СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Российский патент 2013 года по МПК F02C3/28 F03G3/02 

Изобретение относится к области энергетики.

Известен способ получения электроэнергии на основе преобразования кинетической энергии ветра в электроэнергию [Герман Хедер. Конструирование и расчеты. Госмашметиздат. 1934. Москва, (стр.499)]. Способ заключается в следующем. Воздушные массы, перемещаясь, вследствие своего давления на лопасти пропеллера, вращают их. Кинетическая энергия ветра преобразуется во вращательное движение пропеллера. Ось пропеллера соединена с электрогенератором, который преобразует вращательное движение в электроэнергию. Недостатком этого способа является ограниченность мощности, зависимость получаемой энергии от природно-климатических условий, географических условий, непредсказуемость на длительный срок, необходимость занятия больших площадей.

Также известен способ получения электроэнергии на основе преобразования кинетической энергии воды в водопадах в электроэнергию [Герман Хедер. Конструирование и расчеты. Госмашметиздат, 1934, Москва, (стр.485)]. Способ заключается в следующем. Вода падает с определенной высоты на лопасти турбины. Турбина преобразует кинетическую энергию падающей воды во вращательное движение оси турбины, которая соединена с электрогенератором. Электрогенератор вырабатывает электроэнергию. Недостатками этого способа являются необходимость привязки к определенному месту, где есть перепад воды по высоте или необходимость постройки плотин со сложными и дорогостоящими гидротехническими сооружениями, занятие водохранилищами больших площадей, возможность непредвиденных экологических последствий, ограниченность энергопотенциала и мощностей, зависимость от природно-климатических условий, возможность катастрофических последствий при разрушении гидротехнических сооружений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту к заявляемому способу и устройству его реализации является получение электроэнергии способом на основе перепада уровня воды за счет морских приливов [Герман Хедер. Конструирование и расчеты. Госмашметиздат, 1934, Москва, (стр.486)]. Сущность способа заключается в следующем. Строятся специальные шахты с помещенными в них турбинами. Турбина преобразует кинетическую энергию движения воды, возникающую за счет перепада уровня воды при приливе и отливе, во вращательное движение осевого вала турбины, соединенного с электрогенератором. Электрогенератор вырабатывает электроэнергию.

Недостатками этого способа являются:

- необходимость привязки к определенному береговому ландшафту, где возможны существенные перепады уровня воды за счет приливов и отливов;

- необходимость в сложных береговых капитальных гидротехнических коммуникациях, в наибольшей степени подвергаемых разрушительному воздействию штормов;

- ограниченные возможности по наращиванию потенциальной энергии и мощностей;

- существенные материально-технические сложности по наращиванию мощностей.

Особенностью всех трех вышеприведенных способов является то, что трансформация энергии осуществляется исключительно за счет кинетической энергии «рабочего тела» окружающей среды. «Преобразователь-генератор» энергии является стационарным в пространстве, а также то, что в процессе получения энергии в устройстве используется непосредственно преобразование одного вида энергии в другой, но не используется предварительная аккумуляция энергии.

Общим недостатком всех вышеприведенных способов является то, что возможность получения энергии имеется только в случае наличия кинетической энергии природного энергоносителя (вода, ветер). Недостатком прототипа является также то, что хотя и используется сила гравитации (приливы, вес воды), но используется эта потенциальная энергия гравитации только частично.

Таким образом, основными недостатками прототипа являются: невозможность получения электроэнергии в условиях отсутствия кинетической энергии природного энергоносителя (воды), а также не достаточно полное использование потенциальной энергии гравитации для получения энергии.

Целью изобретения является решение задачи на осуществление возможности получения электроэнергии в условиях отсутствия кинетической энергии природного энергоносителя (воды), а также более полное использование потенциальной энергии гравитации Земли в комбинировании с энергопотенциалами другого рода.

Поставленная цель достигается тем, что ротор электрогенератора, производящего электроэнергию известного способа получения энергии, вращают движущиеся по замкнутому контуру контейнеры, при этом контейнеры, через определенные пространственные интервалы, связывают между собой и образуют из них замкнутый связанный контур, к каждому контейнеру прикрепляют груз, последовательно, по траектории, образующей замкнутый контур, опускают под действием веса контейнеры с грузом на глубину водоема, поднимают контейнеры из глубины водоема под действием выталкивающей силы воды, при этом на максимальной глубине от контейнеров осуществляют отделение и сброс груза, а объем контейнеров увеличивают путем химического преобразования в нем твердого вещества в горючее газообразное, на минимальной глубине осуществляют стравливание газа, находящегося в контейнере под давлением, при этом газ вращает ротор электрогенератора, производящего электроэнергию, а далее этот газ сжигают в газовой турбине, которая также вращает ротор электрогенератора, производящего электроэнергию.

Предлагаемый способ получения энергии состоит в следующем. В море или достаточно глубоком водоеме из контейнеров, которые могут изменять свой объем, образуют замкнутый контур. При этом смежные контейнеры жестко связывают между собой через определенное расстояние между контейнерами. На поверхности водоема, или минимальном расстоянии от поверхности, к контейнерам прикрепляют груз, вес которого в несколько раз больше выталкивающей силы воды. Сам контейнер также весит несколько больше, чем выталкивающая сила контейнера из воды. Одновременно с прикреплением груза к контейнеру во внутреннюю полость контейнера вставляют твердый химический реагент, который при взаимодействии с определенным веществом преобразуется в газообразное горючее состояние. Контейнер герметично закрывается, а объем контейнера фиксируется. Контейнеры последовательно, как на карусели, опускаются на глубину. Максимальная глубина погружения может составлять сотни и тысячи метров. В процессе погружения химические реагенты взаимодействуют, и давление внутри контейнера повышается. При этом объем контейнера, вследствие действия фиксаторов, не изменяется. На максимальной расчетной глубине от контейнеров отделяется груз, который далее автономно падает на дно. Также срабатывают фиксаторы, которые препятствовали увеличению объема контейнера. Объем контейнера возрастает, и сила выталкивания контейнера из воды становится больше веса контейнера. Таким образом, в одном плече, замкнутого жестко связанного контура, действуют силы, направленные вниз, а в другом плече - силы, направленные вверх. Эти силы не противостоят, а поэтому складываются. Весь замкнутый контур с контейнерами вращается. Вращаясь, данный контур вращает электрогенератор, который находится на поверхности. На поверхности с контейнеров стравливают горючий газ, который находится под давлением. При этом газ также вращает ротор электрогенератора. Далее этот газ поступает в газовую турбину, где сжигается. Газовая турбина также вращает ротор электрогенератора. Побочным положительным эффектом в предлагаемом способе может быть утилизация мусора и отходов. Ожидаемая средняя мощность одного замкнутого контура - сотни киловатт, мегаватты.

Для реализации способа получения электроэнергии предлагается устройство, которое отличается от устройства, используемого в «Способе получения энергии» - прототипе [Герман Хедер. Конструирование и расчеты. Госмашметиздат, 1934, Москва, (стр.486)]. Данное устройство не позволяет получать электроэнергию в условиях отсутствия динамики потенциального энергоносителя внешней окружающей среды (воды), и соответственно недостаточности или отсутствия его кинетической энергии, а также в нем исключена возможность в достаточной мере расширения возможностей более полного использования энергетического потенциала гравитационного поля Земли.

С целью устранения указанных недостатков и реализации предлагаемого способа получения электроэнергии предлагается устройство, содержащее электрогенератор, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены базовая платформа, совокупность грузовых контейнеров, цепная связь контейнеров, N контейнеров связки - с первого контейнера связки до N контейнера связки, крепление груза контейнеров - от крепления первого контейнера связки до крепления N контейнера связки, прикрепленный к соответствующему контейнеру связки грузовой контейнер - от первого грузового контейнера до N грузового контейнера, фиксаторы внутреннего объема каждого контейнера связки - от фиксатора первого контейнера связки до фиксатора N контейнера связки, затвор каждого контейнера связки - от затвора первого контейнера связки до затвора N контейнера связки, патрон с химическим реагентом каждого контейнера связки - от патрона первого контейнера связки до патрона N контейнера связки, передаточный механизм каждого контейнера связки - от передаточного механизма первого контейнера связки до передаточного механизма N контейнера связки, спусковой механизм газа каждого контейнера связки - от спускового механизма первого контейнера связки до спускового механизма N контейнера связки, ветротурбину, тепловую газовую турбину, коробку механических передач, при этом электрогенератор связан с базовой платформой, которая также связана с совокупностью грузовых контейнеров и цепной связью контейнеров, которая связана со всеми контейнерами связки - с первого контейнера связки по N контейнер связки, каждый контейнер связки связан с креплением грузового контейнера - от крепления первого контейнера связки по крепление N контейнера связки, каждое из которых также связано с совокупностью грузовых контейнеров и каждым грузовым контейнером, прикрепленным к каждому контейнеру связки - с первого грузового контейнера до N грузового контейнера, которые также связаны с цепной связью контейнеров, каждый контейнер связки связан с фиксаторами внутреннего объема контейнера - от фиксатора первого контейнера связки до фиксатора N контейнера связки, каждый фиксатор внутреннего объема контейнера связан с затвором контейнера связки - от затвора первого контейнера связки до затвора N контейнера связки, каждый затвор контейнера связки связан с патроном с химическим реагентом - от патрона первого контейнера связки до патрона N контейнера связки, каждый затвор контейнера связки также связан с передаточным механизмом контейнера связки - от передаточного механизма первого контейнера связки до передаточного механизма N контейнера связки, при этом каждый передаточный механизм контейнера связки связан с фиксатором внутреннего объема контейнера соответствующего контейнера связки, каждый фиксатор внутреннего объема контейнера и каждый контейнер связки связаны со спусковым механизмом газа - от спускового механизма первого контейнера связки до спускового механизма N контейнера связки, каждый спусковой механизм газа также связан с базовой платформой, которая связана с ветротурбиной, которая связана с тепловой газовой турбиной и коробкой механических передач, которая также связана с тепловой газовой турбиной, базовой платформой и электрогенератором.

На чертеже представлены основные составляющие элементы устройства, реализующего способ получения электроэнергии. На чертеже обозначены: электрогенератор 1, базовая платформа 2, совокупность грузовых контейнеров 3, цепная связь контейнеров 4, N - контейнеров связки - с первого контейнера связки 5 до N - контейнера связки 6, крепление груза контейнеров - от крепления первого контейнера связки 7 до крепления N - контейнера связки 8, прикрепленный к каждому контейнеру связки грузовой контейнер - от первого грузового контейнера 9 до N - грузового контейнера 10, фиксаторы внутреннего объема каждого контейнера связки - от фиксатора первого контейнера связки 11 до фиксатора N - контейнера связки 12, затвор каждого контейнера связки - от затвора первого контейнера связки 13 до затвора N - контейнера связки 14, патрон с химическим реагентом каждого контейнера связки - от патрона первого контейнера связки 15 до патрона N - контейнера связки 16, передаточный механизм каждого контейнера связки - от передаточного механизма первого контейнера связки 17 до передаточного механизма N - контейнера связки 18, спусковой механизм газа каждого контейнера связки - от спускового механизма первого контейнера связки 19 до спускового механизма N - контейнера связки 20, ветротурбина 21, тепловая газовая турбина 22, коробка механических передач 23.

Устройство работает следующим образом. На морской поверхности, над глубокой впадиной, располагается базовая платформа 2, плавучесть которой может, например, обеспечиваться за счет воздушных понтонов. Базовая платформа 2 соединена с цепной связью контейнеров 4. Цепная связь контейнеров 4 также связывает между собой N контейнеров связки 5,6. Между смежными контейнерами связки обеспечивается жесткая связь. N контейнеров связки 5,6 с цепной связью контейнеров 4 образуют замкнутый контур, аналогичный вертикально расположенной «карусели». На базовой платформе 2 располагается совокупность грузовых контейнеров 3. Эта совокупность грузовых контейнеров 3 должна периодически пополняться. На базовой платформе 2 к каждому контейнеру связки 5,6 последовательно, посредством крепления груза контейнеров 7,8 прикрепляется грузовой контейнер 9,10. Плотность грузового контейнера 9,10 в несколько раз больше плотности воды. Сам контейнер связки 5,6 может изменять свой объем. В исходном состоянии, на базовой платформе 2, плотность контейнера связки 5,6 несколько больше плотности воды. Также, с прикреплением грузового контейнера 9,10 к контейнеру связки 5,6 в контейнер связки, через затвор 13,14 контейнера связки вставляется патрон с химическим реагентом 15,16. Исходный объем контейнера связки 5,6 фиксируется фиксатором внутреннего объема 11,12. Контейнеры связки 5,6 с грузовыми контейнерами 9,10 последовательно на цепной связи контейнеров 4 опускаются вниз, к морскому дну. При этом вес контейнера связки 5,6 с грузовым контейнером 9,10 существенно превышает силу выталкивания воды. В процессе опускания контейнера связки 5,6 с грузовым контейнером 9,10 в контейнере связки 5,6 осуществляется химическая реакция патрона с химическим реагентом 15,16 и химический реагент из твердого состояния последовательно превращается в газообразное состояние. Давление внутри контейнера связки 5,6 возрастает, но его объем не изменяется, так как он зафиксирован фиксатором внутреннего объема 11,12. При опускании контейнера связки 5,6 внешнее давление также возрастает. На определенной, заданной глубине Н происходит разблокировка крепления груза контейнеров 7,8 и сброс грузового контейнера 9,10. Грузовой контейнер 9,10 далее самостоятельно падает на дно. В то же время срабатывают фиксаторы внутреннего объема контейнера связки 11,12. В этот момент давление внутри контейнера связки 5,6 превышает внешнее давление. Посредством передаточного механизма 17,18 контейнера связки осуществляется изменение объема контейнера связки 5,6, и его плотность становится меньше плотности воды. Выталкивающая сила воды, в данном случае, превышает вес контейнера связки 5,6. Контейнер связки 5,6 начинает подниматься к поверхности. При этом сила веса последовательности контейнеров связки 5,6 с грузовыми контейнерами 9,10 и выталкивающая сила воды контейнеров связки 5,6 организованно складываются. Цепная связь контейнеров 4, вместе с контейнерами связки 5,6 осуществляет вращательное движение. На базовой платформе 2 цепная связь контейнеров 4, через коробку механических передач 23 вращает ротор электрогенератора 1, который генерирует электроэнергию. Контейнеры связки 5,6 поднимаясь, последовательно на базовой платформе 2, через спусковой механизм газа 19,20 сбрасывают избыточное давление, которое существует внутри контейнера связки 5,6. Выходящий под давлением газ вращает ветротурбину 21, которая, через коробку механических передач 23, вращает ротор электрогенератора 1. Далее, на базовой платформе 2, последовательно у каждого контейнера связки 5,6 фиксируется исходный объем, к нему прикрепляется грузовой контейнер 9,10, вставляется патрон с химическим реагентом 15,16 и цикл повторяется. Таким образом, реализуется поточный циклический способ вращения цепной связи контейнеров 4 с контейнерами связки 5,6. Электроэнергия генерируется за счет опускания контейнеров связки 5,6 с грузовыми контейнерами 9,10 под действием превышения веса над выталкивающей силой воды на этапе опускания, силы подъема контейнеров связки 5,6 вследствие превышения силы выталкивания контейнеров связки над весом контейнеров связки на этапе подъема, кинетической энергии выходящего из контейнера связки под давлением газа, кинетической энергии газа патрона с химическим реагентом за счет его расширения при сжигании в тепловой газовой турбине.

В зависимости от примененных технологий, возможно неограниченное наращивание мощностей и имеется значительный потенциальный источник энергии на основе энергии гравитации Земли.

Примерный расчет генерируемой энергии устройством и варианта возможной средней мощности получения энергии на основе предлагаемого способа следующий. На глубине Н₁=10 м давление воды равно 1 атм.

1 атм=100000 Па=100000 ^Н/_м ².

На глубине Н₂=1000 м давление воды равно 100 атм.

100 атм=10^{7 Н}/_м ².

Если площадь штока равна 1 м^2, то давление на шток равно F_д=10⁷ Н.

Если ход штока равен ∆ℓ=1 м, то потенциальная энергия «сжатия» равна

∆Э=(F ∆ℓ)=10⁷ Дж.

Обозначим: Р_к - вес контейнера связки; F_вк - сила выталкивания контейнера связки;

Р_гр - вес груза; F_{в гр} - сила выталкивания груза.

На этапе 1 (опускание): Сила, направленная вниз:

∆F₁=(Р_к+Р_гр) - (F_вк1+F_{в гр})

На этапе 2 (подъем): Сила, направленная вверх:

∆F₂=F_вк2 - Р_к

Пусть: Н=1000 м; Р_к=25000 Н; Р_гр=30000 Н; F_вк1=20000 Н; F_{в гр}=10000 Н;

F_вк2=30000 Н. Тогда ∆F₁=25000 Н. ∆F₂=5000 Н. Необходимо изменить объем контейнера связки - 1 м³. Следовательно, газ одного контейнера должен совершить работу не менее 10⁷ Дж. Работа при опускании одного контейнера связки с грузом равна:

∆Э₁=∆F₁*Н=25·10⁶ Дж.

Работа при подъеме одного контейнера связки равна:

∆Э₂=∆F2*Н=5·10⁶ Дж.

Тогда энергия одного контейнера связки (без сжигания газа) равна:

∆Э_Σ1=∆Э+∆Э₁+∆Э₂=40*10⁶ Дж.

Пусть длина всей «карусели» равна 2200 м. Расстояние между контейнерами равно 22 м. Тогда количество контейнеров N=100. Суммарная энергия «карусели» равна 40*10⁸ Дж.

Если скорость «карусели» равна 2,2 м/с, то время одного цикла равно 1000 с, а средняя мощность «карусели» (без учета сжигания газа) равна 4*10⁶ Вт.

Изобретение относится к энергетике. Способ получения электроэнергии осуществляет гармоничное комбинирование сил различной природы. Вместо стационарного генератора и динамики «рабочего тела» используют перемещение в «рабочей среде», в качестве которой выступает вода, «преобразователей-аккумуляторов» (контейнеров), в которых вследствие их перемещения - опускания на глубину и подъема на поверхность - преобразуются изменяющиеся внешние силовые параметры среды относительно «внутренних» «преобразователя-аккумулятора», и вследствие этого аккумулируется и фиксируется энергетический потенциал, который реализуется далее при подъеме «преобразователя-аккумулятора» на поверхность. Также предложено устройство для осуществления способа. Изобретение позволяет обеспечить получение электроэнергии экологически чистым способом. 2 н.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ получения электроэнергии на основе использования энергетического потенциала природной среды путем комбинирования и преобразования сил внешнего природного энергоносителя в электрическую энергию, заключающийся в том, что электрогенератор вследствие вращения его ротора за счет действия внешних сил генерирует электроэнергию, отличающийся тем, что ротор электрогенератора вращают движущиеся по замкнутому контуру контейнеры, при этом контейнеры через определенные пространственные интервалы связывают между собой и образуют из них замкнутый связанный контур, к каждому контейнеру прикрепляют груз, последовательно, по траектории, образующей замкнутый контур, опускают под действием веса контейнеры с грузом на глубину водоема, поднимают контейнеры из глубины водоема под действием выталкивающей силы воды, при этом на максимальной глубине от контейнеров осуществляют отделение и сброс груза, а объем контейнеров увеличивают путем химического преобразования в нем твердого вещества в горючее газообразное, на минимальной глубине осуществляют стравливание газа, находящегося в контейнере под давлением, при этом газ вращает ротор электрогенератора, производящего электроэнергию, а далее этот газ сжигают в газовой турбине, которая также вращает ротор электрогенератора производящего электроэнергию.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее электрогенератор, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены базовая платформа, совокупность грузовых контейнеров, цепная связь контейнеров, N контейнеров связки - с первого контейнера связки до N контейнера связки, крепление груза контейнеров - от крепления первого контейнера связки до крепления N контейнера связки, прикрепленный к соответствующему контейнеру связки грузовой контейнер - от первого грузового контейнера до N грузового контейнера, фиксаторы внутреннего объема каждого контейнера связки - от фиксатора первого контейнера связки до фиксатора N контейнера связки, затвор каждого контейнера связки - от затвора первого контейнера связки до затвора N контейнера связки, патрон с химическим реагентом каждого контейнера связки - от патрона первого контейнера связки до патрона N контейнера связки, передаточный механизм каждого контейнера связки - от передаточного механизма первого контейнера связки до передаточного механизма N контейнера связки, спусковой механизм газа каждого контейнера связки - от спускового механизма первого контейнера связки до спускового механизма N контейнера связки, ветротурбину, тепловую газовую турбину, коробку механических передач, при этом электрогенератор связан с базовой платформой, которая также связана с совокупностью грузовых контейнеров и цепной связью контейнеров, которая связана со всеми контейнерами связки - с первого контейнера связки по N контейнер связки, каждый контейнер связки связан с креплением грузового контейнера - от крепления первого контейнера связки по крепление N контейнера связки, каждое из которых также связано с совокупностью грузовых контейнеров и каждым грузовым контейнером, прикрепленным к каждому контейнеру связки - с первого грузового контейнера до N грузового контейнера, которые также связаны с цепной связью контейнеров, каждый контейнер связки связан с фиксаторами внутреннего объема контейнера - от фиксатора первого контейнера связки до фиксатора N контейнера связки, каждый фиксатор внутреннего объема контейнера связан с затвором контейнера связки - от затвора первого контейнера связки до затвора N контейнера связки, каждый затвор контейнера связки связан с патроном с химическим реагентом - от патрона первого контейнера связки до патрона N контейнера связки, каждый затвор контейнера связки также связан с передаточным механизмом контейнера связки - от передаточного механизма первого контейнера связки до передаточного механизма N контейнера связки, при этом каждый передаточный механизм контейнера связки связан с фиксатором внутреннего объема контейнера соответствующего контейнера связки, каждый фиксатор внутреннего объема контейнера и каждый контейнер связки связаны со спусковым механизмом газа - от спускового механизма первого контейнера связки до спускового механизма N контейнера связки, каждый спусковой механизм газа также связан с базовой платформой, которая связана с ветротурбиной, которая связана с тепловой газовой турбиной и коробкой механических передач, которая также связана с тепловой газовой турбиной, базовой платформой и электрогенератором.