Морской теплогенератор Российский патент 2022 года по МПК F03B13/20 

Изобретение относится к области морской энергетики и может быть использовано для преобразования энергии бортовой качки на водоёмах в энергию нагрева воды в системах отопления за счёт применения пассивных успокоителей бортовой качки, не требующих потребления внешних источников энергии. Применение этого изобретения может быть востребовано системой жизнеобеспечения домов на воде.

Известен пассивный успокоитель бортовой качки судна RU 2047538C1 от 1995.11.10, включающий горизонтальные ёмкости, клапаны и вертикальные каналы, которые при качке создают дополнительные восстанавливающие моменты за счёт смещения центра тяжести судна в сторону, противоположную крену. Однако это решение не позволяет эффективно использовать энергию качки для её преобразования в энергию сжатой жидкости.

В качестве ближайшего аналога рассматривается изобретение RU 2046994 С1, 27.10.1995, F03B13/12, в котором используется энергия качки плавающего средства, где жидкость из подвешенных бортовых цистерн с рабочей жидкостью при качке поочерёдно переливается через гидравлические турбины. Однако аналог не способен эффективно преобразовывать энергию переливающейся воды в тепловую энергию жидкости.

Техническим результатом настоящего изобретения является преобразование энергии бортовой качки в нагрев воды для систем отопления домов и зданий на воде.

Технический результат изобретения достигается тем, что при взаимодействии момента бортовой качки с моментом, образованным парой сил на коромысле от погруженной в воду и от поднятой из воды бочками, на половину заполненными водой, создаются относительные перемещения гидроцилиндра и штока с возможностью создания в напорных полостях обоих гидроцилиндров избыточного давления, которое с помощью устройства для ускорения и нагрева жидкости отапливает помещение.

Морской теплогенератор, преобразующий энергию бортовой качки судна в энергию нагрева воды в системе отопления, содержащий насос двухстороннего действия, гидропневматический аккумулятор, устройство для ускорения и нагрева жидкости, отличающийся тем, что на нём установлен успокоитель бортовой качки, образованный коромыслом с двумя бочками на его концах, наполовину заполненных водой, двумя гидроцилиндрами, штоки которых соединены с коромыслом, а гидроцилиндры скреплены через регулируемые по длине штанги с корпусом успокоителя качки, который крепится к судну и имеет на своей оси отверстия, к одному из которых крепится середина коромысла так, чтобы совпадали уровни воды в бочках и в водоёме, при этом в процессе бортовой качки одна из бочек выполнена с возможностью погружения в воду, а другая - приподнимания из неё, образуя моменты пары сил Архимеда и тяжести, противоположные по знаку возмущающим моментам, с возможностью создания в напорных полостях обоих гидроцилиндров избыточное давление, которое с помощью гидропневматического аккумулятора и устройства для ускорения и нагрева жидкости обеспечивают работу системы отопления.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 представлена схема бортовой качки морского теплогенератора 1 с успокоителем качки, который состоит из коромысла 2 и двух бочек 3, наполовину заполненных водой. Корпус успокоителя качки 6, скреплённый с корпусом 1, соединяется с коромыслом 2 с помощью болтов, установленных в одно из отверстий 4, обеспечивающих совпадение уровней воды в водоёме 10 и бочках 3. Гидроцилиндры 8 верхней частью 12 скреплены штангами 9 и гайками 5 с корпусом 6, а штоки 7 соединены с коромыслом 2 в шарнирах 11.

На Фиг.2 изображена гидравлическая схема морского теплогенератора. Коромысло 2 с бочками 3 и центром качки 4 соединена в шарнирах 11 со штангами 9 гидроцилиндров 8, каждый из которых имеет обратные клапана 13, которые соединены трубопроводом с устройством ускорения и нагрева жидкости 14, изготовленное по патенту RU2 223 452 C1,10.02.2004, перед которым установлен гидропневматический аккумулятор 15. Радиаторы 16 установлены для обогрева помещений.

Перед началом эксплуатации при минимальном уровне бортовой качки и отсоединённых шарнирах 11 от коромысла 2, регулируется расположение крепления коромысла 2 путём подбора отверстий, таким образом, чтобы уровни воды в бочках 3 совпадали с уровнем водоёма 10. После этого шарниры 11 устанавливаются на своё место, а с помощью штанг 9 и гаек 5 устанавливается среднее положение поршней в гидроцилиндре 8.

Морской теплогенератор работает следующим образом.

В процессе бортовой качки, когда ось теплогенератора повёрнута на некоторый угол Θ относительно положения равновесия, поршневая система обоих гидроцилиндров также стремится повернуться на этот угол, но встречает сопротивление со стороны бочек с коромыслом наполовину заполненных водой, которое возникает при погружении одной из бочек в воду, когда на неё действует выталкивающая сила Архимеда, в то время как на вторую бочку, которая приподнимается из воды, действует сила тяжести, образуя момент пары сил, противоположный по знаку моменту бортовой качки с возможностью создания в напорных полостях обоих гидроцилиндров избыточное давление жидкости.

На Фиг.2 представлена гидравлическая схема морского теплогенератора, образующая систему отопления и состоящая из двух одинаковых частей, объединённых общим устройством для ускорения и нагрева жидкости 14. Установлено, что при расходе рабочей жидкости через устройство 14 величиной от 16 м³/ч и при давлении 1 атм, обеспечивается выходная тепловая мощность 7,5 кВт с максимальным нагревом теплоносителя - до 115 град. С.

В качестве примера рассматривается плавсредство с большой устойчивостью (типа плота) плавучестью Р=20000 кг метацентрической высотой h=0,6 м, шириной 5 м, с бортовым креном Θ на регулярном волнении равным 9 градусам Θ = 0,157 град.

Размеры бочек могут быть определены из величин момента качки Мк = Р*h* Θ и момента успокоителя качки Му = L*G, здесь: L - длина коромысла в м, а G - соответствует величине выталкивающей силы в погружённой бочке или равного ей веса воды в поднятой бочке, кг.

Момент качки Мк, составит 20000*0,6*0,157 = 1884 кгм. При равенстве Мк и Му и длине L= 5 м, величина выталкивающей силы или веса бочки равны 340 кг, при этом размеры наполовину заполненной бочки достигают высоты в 1500 мм и диаметра 700 мм.

Производится сопоставление эффективности использования солнечной электростанции и морского теплогенератора, предлагаемого настоящим изобретением.

Солнечная электростанция состоит из 20 батарей Sila Solfr (Twin Power) мощностью 400 Вт каждая общей площадью 40,24 м². Применительно к условиям Амстердама среднесуточная выработка электроэнергии составляет 35,77 кВт*ч. Данные представлены сервером NASA.

Морской теплогенератор обладает тепловой мощностью 7,5 кВт. Предполагается, что штиль и обледенение на водоёмах снижают время его использования по прямому назначению до 60% .Тогда суммарная выработка тепловой энергии за сутки составит 7,5 кВт*24*0,6=108 кВт*ч.

Изобретение относится к морским теплогенераторам. Теплогенератор содержит насос двухстороннего действия, гидропневматический аккумулятор, а также устройство для ускорения и нагрева жидкости в системе отопления. На теплогенераторе размещён успокоитель бортовой качки, образованный коромыслом 2 с двумя бочками 3 на его концах, наполовину заполненных водой, двумя гидроцилиндрами 8, штоки 7 которых соединены с коромыслом 2, а гидроцилиндры 8 скреплены через регулируемые по длине штанги 9 с корпусом 6 успокоителя качки, который имеет на своей оси отверстия, лежащие на вертикальной оси 4, к одному из которых крепится коромысло 2. Возникновение стабилизирующего момента происходит при погружении одной из бочек 3 в воду, когда на неё действует выталкивающая сила Архимеда, в то время как на вторую бочку 3, которая приподнимается из воды, действует сила тяжести, образуя моменты пары сил, противоположные по знаку возмущающим моментам. Это обеспечивает возможность создания в напорных полостях обоих гидроцилиндров 8 избыточного давления, которое с помощью гидропневматического аккумулятора и устройства для ускорения и нагрева жидкости обеспечивает работу системы отопления. Изобретение направлено на обеспечение возможности преобразования энергии бортовой качки в нагрев воды. 2 ил.

Морской теплогенератор, преобразующий энергию бортовой качки судна в энергию нагрева воды в системе отопления, содержащий насос двухстороннего действия, гидропневматический аккумулятор, устройство для ускорения и нагрева жидкости, отличающийся тем, что на нём установлен успокоитель бортовой качки, образованный коромыслом с двумя бочками на его концах, наполовину заполненных водой, двумя гидроцилиндрами, штоки которых соединены с коромыслом, а гидроцилиндры скреплены через регулируемые по длине штанги с корпусом успокоителя качки, который крепится к судну и имеет на своей оси отверстия, к одному из которых крепится середина коромысла так, чтобы совпадали уровни воды в бочках и в водоёме, при этом в процессе бортовой качки одна из бочек выполнена с возможностью погружения в воду, а другая - приподнимания из неё, образуя моменты пары сил Архимеда и тяжести, противоположные по знаку возмущающим моментам, с возможностью создания в напорных полостях обоих гидроцилиндров избыточного давления, которое с помощью гидропневматического аккумулятора и устройства для ускорения и нагрева жидкости обеспечивают работу системы отопления.