергию. Работа указанной силовой установки основана на подкачке свежего раствора в напорный бак раствора, из которого разбавленный раствор увеличенного объема выбрасывается через турбину, производя полезную работу. Циркуляция раствора через соленые отсеки и напорный бак осуществляется отдельным насосом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и выбранным в качестве прототипа является установка, представленная на [1, стр. 172, рис. 7.4], состоящая из корпуса, разделенного неподвижной полупроницаемой мембраной (или системой мембран) на пресный отсек, отдающий воду (растворитель), и соленый отсек, принимающий воду, трактов подачи растворителя и раствора с насосами, тракта отвода отработанного раствора и устройства-преобразователя.

Установка работает следующим образом. В пресный отсек подается растворитель, в соленый отсек под давлением, примерно равным половине осмотического давления, подается раствор. Из пресного отсека за счет явления осмоса растворитель всасывается через полупроницаемую мембрану в соленый отсек. Разбавленный раствор из соленого отсека по тракту отвода выбрасывается через турбину. Полезная работа получается за счет дополнительного объема пресной воды (растворителя), проникающего через мембрану (или систему мембран).

При этом работоспособность мембраны (или системы мембран), целостность мембранного материала обеспечивается специальными мембранонесущими конструкциями, например металлическими, которые могут включать в себя подложки из проволочных экранов и перфорированных стальных пластин [1, стр. 174, рис. 7.5 б] . Известны и другие способы, обеспечивающие работоспособность мембранного материала. Например, в [2, стр. 128] отмечается применение трубчатых мембран диаметром 10-60 мм, для которых в качестве прочной подложки служат перфорированные трубки, а также спиралевидных (рулонных) мембран, мембран в виде полых волокон с внутренним диаметром 24-80 мкм.

Целью настоящего изобретения является расширение арсенала установок, основанных на использовании энергии осмоса, простой конструкции.

Для этого в известной осмотической установке, состоящей из корпуса, разделенного полупроницаемой мембраной на пресный отсек, отдающий растворитель и соленый отсек, принимающий растворитель, трактов подачи растворителя и раствора с насосами, подключенных соответственно к пресному и соленому отсекам, а также к источникам растворителя и раствора, тракта отвода отработанного раствора и устройства-преобразователя, мембрана посредством мембранонесущих конструкций выполнена в виде подвижного поршня, являющегося движущимся рабочим элементом устройства-преобразователя.

Как варианты пресный либо соленый отсеки могут быть выполнены открытыми с торца и погружены соответственно в растворитель либо в раствор. При этом в первом случае отсутствует тракт подачи растворителя, а во втором - тракт подачи раствора и тракт отвода отработанного раствора.

Предлагаемое устройство по сравнению с известными является более простым по конструкции, содержит меньшее число элементов и основывается на принципе прямого преобразования осмотической энергии в механическую работу. При этом мембрана с помощью мембранообразующих конструкций может быть выполнена в виде подвижного поршня следующим образом.

Поршень выполняется в виде металлического стакана с перфорированным дном, к которому крепится неподвижно или подвижно шток или шатун. На дно стакана укладывается стальной проволочный экран, на экран - фильтровальная бумага, на бумагу - мембрана. По краям проволочного экрана, фильтровальной бумаги и мембраны располагают уплотнительные кольца, например, из резины. Ко дну стакана указанные элементы (экран, бумага, мембрана и уплотнительные кольца) прижимаются шайбой, например, на резьбе.

На фиг. 1 показана схема заявляемой осмотической силовой установки, характеризующейся наличием трактов подачи раствора и растворителя и трактом отвода отработанного (разбавленного) раствора.

На фиг. 2 и 3 изображены возможные варианты исполнения заявляемой установки, характеризующиеся наличием открытого пресного или соленого отсека, погруженного соответственно в растворитель или раствор.

Представленная на фиг. 1 осмотическая силовая установка содержит корпус 2 с расположенной внутри мембраной (полупроницаемой перегородкой), выполненной с помощью мембранонесущих конструкций в виде подвижного поршня 1, являющегося движущимся рабочим элементом устройства-преобразователя и разделяющего корпус на пресный отсек 3, заполненный растворителем, и соленый отсек 4, заполненный раствором; тракт 5 подачи растворителя с клапаном 6, присоединенный к пресному отсеку 3, тракт 7 подачи свежего раствора с клапаном 8 и насосом 9, присоединенный к соленому отсеку 4; тракт 10 отвода отработанного раствора с клапаном 11. присоединенный к соленому отсеку 4.

Установка работает следующим образом.

В положении а-а поршня 1 клапаны 6, 8 и 11 закрыты. При этом пресный отсек 3 заполнен растворителем, соленый отсек 4 - свежим раствором. Растворитель через полупроницаемую мембрану-поршень благодаря явлению осмоса из пресного отсека 3 всасывается в соленый отсек 4, вследствие чего поршень 1 перемещается в положение в-в, совершая рабочий ход.

В положении в-в клапаны 6 и 11 открываются, и мембрана-поршень 1 совершает холостой ход из положения в-в в положение а-а, закачивая через тракт 5 новую порцию растворителя в пресный отсек 3 и вытесняя из соленого отсека 4 через тракт 10 отработанный раствор.

В положении а-а мембраны-поршня 1 клапан 6 закрывается, клапан 8 открывается и включается насос 9, который нагнетает в соленый отсек 4 порцию свежего раствора. Затем клапаны 8 и 11 закрываются, насос 9 выключается, и процесс повторяется.

Выполнение установки по такой схеме позволяет без применения каких-либо дополнительных средств использовать ее вдали от источников раствора и растворителя.

На фиг. 2 изображена схема варианта установки с погружением пресного отсека в растворитель.

Установка включает в себя корпус 2, подвижную мембрану-поршень 1, разделяющую корпус 2 на пресный 3 и соленый 4 отсеки, тракт 7 подачи раствора с клапаном 8, подсоединенный к соленому отсеку 4, тракт 10 отвода отработанного раствора с клапаном 11, также подсоединенный к соленому отсеку 4.

Установка работает следующим образом.

В начальный момент мембрана-поршень 1 занимает положение а-а, клапаны 8 и 11 закрыты. За счет проникновения растворителя через мембрану в соленый отсек 4 объем раствора в нем увеличивается, и поршень 1 перемещается в положение в-в, совершая рабочий ход. В положении в-в клапан 11 открывается и поршень 1, совершая холостой ход, перемещается в положение с-с, вытесняя из соленого отсека 4 через тракт 10 отработанный раствор. Далее в положении с-с клапан 8 открывается, клапан 11 закрывается, и поршень 1, продолжая холостой ход из положения с-с в положение а-а, закачивает в соленый отсек 4 по тракту 7 порцию свежего раствора. В положении а-а поршня 1 клапан 8 закрывается, и процесс повторяется.

На фиг. 3 изображена схема варианта установки с погружением соленого отсека в раствор.

Представленная установка включает в себя корпус 2 с подвижной мембраной-поршнем 1, разделяющим корпус 2 на пресный 3 и соленый 4 отсеки, тракт 5 подачи растворителя с клапаном 6, присоединенным к пресному отсеку 3.

Установка работает следующим образом.

В начальный момент мембрана-поршень 1 занимает положение а-а и клапан 6 закрыт. Растворитель через мембрану-поршень 1 из пресного отсека 3 всасывается в раствор. За счет уменьшения объема растворителя в пресном отсеке 3 поршень 1 движется до положения в-в, совершая рабочий ход, производя полезную работу. В положении в-в клапан 6 открывается, и мембрана-поршень 1 совершает холостой ход из положения в-в в положение а-а, закачивая в пресный отсек 3 по тракту 5 новую порцию растворителя. В положении а-а клапан 6 закрывается, и процесс повторяется.

Предлагаемая установка и варианты ее выполнения являются простыми по конструкции и надежными в работе.

Литература
1. Коробов В.А. Преобразование энергии океана. - Л.: Судостроение, 1986.

2. Стерман Л.С. и Покровский В.Н. Физические и химические методы обработки воды на ТЭС. - М.: Энергоатомиздат, 1991.

Установка предназначена для преобразования осмотической энергии и может быть использована для производства механической или электрической энергии. Установка содержит корпус, разделенный полупроницаемой перегородкой на пресный отсек, отдающий растворитель, и соленый отсек, принимающий растворитель. К данным отсекам трактами подвода подключены соответственно источники раствора и растворителя, причем отсек раствора снабжен трактом отвода отработанного раствора. Полупроницаемая перегородка выполнена в виде подвижного поршня, являющегося движущимся рабочим элементом силовой установки. Установка имеет простую конструкцию и позволяет осуществить прямое преобразование энергии осмоса. 3 ил.

Осмотическая силовая установка, состоящая из корпуса, разделенного полупроницаемой перегородкой на пресный отсек, отдающий растворитель, и соленый отсек, принимающий растворитель, трактов подачи растворителя и раствора с насосами, подключенными соответственно к пресному и соленому отсекам, а также к источникам растворителя и раствора, тракта отвода отработанного раствора и устройства-преобразователя осмотического массопереноса в механическую или электрическую энергию, отличающаяся тем, что полупроницаемая перегородка выполнена в виде подвижного поршня, являющегося движущимся рабочим элементом силовой установки.