Способ работы силовой (энергетической) установки для использования запасов бесплатной энергии (воды, разности температур воды и воздуха) Советский патент 1936 года по МПК F01K13/00 

Ниже приводится описание комбинированной схемы использования „даровых источников энергии применительно к условиям полярных и приполярных стран. Эта схема преследует цель дать целесообразное сочетание известных принципов использования силы ветра, силы падающей воды, энергии, источником которой является разность температур воздуха и воды (под слоем льда) в полярных странах и, наконец, использование „теплового резерва. В качестве охладителя бутана применяется охлаждённый расширением воздух, сжатый гидро-автоматом.

В схеме разрешаются: 1) задача рационального использования одних и тех же устройств для самых разнообразных целей, что сводит к минимуму первоначальные затраты; 2) задача применения простейших конструкций и . „почти даровых в условиях нашего севера материалов (лед, мох, торф, древесина и пр.); 3) задача взаимной увязки во времени утилизации различных источников энергии, что обеспечивает постоянство располагаемой мощности в течение круглого года, а также возможность приспособления к требованиям графика нагрузки при суточном и годичном изменении его.

На прилагаемом схематическом чертеже изображена в поперечном разрезе

ледяная глухая плотина 7, преграждающая течение реки и создающая некоторый подпор воды, используемый для энергетических целей.

При значительной высоте вершины плотины ее можно использовать как башню и как круговой путь для поворота ветряных колес 4.

Внешняя обтекаемая поверхность плотины служит для направления потока воздуха на лопасти ветряных колес. Также назначением „плотины-башниветронаправляющей является использование ее для устройства в ней конденсатора бутана цикла Баржо, гидро-автомата компрессора и других сооружений внутри плотины.

Наконец, назначением массива пло-, тины может быть использование его для размещения в его подошве аппаратуры, требующей противодавления внешней среды для облегчения толщины стенок. Такой аппаратурой ябляется камера 5 сепаратора для выделения воздуха при работе гидро автомата - компрессора. Эта же камера служит в зимнее время при осуществлении цикла Баржо „котлом-испарителем для бутана. Соответственно различное назначение в летнее и зимнее время имеют трубопроводы б и 7: в первом случае для подачи смеси воздуха и воды по трубе 6 и отвода воды из сепаратора по трубе 7, а во

втором случае (зимой)-для подвода воды и отвода льда в цикле Баржо.

Такое же разнообразное применение в предлагаемой энергетической схеме могут иметь газовая турбина 8, подогреватель-регенератор 9, трубопроводы 10, коловратный детандер летом, он же компрессор // зимой и ряд других устройств и сооружений.

Для уяснения назначения отдельных устройств в зависимости от времени года, избытка или недостатка энергии в системе и пр. проследим отдельно пять следующих случаев работы установки: 1) работа весной или летом при избыточном в это время расходе воды в реке и при отсутствии ветра; 2) то же, при уменьшившемся расходе воды; 3) то же, но при сильном ветре или провале в графике нагрузки; 4) работа зимой при наличии крайне низкой температуры окружаюш,ёго воздуха и при отсутствии ветра; 5) то же, но при наличии ветра.

Первый случай. Весенний или летний иаводок требует сброса больших масс воды с большой скоростью, что осуществляется гидро-автоматом - компрессором известной и испытанной на практике конструкции с предвключением гидровакуума-автомата для лучшей работы при изменяющейся отметке нижнего и верхнего бьефа. Вода падает по вертикальной трубе 6, в верхней части которой установлены конические наконечники 12 для присасывания воздуха струею падающей воды. Воздух перемешивается с водой и подвергается статическому сжатию. В одной ступени сжатия можно выгодно использовать напор воды до 100 м и более, что вполне достаточно для нижеуказанных целей использования сжатого воздуха с давлением в 5-10 атм. Сжатый таким образом воздух, выделяющийся в сепараторе 5, поступает затем по трубе 3 в теплообменник 9, в котором он может подогреваться горячей водой или другой жидкостью или газом, направляясь затем в газовую турбину 8, вращающую генератор постоянного млн переменного тока 14.

Второй случай. В случае, если меняющийся по времени года расход воды 8 реке падает до такой величины, что полное число отдельных гидро-автоматов-компрессоров не обеспечивается водой, часть из них выключается, но зато воздух, выходя из подогревателя (в этом случае регенератора теплоты отходящих из турбины 8 газов), направляется по трубам 15 в камеру сгорания 16 пылевидного, жидкого или газообразного топлива, подаваемого в эту камеру через горелку /7 по трубе 18 из бункера 19. Твердое, например, пылевидное топливо может подаваться в камеру 16 под давлением, самотеком, благодаря большой высоте столба топлива, и поданным через трубу 21 сжатым воздухом.

Таким образом, при недостатке гидравлической и ветросиловой энергии в летнее время этот недостаток восполняется сгоранием в сжатом воздухе того или иного топлива.

Третий случай. Пусть наличие значительного ветра и расхода воды в реке (или провал в графике нагрузки) создают некоторый избыток электроэнергии и сжатого воздуха в летнее время. Тогда этот избыток сжатого воздуха расходуется следующим образом. Из сепаратора 5 воздух попадает в теплообменник 9, но уже не для подогрева, а для охлаждения запасенным в особых резервуарах охлажденным ранее раствором, поступая далее по трубе 32 в коловратный (поршневой или др.) детандер для охлаждения при расширении с производством внешней работы (по принципу Клода). При этом воздух настолько охлаждается, что, поступив затем в большой рефрижератор-заморчжнватель(он же конденсатор для бутана 34) и проходя в нем по ряду вертикальных трубок из льда с внутренней пропарафинированной бумажной, клеенчатой или другой облнцовкой, поливаемой из сосудов холодным раствором, замораживает этот раствор на стенках труб,с постепенным наслоением на этих стенках значительного слоя льда весьма низкой температуры. После образования, таким образом, значительного слоя льда на поверхности трубок закрывается задвижка 57, из конденсатора выкачивается через трубу 38 гидро-вакуум-автоматом 39 воздух и при определенном вакууме в кондeнcaтopJ прекрашая выкачивание воздуха, впускают пары бутана (или пропана и пр.), которые, охлаждаясь на поверхности ледяной корки трубок конденсатора 34 и заставляя эту корку таять, конденсируются при определенном давлении и собираются внизу конденсатора над поверхностью раствора, откуда жидкий бутан сперва подается для охлаждения плотины в охлаждающие змеевики 2, а затем, испаряясь, подается в систему трубок 22 и 40 из которых делаются металлические стрелы, растяжки и другие сварные детали ветросилового устройства, где пары бутана перегреваются и при определенном давлении поступают в турбину 8 (которая может служить и как газовая турбина или как турбина для паров бутана, смотря по надобности), для чего она должна быть соответственно приспособлена. В турбине 8 энергия-расширяющегося бутана используется для вращения генератора J4, который отдает энергию в сеть. Таким образом, за счет гидравлической энергии и охлаждения сжимаемого изометрически в гидроавтомате воздуха до температуры холодной воды получается после детандера холодильной эффект охлаждающий ледяную плотину, и затем энергия холодильного эффекта используется по принципу Баржо для получения электрической энергии.

Холодильный эффект используется для запасания „холода в теле плотины и предотвращения ее таким образом от разрущения летом. Охлаждающая ледяная врда в теплообменник 9 может поступать из специального „бассейна-ледника, откуда она подается по трубе, а ледник образовывается в течение зимы в результате нагромождения льда скреперным н тому подобным устройством, транспортирующим лед из трубы 7 от бутанового котла 5 энергосхемы Баржо. Благодаря больщому количеству этогольда, ограждаемого от реки дамбой илн запанью, ледяной айсберг за лето постепенно оттаивает, а ледяная вода подается по трубе в теплообменник.

Четвертый случай режима работы наиболее важен и характерен для условий, севера. Весьма часто зимой, при весьма низкой температуре окружающего воздуха, наблюдается отсутствие ветра. В этих условиях наиболее выгодным даровым источником энергии является теплоперепад между температурой наружного воздуха и температурой воды в реке под слоем льда. Использование этой разности температур мь1слится в видоизмененной схеме низкотемпературного цикла Баржо, причем для осуществления всей схемы не требуется, кроме приведенных выще, никаких дополнительных устройств. Так, например, в качестве испарителя для бутана используется имеющаяся камера сепараторакомпрессора, для эвакуации льда используется труба 7, для расширения бутана- газовая турбина 8, Для конденсации отработавших паров бутана-тот же конденсатор 34, работающий по тем же принципам с тем отличием, что проходящий через конденсатор специально охлажденный воздух может быть заменен подаваемым через ветровые окна 44 по трубам 45 наружным холодным воздухом, прогоняемым через часть конденсатора 34 периодически особым (не показанным) вентилятором для замерзания на внутренних стенках конденсатора рассола. После этого откачивается воздух, впускается бутан, конденсирую„щийся на поверхности льда и образующий лед на стенках трубок.

После полного отложения наслоений льда на поверхности трубок конденсатора перед впуском холодного наружного воздуха конденсатор 34 необходимо освободить возможно полно от паров бутана, что может достигаться двумя способами: 1) крайним понижением в это время температуры, например, впуском в это время распыливаемого жидкого воздуха из специального резервуара, где жидкий воздух накапливается в результате постоянной работы небОльщой установки Линде или 2) откачиванием паров, действующим в это время на крайне охлажденном растворе гидро-вакуум-автоматом, причем откачиваемые пары бутана конденсируются в сепараторе 5 и отделяются, а к оставщимся в конденсаторе разреженным парам бутана постепенно подмещивается воздух.

Так как такая .продувка конденсатора при экономических его размерах должна производиться лишь раз в 10- 12 часов, то установки для „продувки