ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОБСЛУЖИВАНИЯ ПОМЕЩЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК F22B33/18 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка заявляет приоритет и преимущество предварительной заявки на патент США №61/304403, поданной 13 февраля 2010 г., с названием «ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И РЕСУРСНАЯ НЕЗАВИСИМОСТЬ ПОЛНОГО СПЕКТРА», заявки на патент США №12/707651, поданной 17 февраля 2010 г., с названием «ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ», международной заявки №PCT/US10/24497, поданной 17 февраля 2010 г., с названием «ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ», заявки на патент США №12/707653, поданной 17 февраля 2010 г., с названием «УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НУКЛЕАЦИЕЙ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ», международной заявки №PCT/US10/24498, поданной 17 февраля 2010 г., с названием «УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НУКЛЕАЦИЕЙ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ», заявки на патент США №12/707656, поданной 17 февраля 2010 г., с названием «УСТРОЙСТВО И СПОСОБ СБОРА ГАЗА ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ», международной заявки №PCT/US10/24499, поданной 17 февраля 2010 г., с названием «УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ НУКЛЕАЦИЕЙ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ», и предварительной заявки на патент США №61/237476, поданной 27 августа 2009 г., с названием «ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА И ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОСТИ». Каждая из указанных заявок полностью включена в настоящее описание посредством ссылки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Мировая экономика зависит от энергии, вырабатываемой посредством ежегодного сжигания таких полезных ископаемых, как каменный уголь, природный газ и нефть, накопленных в недрах Земли за более чем миллион лет. Современные способы вырабатывания электричества посредством сжигания полезных ископаемых, а также посредством центральных электростанций, работающих на ядерном топливе, являются малоэффективными. Наибольшее количество электричества вырабатывается посредством генератора, приводимого в действие таким тепловым двигателем, как паровая турбина или газовая турбина, использующим в качестве топлива каменный уголь и в меньшей степени природный газ, нефть или ядерное топливо.

Формирование таких ископаемых углеводородов, как каменный уголь, нефть и природный газ, началось с фотосинтеза и происходило в период, длившийся от 60 до 500 миллионов лет тому назад. Биомасса, сформированная посредством фотосинтеза, имеет эффективность менее чем 1%, и лишь небольшое количество биомассы было анаэробно преобразовано в геологических условиях, в результате чего произошло сохранение горючих полезных ископаемых. Таким образом, сжигание ископаемого топлива на электростанции, которое должно иметь эффективность от 40% до 60%, фактически имеет эффективность, составляющую менее 0,5% от эффективности, получаемой от преобразования солнечной энергии в электричество.

Потребление горючих полезных ископаемых в огромных количествах позволило США стать мировым лидером в экономическом развитии. Сожжено приблизительно 200 миллиардов баррелей добываемой в пределах страны нефти и таких приблизительно равных энергетических эквивалентов, как природный газ и каменный уголь. Проживающие в США люди, количество которых составляет приблизительно 5% от количества населяющих земной шар людей, равного шести миллиардам, потребляют 25% от мировой нефтедобычи, однако запасы США выработаны и составляют всего 2% от суммарных мировых запасов. Производство природного газа отстает и не обеспечивает спроса, возросшего в связи с недостаточным уровнем нефтедобычи. В настоящее время каменный уголь перевозят на большие расстояния посредством железнодорожной дороги и пульпопроводов от разрабатываемых месторождений с целью соблюдения норм охраны окружающей среды.

Стареющие электростанции США импортируют ядерное топливо, и общие запасы топлива для ядерной цепной реакции деления уменьшаются в зависимости от запасов ископаемого углеводородного топлива. Для производства 95 квад энергии (1 квад соответствует 1,055×1018 Дж), ежегодно потребляемой в США, необходима работа более чем 1600 атомных электростанций. Таким образом, атомная энергия не является практичным вариантом.

Обычно, с целью воздушного и водяного отопления таких помещений, как жилые дома, офисные здания и производственные предприятия, приобретается электричество от центральных электростанций, работающих на таком органическом топливе, как природный газ или пропан. Обычно центральные электростанции теряют приблизительно 50-70% тепла, высвобождаемого посредством сжигания органического топлива, что неизбежно при выполнении термодинамических циклов, применяемых при энергоснабжении электричеством. Если бы в помещения могла поступать энергия, которая оказывается потерянной из-за удаленности центральных электростанций, то могли бы быть решены практически все задачи, связанные с воздушным и водяным отоплением, и это не повлекло бы за собой увеличения стоимости, загрязнения окружающей среды и истощения ресурсов, как это происходит сейчас при сжигании ископаемого топлива для обслуживания помещений.

Большая часть населения мира лишена того уровня жизни, который типичен для США, из-за высокой стоимости производства электроэнергии, водяного отопления и кондиционирования воздуха, когда эти виды услуг поступают от центральных электростанций или производятся посредством водонагревателей, работающих на сжиженном бензине или масле, или посредством электрических кондиционеров воздуха. Легко добываемые запасы органического топлива истощены, поэтому во всех государствах мира придается все большее значение вопросам экономии энергии.

Значительная часть населения мира страдает от несистематических или хронических болезней, порождаемых возбудителями, находящимися в воздухе и воде, а также порождаемых, в ряде случаев, такими неорганическими ядами, как радон, мышьяк и прочие тяжелые металлы. Причинами значительного ухудшения качества пищи или заражения пищевых продуктов являются нашествия грызунов и насекомых, а также неподходящие способы хранения пищевых продуктов, что в свою очередь является причиной болезней и недоедания. На практике оказалось, что решить эти проблемы крайне трудно.

С целью сохранения стабильности в сфере энергоснабжения необходимо в ближайшее десятилетие разработать эффективные источники энергии, иначе всемирная экономика столкнется с проблемой резкого падения производительности. Безнравственно мириться с трудностями, которые последуют без эффективной экономии ресурсов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1 частично показана принципиальная электрическая схема энергетической системы для помещений в соответствии с несколькими вариантами реализации настоящего изобретения.

На фиг.2 показан вид в поперечном разрезе трубы для отработанных газов в соответствии с несколькими вариантами реализации настоящего изобретения.

На фиг.3 частично показана принципиальная электрическая схема энергетической системы для помещений в соответствии с несколькими вариантами реализации настоящего изобретения.

На фиг.4 показан вид в поперечном разрезе резервуара, выполненного с возможностью его использования в энергетической системе, в соответствии с вариантами реализации настоящего изобретения.

На фиг.5 частично показана принципиальная схема энергетической системы в соответствии с несколькими вариантами реализации настоящего изобретения.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к энергетической системе для помещений, которая содержит внутренний резервуар и генератор, размещенный внутри указанного внутреннего резервуара. Указанный внутренний резервуар содержит первую текучую среду, окружающую по меньшей мере часть указанного генератора, причем указанный генератор выполнен с возможностью вырабатывания электричества с целью технического обеспечения помещений. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, указанная энергетическая система содержит внешний резервуар, содержащий по меньшей мере часть указанного внутреннего резервуара, который по меньшей мере частично погружен во вторую текучую среду, и выпускной канал, выполненный с возможностью соединения с генератором с целью приема отработанных газов из указанного генератора. Указанный выпускной канал выполнен с возможностью его прохождения через вторую текучую среду с целью обмена теплом между указанными отработанными газами и указанной второй текучей средой. Кроме того, указанная энергетическая система может содержать выпускной патрубок для текучей среды, выполненный с возможностью соединения с внешним резервуаром с целью доставки нагретой второй текучей среды из указанного внешнего резервуара для ее использования в помещениях.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу подачи энергии в помещения. Указанный способ содержит управление двигателем, размещенным внутри первого резервуара, содержащего первую текучую среду. Указанная первая текучая среда выполнена с возможностью поглощения энергии из указанного двигателя в форме по меньшей мере одной из акустической, вибрационной и тепловой энергий. Кроме того, указанный способ содержит прохождение отработанных газов из указанного двигателя через выпускной канал и содержит обмен теплом между указанными отработанными газами и указанной второй текучей средой, содержащейся во втором резервуаре. По меньшей мере часть первого резервуара погружена в указанную вторую текучую среду, содержащуюся во втором резервуаре. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, указанная вторая текучая среда выполнена с возможностью поглощения энергии из указанной первой текучей среды, содержащейся в первом резервуаре.

Кроме того, настоящее изобретение относится к энергетической системе, содержащей двигатель и генератор для вырабатывания электричества и тепла, и линию вывода отработанных газов, выполненную с возможностью приема отработанных газов из указанного двигателя. Кроме того, указанная система содержит резервуар для хранения текучей среды, через который проходит указанная линия вывода отработанных газов с целью обмена теплом с указанной текучей средой в указанном резервуаре. Кроме того, указанная система содержит коллектор конденсата для собирания воды, сконденсированной в указанной линии вывода отработанных газов, и теплообменник, выполненный с возможностью соединения с указанным резервуаром для хранения текучей среды и с возможностью приема указанной текучей среды из указанного резервуара и доставки тепла из указанной текучей среды в помещения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящая заявка включает по ссылке во всей ее полноте объект предварительной заявки на патент США №60/626021, поданной 9 ноября 2004 г., с названием «МНОГОТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ХРАНЕНИЯ, ДОЗИРОВАНИЯ И ЗАЖИГАНИЯ» (Дело №69545-8013US) и предварительной заявки на патент США №61/153253, поданной 17 февраля 2009 г., с названием «ЭНЕРГИЯ ПОЛНОГО СПЕКТРА» (Дело №69545-8001US). Кроме того, настоящая заявка включает по ссылке во всей полноте объект каждой из нижеследующих заявок на патент США, поданных одновременно с этим документом 16 августа 2010 г., с названиями: «СПОСОБЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ТЕКУЧИХ СРЕД» (Дело №69545-8003US); «КОМПЛЕКСНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАТРАТ АУТОГЕННЫХ СИСТЕМ И ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ, МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ И РЕЖИМОВ НУТРИЕНТОВ» (Дело №69545-8025US); «ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ И СПОСОБ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ» (Дело №69545-8026US); «УСТОЙЧИВОЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ ПОСРЕДСТВОМ ИНТЕГРИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА ОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ, МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ И РЕЖИМОВ НУТРИЕНТОВ» (Дело №69545-8040US); «СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ПОСРЕДСТВОМ ИНТЕГРИРОВАННОГО ПОЛНОГО ПРОИЗВОДСТВА ОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ» (Дело №69545-8041US); «УСТОЙЧИВОЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ ПОСРЕДСТВОМ ИНТЕГРИРОВАННОГО ПОЛНОГО ПРОИЗВОДСТВА ОБНОВЛЯЕМЫХ МАТЕРИАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ» (Дело №69545-8042US); «СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДОПОЛНЕННОЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ОКЕАНА» (Дело №69545-8044US); «СИСТЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ГИДРАТА ГАЗА ДЛЯ СБОРА УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГИДРАТНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ» (Дело №69545-8045US); «УСТРОЙСТВА И СПОСОБЫ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И/ИЛИ ФИЛЬТРАЦИИ ВЕЩЕСТВА» (Дело №69545-8046US); «МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ» (Дело №69545-8048US); и «АРМИРОВАННЫЕ ИЗНУТРИ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ КОНСТРУКЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ И СООТВЕТСТВУЮЩИЕ СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ» (69545-8049US).

Детали, размеры, углы, формы и прочие характеристики, показанные на чертежах, только иллюстрируют конкретные варианты реализации настоящего изобретения. Соответственно, варианты реализации могут содержать другие детали, размеры, углы и характеристики без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Кроме того, для специалиста в данной области техники очевидно, что возможны различные варианты реализации настоящего изобретения.

Использование в настоящем описании таких фраз, как «один вариант реализации» или «вариант реализации» означает, что конкретный признак или конкретная характеристика в связи с указанным вариантом реализации включена по меньшей мере в один вариант реализации настоящего изобретения. Таким образом, использование в настоящем описании фраз «в соответствии с одним вариантом реализации» или «в соответствии с вариантами реализации» означает, что все описываемые признаки или характеристики не обязательно относятся к одному и тому же варианту реализации. Кроме того, конкретные признаки или характеристики могут быть соответствующим образом скомбинированы в одном или нескольких вариантах реализации. Заголовки, предложенные в настоящем описании, носят иллюстративный характер и не отражают объем и значение настоящего описания и формулы изобретения.

На фиг.1 показана энергетическая система 100 в соответствии с несколькими вариантами реализации настоящего изобретения. Энергетическая система 100 содержит двигатель 110 и генератор 112, размещенный внутри внутреннего резервуара 114. Двигатель 110 может содержать топливопровод 118 и воздухозаборник 120, которые выходят из внутреннего резервуара 114 с целью подачи таких необходимых материалов, как топливо и воздух, в двигатель 110. Топливопровод 118 может содержать соответствующий клапан 118а и регулятор 118b расхода, и прочее оборудование для управления расходом топлива. Дополнительные подробности, касающиеся оборудования для подачи топлива и управления расходом топлива, раскрыты в одновременно находящейся на рассмотрении заявке на патент США №09/128673, с названием «СИСТЕМА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ» и полностью включенной в настоящий документ. Воздухозаборник 120 может содержать трубку 120а, проходящую по направлению вверх, и воздушный фильтр 120b на конце трубки 120а. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, двигатель 110 содержит двигатель 110 внутреннего сгорания. Двигатель 110 и генератор 114 могут содержать маховик для старта и стабилизации вращения двигателя 110 и для вырабатывания электричества после того, как двигатель 110 достигнет заданной рабочей скорости. Двигатель 110 и генератор 112 выполнены с возможностью вырабатывания энергии в форме электричества для жилого помещения или другого небольшого помещения, среднего по масштабу потребления, например склада или магазина. Инвертор 115 выполнен с возможностью приема электричества из генератора 112 и преобразования указанного электричества в соответствующий формат с целью использования указанными помещениями. Внутренний резервуар 114 может содержать цилиндрические стенки 114а, проходящие над двигателем 110 по направлению вверх. Внутренний резервуар 114 может содержать отверстие 114b сверху внутреннего резервуара 114, которое может содержать верхнюю стенку (не показана) или иную крышку над отверстием 114b.

Внутренний резервуар 114 выполнен с возможностью его наполнения (или значительного наполнения) текучей средой 116, например соответствующей текучей средой с низким давлением газов. Например, в качестве текучей среды 116 может быть использовано высокотемпературное кремнийорганическое соединение, фторуглерод, или соответствующий эвтектический раствор (или его смесь), чем может быть обеспечено ослабление шума и теплопередача. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, текучая среда 116 может содержать самозатухающую текучую среду или огнеупорную текучую среду, способную выводить отработанную текучую среду или протекшее топливо или смазку из двигателя 110 на поверхность текучей среды 116 с целью удаления из системы 100. Кроме того, текучая среда 116 может содержать диэлектрическую текучую среду для обеспечения дополнительной изоляции проводов высокого напряжения от генератора 112 и сопутствующих схем и кабельной разводки. Кроме того, текучая среда 116 может содержать гексафторид серы, песок, алюминиевые или стальные шарики, гидроксид калия или другие среды, чем обеспечено ослабление шума и улучшенная огнеупорность системы в сборе посредством принудительного вытеснения протечных газов, посредством тушения вытеснением воздуха или других оксидантов и посредством обеспечения возможности резкого охлаждения. Термин «текучая среда», используемый в настоящем описании, включает жидкости и твердые частицы, например песок или металлические шарики. В соответствии с вариантами реализации, в которых предусмотрено использование твердых частиц, могут быть использованы твердые частицы смешанных размеров, пригодные для прохождения через зазоры и отверстия различных размеров внутри внутреннего резервуара 114.

Внутренний резервуар 114 выполнен с возможностью его размещения внутри внешнего резервуара 150, который может быть наполнен текучей средой 152. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, текучей средой 152 является питьевая вода. Внешний резервуар 150 может быть изготовлен из облицованного полимером композита, который армирован посредством высокопрочного стекловолокна, углерода или полимерной навивки. Благодаря этой конструкции резервуар 150 является по существу изолированным и коррозионно-стойким и имеет очень долгий срок службы. Внешний резервуар 150 может содержать впускной патрубок 154 в нижней части внешнего резервуара 150 и выпускной патрубок 156 в верхней части внешнего резервуара 150. Двигатель 114 может содержать выпускной канал 158, соединенный с теплообменной трубой 160. Труба 160 выполнена с возможностью ее размещения во внешнем резервуаре 150 в форме витков спирали или другой соответствующей конфигурации с целью передачи тепла от отработанных газов внутри трубы 160 текучей среде 152 внутри внешнего резервуара 150. В соответствии с вариантом реализации, проиллюстрированном на фиг.1, труба 160 спирально намотана вокруг по существу вертикальной оси внутри по существу цилиндрического внешнего резервуара 150. В соответствии с другими вариантами реализации возможны иные формы размещения с целью достижения соответствующего уровня теплообмена между отработанными газами внутри трубы 160 и текучей средой 152 внутри внешнего резервуара 150.

Кроме того, внешний резервуар 150 может содержать коллектор 162 конденсата на выходе из трубы 160 для собирания конденсата 161 из указанных отработанных газов. В соответствии с вариантами реализации, в которых двигатель 110 выполнен с возможностью использования водорода в качестве топлива, из каждого фунта водорода, используемого в качестве топлива в двигателе 110, вырабатывается приблизительно девять фунтов дистиллированной воды высокого качества. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, двигатель 110 выполнен с возможностью вырабатывания воды и тепла согласно уравнениям 1 и 2, которые представлены ниже:

H2+1/2O2->H2O+ТЕПЛО1 Уравнение 1

1 фунт водорода + 8 фунтов кислорода->9 фунтов воды Уравнение 2

В соответствии с другими вариантами реализации, используют такое углеводородное топливо, как горючий спирт, сжиженный бензин, нефтяное топливо, метан, вырабатываемый из сточных вод, бытовых отходов, сельскохозяйственных отходов и других источников. Вода может быть сконденсирована из продуктов сгорания, как это проиллюстрировано процессами, обобщенными в Уравнениях 3 и 4.

HxCy+y02->xH2O+yCO2+ТЕПЛО3 Уравнение 3

CH4+2O2->2H2O+CO2+ТЕПЛО4 Уравнение 4

Во многих регионах мира причинами серьезного падения производительности, а также бедности и нищеты являются хронические заболевания и укороченная длительность жизни, которые вызваны плохим качеством воды. Сбор воды из продуктов сгорания в процессе преобразования энергии чрезвычайно важен для оказания помощи регионам, в которых наблюдается рост заболеваний, передаваемых посредством воды, или в которых грунтовая вода непригодна из-за наличия в ней мышьяка, свинца, радона и других неорганических ядовитых веществ. Система 100 выполнена с возможностью безопасного сбора приблизительно одного галлона чистой воды из одного фунта водорода, используемого в качестве топлива в топливном элементе или двигателе во множестве случаев использования энергии, что значительно улучшает качество жизни при одновременной экономии энергоресурсов.

Благодаря схеме расположения внутреннего резервуара 114 и внешнего резервуара 150 энергия от двигателя 110 оказывается заключенной в резервуарах 114, 150 и переданной текучим средам 116, 152 в указанных резервуарах. Внешний резервуар 150 представляет собой резервуар, например цилиндр, или цилиндр с перегородками, или резервуар с ребрами для передачи тепла внутри и/или снаружи, или резервуар с приспособлениями для подавления конвекционного потока нагретых текучих сред в резервуаре 150. Вследствие этого тепло, шум и вибрация по существу не передаются вовне системы 100, но используются для нагревания и/или повышения давления текучей среды 152 внутри внешнего резервуара 150. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, текучей средой 152 является горячая питьевая вода, которая может быть использована в помещениях. Выпускной патрубок 156 выполнен с возможностью соединения с соответствующими отверстиями трубопроводов в помещениях. Выпускной патрубок 156 может содержать датчик (не показан), выполненный с возможностью приведения указанного патрубка в действие с целью стравливания давления из внешнего резервуара 150, если давление или температура достигают пороговых значений.

Посредством использования системы 100 возможно получение некоторых взаимоусиливающих и особенно выгодных результатов. Например, тепловая и вибрационная энергия, вызываемая импульсным сгоранием, а также шумом, оказывается по существу поглощенной в виде тепла в текучей среде 152 для продуктивного использования. Кроме того, при использовании некоторых процессов сгорания возможно получение большого количества воды из отработанных газов. Система 100 выполнена с возможностью сбора этой воды, которая по существу чистая и пригодная, с целью продуктивного использования. Указанные преимущества относятся к двигателям практически любого типа, включая двигатели внутреннего сгорания и топливные элементы. Двигатель 110 может представлять собой топливный элемент, производящий воду, которая таким же образом оказывается собранной, и шум, который таким же образом оказывается поглощенным, в текучей среде 152.

На фиг.2 показан вид в поперечном разрезе теплообменной трубы 160. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, труба 160 представляет собой сплющенную трубу 160. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, внешний резервуар 150 содержит ребра или каналы, которые по существу повторяют траекторию размещения трубы 160 в резервуаре 150. Таким образом, течение от впускного патрубка 154 к выпускному патрубку 156 может идти против траектории движения отработанных газов внутри трубы 160. Соответственно, такие размеры, как ширина (w) и высота (h) могут варьироваться по мере необходимости с целью гарантии того, что вода на впуске не идет по конвекционной или другой траектории, а идет в направлении обратного течения, соответствующего теплообмену.

В соответствии с некоторыми вариантами реализации, труба 160 представляет собой изогнутую трубу, имеющую поперечное сечение серповидной формы, в котором средняя часть согнута по направлению вверх с целью облегчения направления потока нагретой и таким образом расширенной воды, чтобы она удерживалась внутри согнутой нижней части трубы 160 посредством сил выталкивания. Труба 160 выполнена с возможностью ее размещения внутри внешнего резервуара 150, причем указанная труба 160 выполнена в виде спиральных витков внутри резервуара 150; кроме того, в резервуаре 150 предусмотрена траектория обратного течения, вдоль которой текучая среда 152 проходит от впускного патрубка 154 к выпускному патрубку 156. Такая схема расположения повышает эффективность указанной системы и позволяет текучей среде 152 достичь надежной и соответствующей температуры в выпускном патрубке 156.

На фиг.3 показана система 200 в соответствии с несколькими вариантами реализации настоящего изобретения. Система 200 содержит двигатель 210 и генератор 212. Двигатель 210 может представлять собой двигатель внутреннего сгорания, топливный элемент, или иной двигатель соответствующего типа. Двигатель 210 содержит входные линии 210а, предусмотренные для подачи в двигатель 210 таких материалов, как топливо, воздух, водород или иной соответствующий материал, с целью их использования в двигателе 210. Топливо может подаваться через входные линии 210а, как описано в одновременно находящейся на рассмотрении заявке на патент с названием «ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И РЕСУРСНАЯ НЕЗАВИСИМОСТЬ ПОЛНОГО СПЕКТРА», упомянутой выше и полностью включенной в настоящий документ посредством ссылки. Генератор 212 выполнен с возможностью соединения с двигателем 210 с целью преобразования энергии от двигателя 210 в электричество. Система 200 может содержать инвертор 212а и другое соответствующее электрооборудование 212b, например кабельную разводку, электролизеры, батареи, конденсаторы и т.п., с целью доставки электричества от генератора 212 в помещения.

Кроме того, система 200 может содержать линию 214 вывода отработанных газов, теплообменник 215 и термокамеру 216. Теплообменник 215 выполнен с возможностью передачи тепла от линии для отработанных газов в термокамеру 216. Термокамера 216 может содержать несколько термокамер каскадирующих уровней нагрева, соединенных посредством сети теплообменников. Например, термокамера 216 может содержать первую термокамеру 216а, выполненную с возможностью приема тепла отработанных газов в первую очередь; вторую термокамеру 216b, выполненную с возможностью приема тепла от первой термокамеры 216b; и третью термокамеру 216с, выполненную с возможностью приема тепла от второй термокамеры 216с. Воздух в термокамере 216 может быть распределен между несколькими термокамерами 216a, 216b и 216c через ряд клапанов и регуляторов 217. Первая термокамера 216а выполнена с возможностью ее использования для приготовления пищи при максимально высоких температурах, например в качестве печи для пиццы. Вторая термокамера 216b выполнена с возможностью ее использования для приготовления пищи при более низких температурах, и третья термокамера 216с выполнена с возможностью ее использования в качестве печи для приготовления пищи при еще более низких температурах, например, для сушки или заготовки пищевых продуктов. По меньшей мере одна из термокамер 216 может содержать микроволновую печь. Термокамера 216 может содержать высушивающий фильтр (не показан) для высушивания воздуха внутри микрокамеры 216. Высушивающий фильтр выполнен с возможностью его периодического восстановления с использованием горячих отработанных газов из двигателя 210. Полезным и оздоровительным, а также экономичным способом консервирования пищевых продуктов, их компактного хранения является сушка фруктов, мяса и овощей. Посредством использования системы 200 возможна быстрая сушка и заготовка пищевых продуктов, осуществляемая без воздействия переносчиков инфекций.

Кроме того, система 200 содержит резервуар 220, через который линия 214 вывода отработанных газов проходит к нагретой текучей среде, например к воде, в резервуаре 220, после того, как отработанные газы проходят через микрокамеру 216. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, для конструкции теплообменника 215 и трубы 214 возможно использование соответствующего коррозионностойкого материала, например нержавеющей стали. К альтернативным материалам для теплообменника 215 относятся высокотемпературные полимеры, которые обеспечивают экономически эффективные антикоррозионные преимущества. Труба 214 может быть изготовлена из полиэстера, кремнийорганического соединения и/или фторполимеров. Линия 214 вывода отработанных газов и резервуар 220 могут быть расположены по существу аналогично системе 100, которая описана выше со ссылкой на фиг.1. Система 200 может содержать коллектор 221 конденсата вблизи выпускного канала. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, например, в которых приоритетом являются ослабление шума, теплового воздействия и вибрации, двигатель 210 и генератор 212 размещены внутри внутреннего резервуара (не показан), который в свою очередь размещен внутри резервуара 220 по существу так же, как в системе 100, описанной в связи с фиг.1. Текучей средой в резервуаре 220 может быть питьевая вода, которую используют для питья, купания, мытья и т.п. внутри вышеупомянутых помещений. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, вода (или другая текучая среда) может быть использована, помимо прочего, для обогрева указанных помещений. Резервуар 220 может содержать выпускной патрубок 222, соединенный с теплообменником 224, включающим группу трубопроводов, проходящую через стены, потолок и пол помещений. Указанные помещения могут содержать изоляцию между теплообменником 224 и внешней поверхностью помещений, но могут быть выполнены с возможностью передачи тепла во внутреннюю часть помещений. Вода может возвращаться из теплообменника 224 в резервуар 220 или она может быть использована в помещениях в качестве питьевой воды. Резервуар 220 может быть сконструирован так, чтобы производить и поддерживать наиболее горячую воду в верхней части резервуара 220 и наиболее холодную воду в нижней части резервуара 220 посредством подавления или предотвращения смешивания благодаря импульсу входящей воды и/или конвекционных потоков.

Существующие способы технического обеспечения помещений могут быть в значительной степени усовершенствованы посредством способов использования тепла при многоуровневых температурах, в том числе при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания или высокотемпературных топливных элементов, при термохимической рекуперации первичных видов топлива в виды топлива, дающие большее количество энергии, при теплообмене для приготовления пищи, при сушке пищевых продуктов, при нагревании воды и при использовании нагретой воды в системе змеевика с вентиляторным обдувом или в системе подогрева пола. Общая эффективность использования энергии оказывается увеличенной по сравнению с эффективностью способов, применяемых в настоящее время. Неотъемлемым преимуществом является энергетическая безопасность, а также возможность гарантированного получения питьевой воды, ее пастеризации или стерилизации.

На фиг.4 показан вид в поперечном разрезе резервуара 300 в соответствии с несколькими вариантами реализации настоящего изобретения. Резервуар 300 может быть изготовлен из металла или полимера, например из поливинилиденфторида или перфлуороалкокси-соединения. Резервуар 300 может содержать центральный ствол 310, который может быть полым или цельным и в свою очередь может содержать осевой трубчатый элемент 314. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, канал ствола 310 выполнен с возможностью его использования в качестве центрального прохода для соединения соответствующих питающих трубок с целью перекачивания и откачивания в/из различных мест внутри энергетических систем 100 и 200, а также во внешние места назначения. Спиралевидная труба 312 выполнена с возможностью ее прохождения вокруг ствола 310 внутри резервуара 300. На фиг.4 показана труба 312 для понимания сущности в виде линии, однако следует понимать, что труба 312 может иметь любую соответствующую форму при ее размещении внутри резервуара 300. Спиралевидная форма трубы 312 усиливает резервуар 300 изнутри. Резервуар 300 может быть легко изготовлен путем формирования полимерной спиралевидной трубы, как показано на фиг.4 (который может быть размещен вокруг ствола 310 и соединен с ним или не размещен вокруг ствола 310 и не соединен с ним). На наружные поверхности трубы 312 может быть способом термоформования наложена и приклеена к ним непроницаемая прокладка 316. Резервуар 300 может содержать внешний оберточный материал 318, выполненный из стекловолокна, упорядоченного полиолефина, упорядоченного полиэстера и/или графитового волокна в таком соответствующем отверждаемом материале, как эпоксидная смола. В тех вариантах реализации, в которые включен центральный ствол 310, использованы такие концевые элементы жесткости, как конформные компоненты 320 и 322, выполненные с возможностью обеспечения осевого распределения нагрузки и обеспечения армирования, а также с возможностью обеспечения приспособлений для монтажа. Посредством приклеивания ствола 310 к компонентам 320 и 322 или посредством передачи нагрузки с помощью резьбовых или аналогичных соединений обеспечено осевое арретирование напряжений в резервуаре 300.

На фиг.5 показана энергетическая система 400 для жилых помещений или иных небольших помещений в соответствии с несколькими вариантами реализации настоящего изобретения. Система 400 содержит солнечные батареи 402, выполненные с возможностью приема солнечной энергии и преобразования указанной энергии в тепло и электричество для помещений. Указанное тепло может быть извлечено из солнечных батарей 402 посредством такой рабочей текучей среды, как воздух и/или вода, посредством прохождения указанной текучей среды от первого магистрального трубопровода 404а ко второму магистральному трубопроводу 404b. Кроме того, система 400 может содержать двигатель 410 и генератор 412 аналогично системам 100 и 200, описанным выше. Отработанные газы из двигателя 410 и генератора 412 могут быть переданы в теплообменник 414 внутри контейнера 416. Контейнер 416 представляет собой любое пространство, в котором может быть использовано тепло отработанных газов, в том числе печь или отопительное устройство для помещений. Теплообменник 414 выполнен с возможностью использования им противоточного воздуха посредством перемещения двух текучих сред друг против друга, как показано стрелками 414а. В соответствии с другими вариантами реализации, отработанные газы проходят через термический накопительный резервуар 418. Термический накопительный резервуар 418 может содержать среду 419 с большой удельной теплоемкостью и/или вещество фазового перехода, например глауберову соль (Na2SO4·10H2O) или парафин для обогрева или охлаждения текучей среды, адаптивно циркулирующей в термическом накопительном резервуаре 418. Магистральные трубопроводы 404а, 404b выполнены с возможностью направления тепла от солнечных батарей 402 в термический накопительный резервуар 418 с целью дальнейшего использования в других местах.

Система 400 может содержать резервуар 430 и трубы 432 для отработанных газов, проходящие через резервуар 430, и коллектор 434 конденсата, аналогичный системам 100, 200, которые описаны выше со ссылкой на фиг.1 и 3. Текучая среда в резервуаре 430 при необходимости может быть нагрета от отработанных газов из двигателя 410 или от термического накопительного резервуара 418. Резервуар 430 может содержать катушки 431 для аккумулирования тепла, окружающие резервуар 430. Горячая текучая среда в резервуаре 430 может с циклическим повторением подаваться в теплообменник 440 на полу или на стене помещения с целью нагревания указанного помещения перед возвратом в резервуар 430. Система 400 может содержать контроллер 420, обеспечивающий управление двигателем 410 и/или генератором 412, и датчики, принимающие информацию о температуре и/или влажности. Контроллер 420 выполнен с возможностью адаптивного управления циркуляцией рабочих текучих сред в различных частях системы 400. Кроме того, система 400 может содержать геотермическое накопительное возвратное колено 442, которое проходит под поверхностью земли, где температуры в общем более умеренные, чем на поверхности земли. Текучая среда в возвратном колене 442 может быть приведена в движение посредством насоса 444 или другого соответствующего нагнетательного оборудования. Теплообменник 440 выполнен с возможностью передачи тепла в возвратное колено 442, которое выполнено с возможностью передачи указанного тепла в геотермический накопитель под поверхностью земли. Система 400 выполнена с возможностью приведения в циркуляционное движение воды из скважины или воды, охлажденной в теплообменнике (не показано), который зарыт в землю и находится на достаточной глубине, чтобы позволить воде, циркулирующей в теплообменнике 440, достичь средней годовой температуры воздуха. На большинстве континентов зона насыщения водоносных пластов грунтовых вод остается очень близкой к средней годовой температуре воздуха плюс один градус для каждых 80 покрывающих пластов к указанной поверхности. В течение холодных месяцев года эта грунтовая вода более теплая, чем температура окружающего воздуха. В течение теплых месяцев года указанная грунтовая вода обычно на 20-40°F холоднее, чем температура окружающего воздуха, и вполне может служить теплопоглотителем для охлаждения помещений. Аналогичным образом на территориях вблизи глубоких океанических вод часто обнаруживается, что холодная вода из глубин океана вполне может служить для охлаждения помещений.

В настоящем описании, если по контексту, очевидно, не требуется иного, слово «содержать» и такие его формы, как «содержит» и «содержащий», следует истолковывать во включающем смысле, а не в исключающем и не в исчерпывающем смысле; иными словами, в смысле «включая, но не ограничиваясь этим». Слова, используемые в единственном или множественном числе, включают соответственно множественное и единственное число. Когда в формуле изобретения использовано слово «или» по отношению к перечню из одной или более позиций, это слово покрывает все интерпретации указанного слова: любую позицию в указанном перечне, все позиции в указанном перечне, любую комбинацию позиций в указанном перечне.

Различные варианты реализации, описанные выше, могут быть скомбинированы для образования других вариантов реализации. Все патенты США, публикации заявок на патенты США, заявки на патенты США, иностранные патенты, заявки на иностранные патенты и беспатентные публикации, упоминаемые в настоящем описании и/или внесенные в список данных, относящихся к настоящей заявке, включены в настоящий документ по ссылке во всей их полноте. Аспекты настоящего изобретения при необходимости могут быть изменены с целью использования топливных инжекторов и запальных устройств различных конфигураций, и посредством концепций различных патентов, заявок и публикаций могут быть предложены и другие варианты реализации настоящего изобретения.

Эти и другие изменения могут быть осуществлены в соответствии с вышеизложенным подробным описанием. В общем смысле термины, используемые в нижеследующей формуле изобретения, не должны быть истолкованы с целью ограничения настоящего изобретения до конкретных вариантов реализации, раскрытых в настоящем описании и формуле изобретения, но должны быть истолкованы с целью включения всех систем и способов, описанных в соответствии с пунктами формулы изобретения. Соответственно настоящее изобретение не ограничено настоящим описанием, и объем настоящего изобретения следует определять широко посредством нижеследующей формулы изобретения.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах и способах для передачи энергии в помещении. Двигатель размещен внутри внутреннего резервуара, который в свою очередь размещен внутри внешнего резервуара. Указанный двигатель выполнен с возможностью вырабатывания электричества с целью его использования в помещениях. Отработанные газы из указанного двигателя проходят через теплообменные трубы внутри внешнего резервуара с целью нагревания питьевой воды внутри указанного внешнего резервуара. Питьевая вода входит в указанный резервуар через нижнюю часть указанного резервуара и нагревается по мере того, как она поднимается через указанный внешний резервуар по направлению к выпускному патрубку вблизи верхней части указанного внешнего резервуара. Через верхнюю часть указанного внешнего резервуара горячая питьевая вода подается в помещение. Конденсат из указанных отработанных газов собирается и используется в качестве питьевой воды. Тепло, вибрация и акустическая энергия из указанного двигателя собираются посредством текучей среды во внутреннем резервуаре и передаются во внешний резервуар. Изобретение позволяет повысить эффективность при использовании энергии и добиться экономии энергоресурсов. 3 н. и 34 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Энергетическая система для помещений, содержащая
внутренний резервуар;
генератор внутри внутреннего резервуара, причем внутренний резервуар содержит первую текучую среду, окружающую по меньшей мере часть генератора, который выполнен с возможностью вырабатывания электричества для указанных помещений;
внешний резервуар, содержащий по меньшей мере часть внутреннего резервуара, который по меньшей мере частично погружен во вторую текучую среду;
выпускной канал, выполненный с возможностью соединения с генератором для приема отработанных газов из генератора, причем выпускной канал проходит через вторую текучую среду для обмена теплом между отработанными газами и второй текучей средой; и
выпускной патрубок для текучей среды, выполненный с возможностью соединения с внешним резервуаром для доставки нагретой второй текучей среды из внешнего резервуара для ее использования в указанных помещениях.

2. Энергетическая система по п.1, в которой текучая среда во внешнем резервуаре содержит питьевую воду.

3. Энергетическая система по п.1, в которой первая текучая среда содержит по меньшей мере одно из таких веществ, как высокотемпературное кремнийорганическое соединение, фторуглерод, эвтектический раствор, самозатухаяющая текучая среда, диэлектрическая текучая среда, гексафторид серы, песок, гидроксид калия или металлические шарики.

4. Энергетическая система по п.1, в которой выпускной канал содержит выпускное отверстие и коллектор текучей среды, выполненный с возможностью сбора воды из отработанных газов.

5. Энергетическая система по п.1, дополнительно содержащая
топливопровод, выполненный с возможностью подачи топлива в генератор;
воздухозаборник, выполненный с возможностью подачи воздуха в генератор, причем генератор содержит двигатель внутреннего сгорания; и
впускной патрубок во внешний резервуар, размещенный в нижней части внешнего резервуара.

6. Энергетическая система по п.1, в которой выпускной канал содержит спиралевидную трубу, проходящую через внешний резервуар.

7. Энергетическая система по п.1, в которой выпускной канал содержит удлиненную трубу, имеющую поперечное сечение серповидной формы с целью улучшения передачи тепла от отработанных газов второй текучей среде.

8. Энергетическая система по п.1, в которой
внешний резервуар содержит по существу цилиндрический вертикальный резервуар;
причем внутренний резервуар в целом размещен в центральной части внутри внешнего резервуара вблизи верхней части внешнего резервуара; а
выпускной канал содержит удлиненную трубу, проходящую спиралеобразно вокруг оси, по меньшей мере в целом параллельной цилиндрическому вертикальному внешнему резервуару.

9. Энергетическая система по п.1, в которой внутренний резервуар содержит верхнее отверстие, а газы из первой текучей среды перемещаются по направлению к поверхности первой текучей среды и наружу через верхнее отверстие.

10. Энергетическая система по п.1, в которой выпускной патрубок для текучей среды дополнительно содержит датчик давления, выполненный с возможностью выпуска части второй текучей среды из внешнего резервуара при достижении давлением внутри внешнего резервуара пороговой величины.

11. Энергетическая система по п.1, в которой внутренний резервуар выполнен с возможностью поглощения тепла, вибрации и акустической энергии из генератора и с возможностью передачи второй текучей среде энергии в виде тепла.

12. Энергетическая система по п.1, в которой генератор выполнен с возможностью приема энергии из двигателя и с возможностью накапливания по меньшей мере части указанной энергии в маховике.

13. Энергетическая система по п.1, дополнительно содержащая солнечную батарею и теплообменник, выполненный с возможностью удаления тепла из указанной солнечной батареи и с возможностью передачи указанного тепла второй текучей среде.

14. Энергетическая система по п.1, дополнительно содержащая теплообменник, выполненный с возможностью приема второй текучей среды и с возможностью передачи тепла из указанной второй текучей среды помещениям.

15. Энергетическая система по п.14, в которой теплообменник содержит группу трубопроводов, выполненных с возможностью прохождения через них второй текучей среды, причем указанная группа трубопроводов размещена во внутренней поверхности указанных помещений.

16. Энергетическая система по п.1, в которой выпускной канал содержит трубу, имеющую спиралевидную форму, и в которой внешний резервуар содержит крышку, перекрывающую внешнюю периферию указанной спиралевидной формы.

17. Энергетическая система по п.16, в которой указанная крышка изготовлена по меньшей мере из такого одного материала, как стекловолокно, упорядоченный полиолефин, упорядоченный полиэстер и графитовое волокно в соответствующей термоотверждающейся эпоксидной смоле.

18. Энергетическая система по п.1, дополнительно содержащая термический накопительный резервуар, выполненный с возможностью приема тепла из отработанных газов и с возможностью хранения указанного тепла, причем термический накопительный резервуар выполнен по меньшей мере из одного из таких веществ, как глауберова соль (Na2SO4·10H2O) или парафин.

19. Энергетическая система по п.1, в которой выпускной канал выполнен с возможностью передачи термокамере тепла из отработанных газов.

20. Энергетическая система по п.19, в которой термокамера содержит термокамеры, которые соединены посредством сети теплообменников, выполненной с возможностью обмена теплом между указанными термокамерами.

21. Способ передачи энергии в помещения, содержащий
управление двигателем, размещенным внутри первого резервуара, содержащего первую текучую среду, которая выполнена с возможностью поглощения энергии из указанного двигателя в форме по меньшей мере одного из таких видов энергий, как акустическая, вибрационная и тепловая энергия;
проведение отработанных газов из указанного двигателя через выпускной канал; и
обмен тепла между отработанными газами и второй текучей средой, размещенной внутри второго резервуара, причем по меньшей мере часть первого резервуара погружена во вторую текучую среду внутри второго резервуара, а вторая текучая среда выполнена с возможностью поглощения энергии из первой текучей среды внутри первого резервуара.

22. Способ по п.21, в котором вторая текучая среда содержит питьевую воду, причем указанный способ дополнительно содержит дозирование питьевой воды из второго резервуара после обмена тепла между отработанными газами и питьевой водой.

23. Способ по п.21, в котором управление двигателем содержит запуск генератора, выполненного с возможностью вырабатывания электричества для помещений.

24. Способ по п.21, в котором двигатель содержит двигатель внутреннего сгорания.

25. Способ по п.21, в котором двигатель содержит солнечную батарею.

26. Способ по п.21, дополнительно содержащий передачу тепла из второй текучей среды помещениям.

27. Способ по п.26, в котором передача тепла из второй текучей среды помещениям содержит
перекачивание нагретой второй текучей среды из второго резервуара через группу трубопроводов вблизи внутренней поверхности помещений, так что тепло из второй текучей среды оказывается переданным указанным помещениям; и
возврат второй текучей среды во второй резервуар после передачи тепла второй текучей средой указанным помещениям через внутреннюю поверхность указанных помещений.

28. Способ по п.21, дополнительно содержащий циклирование второй текучей среды из второго резервуара в геотермический накопитель.

29. Способ по п.21, дополнительно содержащий выпуск газов из первого резервуара во внешнюю окружающую среду.

30. Способ по п.21, дополнительно содержащий сбор водяного конденсата из отработанных газов.

31. Способ по п.21, дополнительно содержащий
энергоснабжение внешнего устройства посредством двигателя; и
передачу тепла из указанного внешнего устройства второй текучей среде во втором резервуаре.

32. Способ по п.21, дополнительно содержащий передачу тепла из отработанных газов внешнему устройству с целью энергоснабжения указанного внешнего устройства.

33. Энергетическая система, содержащая
средства вырабатывания электричества и тепла;
линию вывода отработанных газов, выполненную с возможностью приема отработанных газов из средств вырабатывания электричества и тепла;
резервуар для хранения текучей среды, выполненный с возможностью хранения текучей среды, причем линия вывода отработанных газов проходит через резервуар для хранения текучей среды с целью обмена теплом с указанной текучей средой в резервуаре для хранения текучей среды;
средства сбора воды, сконденсированной в линии вывода отработанных газов; и
теплообменник, выполненный с возможностью соединения с резервуаром для хранения текучей среды и с возможностью приема указанной текучей среды из резервуара для хранения текучей среды и доставки тепла из указанной текучей среды в помещения.

34. Энергетическая система по п.33, в которой теплообменник размещен в пределах внутренней поверхности помещений.

35. Энергетическая система по п.33, дополнительно содержащая инвертор, выполненный с возможностью соединения со средствами вырабатывания электричества, причем указанный инвертор выполнен с возможностью доставки электричества в помещения.

36. Энергетическая система по п.33, в которой теплообменник содержит геотермическое накопительное возвратное колено, которое проходит в землю и которое выполнено с возможностью передачи тепла из помещений земле.

37. Энергетическая система по п.33, в которой средства вырабатывания электричества и тепла размещены внутри резервуара для хранения текучей среды, который выполнен с возможностью поглощения тепла и вибрационной энергии из указанных средств вырабатывания электричества и тепла.