RU2805156C1

RU2805156C1 - Power plant operating on temperature differences in different media (variants)

Info

Publication number: RU2805156C1
Application number: RU2022125232A
Authority: RU
Inventors: Александр Ильич Попов
Filing date: 2022-09-27
Publication date: 2023-10-11

Abstract

FIELD: power plants.

SUBSTANCE: power plant operating on temperature differences in different environments is presented. The invention is intended for converting low-grade heat into mechanical or electrical energy. Depending on the options for using the structures, the proposed power plant can be used to convert low-grade heat from various media (water or air) into electrical energy at any time of the year. According to the first variant of the power plant, the heated chamber is located in a warm or hot medium flow, and the condenser is located in a cold medium flow. According to the second variant, at low outdoor temperatures, the heated chamber is placed in an additional thermal energy storage tank with non-freezing liquid, the temperature in which is maintained by external solar collectors or a unit with a parabolic-cylinder reflector, and the condenser is located in a cold medium flow. According to the third version of the power plant, when operating in autumn-spring conditions, the heated chamber is placed outdoors at the focus of the concentrating mirror, and flat heliostat mirrors summarize and direct solar insolation to the horizontal optical axis of the concentrating mirror.

EFFECT: proposed power plant for high temperature differences in different media does not use combustion of organic fuels, and its design consists of standardized units and therefore can be recommended for implementation in areas with cold sharply continental climate.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к тепловым двигателям, преобразующим низкопотенциальное тепло в механическую или электрическую энергию.The invention relates to heat engines that convert low-grade heat into mechanical or electrical energy.

Известен, например, «Тепловой двигатель» авторов Осадчего Г. В. и Слободянюка В. А. по изобретению СССР № 1490317, МПК F03G 7/06.Known, for example, is the “Heat Engine” by the authors G. V. Osadchy and V. A. Slobodyanyuk according to USSR invention No. 1490317, IPC F03G 7/06.

Это устройство содержит испаритель-нагнетатель, в котором при подведении тепла повышается давление паров жидкости, которая выдавливается по трубопроводу через холодильник, клапан и исполнительный механизм, в качестве которого используется гидромотор, причем часть полезной мощности отбирается в гидроаккумулятор. После вытеснения зеркала жидкости в холодильник, начинается конденсация ее паров при этом давление в испарителе-нагнетателе падает и за счет перезапуска клапанов энергия, запасенная в гидроаккумуляторе, заполняет по другому трубопроводу испаритель-нагнетатель для повторения цикла.This device contains an evaporator-supercharger, in which, when heat is added, the vapor pressure of the liquid increases, which is squeezed out through a pipeline through a refrigerator, a valve and an actuator, which uses a hydraulic motor, and part of the useful power is taken into the hydraulic accumulator. After the liquid mirror is displaced into the refrigerator, condensation of its vapor begins, while the pressure in the evaporator-supercharger drops and, due to the restart of the valves, the energy stored in the hydraulic accumulator fills the evaporator-supercharger through another pipeline to repeat the cycle.

Данное устройство работает не ритмично, требует управление клапанами и имеет низкий коэффициент полезного действия.This device does not operate rhythmically, requires valve control and has a low efficiency.

Известна также «Океаническая тепловая электростанция» авторов Ильина А. К. и Шишкина И. Л. По изобретению СССР № 1681031, МПК F01K13 /00, F03G7 /04. Это устройство содержит соединенные в замкнутом контуре турбину, размещенный под уровнем моря испаритель, паровую турбину, конденсатор, аэродинамическую трубу в виде сверхзвукового диффузора с вентилятором и ветродвигателем с электрогенератором, соединенным с электропароперегревателем.Also known is the “Ocean Thermal Power Plant” by the authors Ilyin A.K. and Shishkin I.L. According to the invention of the USSR No. 1681031, IPC F01K13 / 00, F03G7 / 04. This device contains a turbine connected in a closed loop, an evaporator located below sea level, a steam turbine, a condenser, a wind tunnel in the form of a supersonic diffuser with a fan and a wind engine with an electric generator connected to an electric superheater.

В данном устройстве пары рабочего тела (фреона) после испарителя перегреваются в электропароперегревателе и вращают турбину с электрогенератором, затем пары попадают в конденсатор, расположенный внутри аэродинамической трубы, где охлаждаются атмосферным воздухом. После этого сконденсированное рабочее тело стекает в низ и за счет напора вращает гидравлическую турбину, после чего поступает в испаритель и цикл повторяется.In this device, vapors of the working fluid (freon) after the evaporator are overheated in an electric steam superheater and rotate a turbine with an electric generator, then the vapors enter a condenser located inside a wind tunnel, where they are cooled by atmospheric air. After this, the condensed working fluid flows to the bottom and, due to the pressure, rotates the hydraulic turbine, after which it enters the evaporator and the cycle is repeated.

Данная тепловая электростанция так же имеет низкую эффективность, обусловленную необходимостью размещать конденсатор в аэродинамической трубе, охлаждаемый воздухом от работающей ветроустановки. Известно, что ветроустановки для их нормальной работы требуют среднегодовую скорость ветра более пяти метров в секунду («золотое» правило ветроэнергетики). Таким образом, для увеличения КПД этой электростанции потребуется найти ветровую зону с более стабильными ветрами.This thermal power plant also has low efficiency due to the need to place a condenser in a wind tunnel, cooled by air from an operating wind turbine. It is known that wind turbines require an average annual wind speed of more than five meters per second for their normal operation (the “golden” rule of wind energy). Thus, to increase the efficiency of this power plant, it will be necessary to find a wind zone with more stable winds.

Известна также «Энергетическая установка» авторов Бабаяна Р. С. и Аванесова Э. С. и др. по патенту СССР № 1744276, МПК F01K 13/00, F03G 7/04. Also known is the “Power Plant” by the authors R. S. Babayan and E. S. Avanesov et al. according to USSR patent No. 1744276, IPC F01K 13/00, F03G 7/04.

Данное устройство содержит трубчатый испаритель и конденсатор, соединенные паропроводом через паровую турбину и трубопроводом подачи конденсата, причем в каждой теплообменной трубке испарителя дополнительно установлен упругий сепаратор в виде жалюзи, а испаритель расположен ниже уровня конденсата в конденсаторе.This device contains a tubular evaporator and a condenser connected by a steam line through a steam turbine and a condensate supply pipeline, and an elastic separator in the form of a shutter is additionally installed in each heat exchange tube of the evaporator, and the evaporator is located below the condensate level in the condenser.

Данная энергетическая установка имеет низкий КПД и ограниченное применение для условий расположения испарителя на глубине 20…30 метров и более, где температура воды составляет около плюс 4 градуса Цельсия, а конденсатор находится на поверхности льда, при температуре воздуха минус 20…30 градусов Цельсия или еще ниже. При использовании установки для других меньших перепадов температур КПД установки будет еще ниже. Кроме того, следует отметить не надежную конструкцию устройства из-за использования пластинчатых упругих сепараторов в теплообменных трубках трубчатого испарителя, подверженных колебаниями на излом и в критических случаях - обмерзанию льдом.This power plant has low efficiency and limited use for conditions where the evaporator is located at a depth of 20...30 meters or more, where the water temperature is about plus 4 degrees Celsius, and the condenser is located on the surface of the ice, at an air temperature of minus 20...30 degrees Celsius or more below. When using the installation for other smaller temperature differences, the efficiency of the installation will be even lower. In addition, it should be noted that the design of the device is not reliable due to the use of plate elastic separators in the heat exchange tubes of a tubular evaporator, which are subject to oscillations to break and, in critical cases, to freezing with ice.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является «Энергетическая установка» автора Мествиришвили Ш. А. по изобретению СССР № 1170180, МПК F01K 25/00.The closest analogue of the proposed invention is the “Power Plant” by the author Sh. A. Mestvirishvili according to the invention of the USSR No. 1170180, IPC F01K 25/00.

Установка содержит две обогреваемые камеры, заполненные вспомогательной жидкостью, присоединенные к ним трубопроводы для подачи насосом легкоиспаряющегося рабочего тела, турбину и конденсатор, связанные магистральными линиями отвода, соединенные определенным образом с нижними и верхними частями камер.The installation contains two heated chambers filled with an auxiliary liquid, pipelines connected to them for supplying an easily evaporating working fluid by a pump, a turbine and a condenser connected by main drain lines, connected in a certain way to the lower and upper parts of the chambers.

Недостатками данного устройства являются его низкий КПД и необходимость иметь насос со своим электроприводом, управляемым от внешнего воздействия. Под действием нарастающего давления вспомогательная жидкость перекачивается из одной камеры в другую через турбину, создавая ее неравномерное и реверсивное вращение. Кроме того, данная установка предназначена для размещения ее в определенной климатической зоне и имеет узкоспециальное применение.The disadvantages of this device are its low efficiency and the need to have a pump with its own electric drive, controlled from external influences. Under the influence of increasing pressure, the auxiliary fluid is pumped from one chamber to another through the turbine, creating its uneven and reverse rotation. In addition, this installation is designed to be placed in a certain climatic zone and has a highly specialized application.

Задачей предлагаемого изобретения является создание универсальной для разных климатических зон «Энергоустановки, работающей на перепадах температур в разных средах (Варианты)» и с более высоким КПД.The objective of the proposed invention is to create a “Power installation that operates on temperature differences in different environments (Options)” that is universal for different climatic zones and has a higher efficiency.

Технической проблемой, которую решает настоящее изобретение, является выработка электрической энергии как от естественной разности перепадов температур окружающей среды, так и от искусственного создания этих перепадов температур путем использования солнечной энергии, что увеличивает КПД энергоустановки и расширяет зону его применения. The technical problem that the present invention solves is the generation of electrical energy both from the natural difference in ambient temperature differences and from the artificial creation of these temperature differences by using solar energy, which increases the efficiency of the power plant and expands the area of its application.

Технический результат заключается в следующем:The technical result is as follows:

- В энергоустановке по первому варианту обогреваемая камера размещена в потоке теплой или горячей среды (воздух или вода), а конденсатор расположен в потоке холодной среды (воздух или вода), причем, если разность температур сред недостаточна для заданного уровня выработки энергии, то на электронагреватель в камере подается ток от собственного электрогенератора, что увеличивает испарение легкоиспаряющейся жидкости и- повышение давления на вспомогательную жидкость, ускоренно перемещающуюся в контуре между камерой и конденсатором.- In a power plant according to the first option, the heated chamber is located in a flow of warm or hot medium (air or water), and the condenser is located in a flow of cold medium (air or water), and if the temperature difference between the media is insufficient for a given level of energy production, then the electric heater the chamber is supplied with current from its own electric generator, which increases the evaporation of the easily evaporating liquid and increases the pressure on the auxiliary liquid, which moves rapidly in the circuit between the chamber and the condenser.

- В энергоустановке по второму варианту в условиях, когда отсутствует горячая среда, обогреваемая камера размещена в жидкости теплоаккумулирующего бака, а повышенную температуру в баке создают с помощью солнечных коллекторов или параболоцилиндрического отражателя. Регулирование выходной электрической мощности энергоустановки также производится подачей тока на электронагреватель в камере, изменяющий давление в камере и скорость перемещения вспомогательной жидкости через турбину с электрогенератором.- In the power plant according to the second option, in conditions where there is no hot environment, the heated chamber is placed in the liquid of a heat storage tank, and an increased temperature in the tank is created using solar collectors or a parabolic cylindrical reflector. The electrical output power of the power plant is also regulated by supplying current to the electric heater in the chamber, which changes the pressure in the chamber and the speed of movement of the auxiliary fluid through the turbine with the electric generator.

Кроме того, при работе установки в условиях отрицательных температур, бак заполняют незамерзающей жидкостью или рассолом солей, например, NaCl или СaCl₂.In addition, when the installation operates in conditions of negative temperatures, the tank is filled with non-freezing liquid or brine salts, for example, NaCl or CaCl ₂ .

- Энергоустановка по третьему варианту применяется, когда температура воздуха имеет как положительные, так и отрицательные значения, но в атмосфере имеется даже незначительная солнечная инсоляция, что характерно для весенне-осенних периодов. В этом варианте обогреваемая камера размещается в фокусе концентрирующего зеркала, а собирающие солнечную инсоляцию плоские зеркала-гелиостаты сфокусированы на горизонтальную оптическую ось концентрирующего зеркала. Регулирование выходной мощности установки так же производится подачей тока на электронагреватель в камере, изменяющий давление в камере и скорость перемещения вспомогательной жидкости через турбину с электрогенератором.- The power plant according to the third option is used when the air temperature has both positive and negative values, but there is even slight solar insolation in the atmosphere, which is typical for the spring-autumn periods. In this version, the heated chamber is placed at the focus of the concentrating mirror, and flat heliostat mirrors collecting solar insolation are focused on the horizontal optical axis of the concentrating mirror. The output power of the installation is also regulated by supplying current to the electric heater in the chamber, which changes the pressure in the chamber and the speed of movement of the auxiliary fluid through the turbine with an electric generator.

Технический результат по первому варианту энергоустановки достигается за счет того, что в энергоустановке, работающей на перепадах температур в разных средах, и содержащей обогреваемую камеру с легкоиспаряющейся и вспомогательными жидкостями, распылитель жидкости, конденсатор и турбину, связанные магистралями подвода и отвода жидкостей, при этом обогреваемая камера размещена в потоке теплой или горячей среды и в своей верхней части оснащена распылителем жидкости, расположенным над электронагревателем, имеющим провода с герметичными выводами, конденсатор оснащен в своей нижней части также распылителем жидкости, причем магистраль подвода жидкости имеет вход забора жидкости в нижней части камеры и соединена с распылителем в нижней части конденсатора, магистраль отвода жидкости имеет вход забора жидкости в нижней части конденсатора и через последовательно турбину и обратный запорный клапан подключена к распылителю жидкости в обогреваемой камере, а провода с герметичного ввода электронагревателя соединены с выходом электрогенератора, размещенного на оси турбины.The technical result of the first version of the power plant is achieved due to the fact that in a power plant operating on temperature differences in different environments, and containing a heated chamber with easily evaporating and auxiliary liquids, a liquid atomizer, a condenser and a turbine connected by lines for supplying and discharging liquids, while the the chamber is placed in a flow of warm or hot medium and in its upper part is equipped with a liquid sprayer located above an electric heater having wires with sealed leads; the condenser is also equipped in its lower part with a liquid sprayer, and the liquid supply line has a liquid intake inlet at the bottom of the chamber and connected to the sprayer in the lower part of the condenser, the liquid outlet line has a liquid intake inlet at the bottom of the condenser and, through a turbine and a check valve in series, is connected to the liquid sprayer in the heated chamber, and the wires from the sealed input of the electric heater are connected to the output of the electric generator located on the turbine axis .

Технический результат по второму варианту энергоустановки достигается за счет того, что в энергоустановке, работающей на перепадах температур в разных средах, и содержащей обогреваемую камеру с легкоиспаряющейся и вспомогательными жидкостями, распылитель жидкости, конденсатор и турбину, связанные магистралями подвода и отвода жидкостей, при этом обогреваемая камера размещена в жидкости теплоаккумулирующего бака и в своей верхней части оснащена распылителем жидкости, расположенным над электронагревателем, имеющим провода с герметичными выводами, конденсатор оснащен в своей нижней части также распылителем жидкости, причем магистраль подвода жидкости имеет вход забора жидкости в нижней части камеры и соединена с распылителем в нижней части конденсатора, магистраль отвода жидкости имеет вход забора жидкости в нижней части конденсатора и через последовательно турбину и обратный запорный клапан подключена к распылителю жидкости в обогреваемой камере, провода с герметичного ввода электронагревателя соединены с выходом электрогенератора, размещенного на оси турбины, а датчик температуры жидкости в баке подключен к электроприводу насоса, включенного между баком и солнечными коллекторами или между баком и трубой установки с параболоцилиндрическим отражателем.The technical result of the second version of the power plant is achieved due to the fact that in a power plant operating on temperature differences in different environments, and containing a heated chamber with easily evaporating and auxiliary liquids, a liquid atomizer, a condenser and a turbine connected by lines for supplying and discharging liquids, while the the chamber is placed in the liquid of a heat-storage tank and in its upper part is equipped with a liquid sprayer located above an electric heater having wires with sealed leads; the condenser is also equipped in its lower part with a liquid sprayer, and the liquid supply line has a liquid intake inlet at the bottom of the chamber and is connected to a sprayer in the lower part of the condenser, the liquid outlet line has a liquid intake inlet at the bottom of the condenser and is connected through a turbine and a check valve in series to the liquid sprayer in the heated chamber, the wires from the sealed input of the electric heater are connected to the output of the electric generator located on the turbine axis, and the sensor temperature of the liquid in the tank is connected to the electric drive of the pump connected between the tank and solar collectors or between the tank and the installation pipe with a parabolic cylindrical reflector.

Технический результат по второму варианту достигается так же за счет того, бак содержит незамерзающую жидкость или растворы солей.The technical result in the second option is also achieved due to the fact that the tank contains non-freezing liquid or salt solutions.

Технический вариант по третьему варианту энергоустановки достигается за счет того, что в энергоустановке, работающей на перепадах температур в разных средах, содержащей обогреваемую камеру с легкоиспаряющейся и вспомогательной жидкостями, распылитель жидкости, конденсатор и турбину, связанные магистралями подвода и отвода жидкостей, при этом обогреваемая камера размещена в фокусе концентрирующего зеркала и в своей верхней части оснащена распылителем жидкости, расположенным над электронагревателем, имеющим провода с герметичными выводами, конденсатор оснащен в своей нижней части также распылителем жидкости, причем магистраль подвода жидкости имеет вход забора жидкости в нижней части камеры и соединена с распылителем в нижней части конденсатора, магистраль отвода жидкости имеет вход забора жидкости в нижней части конденсатора и через последовательно турбину и обратный запорный клапан подключена к распылителю жидкости в обогреваемой камере, провода с герметичного ввода электронагревателя соединены с выходом электрогенератора, размещенного на оси турбины, а собирающие солнечную инсоляцию плоские зеркала-гелиостаты сфокусированы на горизонтальную оптическую ось концентрирующего зеркала. The technical option for the third version of the power plant is achieved due to the fact that in a power plant operating on temperature differences in different environments, containing a heated chamber with easily evaporating and auxiliary liquids, a liquid atomizer, a condenser and a turbine connected by lines for supplying and discharging liquids, while the heated chamber is located at the focus of the concentrating mirror and in its upper part is equipped with a liquid sprayer located above an electric heater having wires with sealed leads; the capacitor is also equipped in its lower part with a liquid sprayer, and the liquid supply line has a liquid intake inlet at the bottom of the chamber and is connected to the sprayer in the lower part of the condenser, the liquid outlet line has a liquid intake inlet at the lower part of the condenser and is connected through a turbine and a check valve in series to a liquid atomizer in a heated chamber, wires from the sealed input of the electric heater are connected to the output of the electric generator located on the axis of the turbine, and collecting solar Insolation flat mirrors-heliostats are focused on the horizontal optical axis of the concentrating mirror.

На чертежах фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 представлены варианты предлагаемой «Энергоустановки, работающей на перепадах температур в разных средах».In the drawings FIGS. 1, fig. 2, fig. Figure 3 presents options for the proposed “Power plant operating on temperature differences in different environments.”

На данных чертежах среды условно разделены пунктирными линиями.In these drawings, the media are conventionally separated by dotted lines.

На фиг. 1 изображен вариант энергоустановки, в которой обогреваемая камера размещена в потоке V1 теплой или горячей среды (воды или воздуха), а конденсатор находится в холодном потоке V2 (воды или воздуха).In fig. 1 shows a variant of a power plant in which the heated chamber is located in the flow V1 of a warm or hot medium (water or air), and the condenser is located in the cold flow V2 (water or air).

На фиг.2 представлен вариант, когда в условиях низких температур наружного воздуха обогреваемая камера помещена в дополнительный теплоаккумулирующий бак с жидкостью, температура в котором поддерживается от внешних солнечных коллекторов или установки с параболоцилиндрическим отражателем, а конденсатор находится в холодном потоке V2 (воды или воздуха).Figure 2 shows an option when, under conditions of low outside air temperatures, the heated chamber is placed in an additional heat-storage tank with liquid, the temperature in which is maintained by external solar collectors or an installation with a parabolic cylindrical reflector, and the condenser is located in the cold flow V2 (water or air) .

На фиг. 3 изображен вариант, в котором обогреваемая камера размещена на открытом воздухе в фокусе концентрирующего зеркала, причем плоские зеркала-гелиостаты сфокусированы на горизонтальную оптическую ось концентрирующего зеркала. Такие условия характерны для весенне-осеннего периода в атмосфере.In fig. 3 shows an option in which the heated chamber is placed in the open air at the focus of a concentrating mirror, with flat heliostat mirrors focused on the horizontal optical axis of the concentrating mirror. Such conditions are typical for the spring-autumn period in the atmosphere.

Вариант на фиг. 1 содержит обогреваемую камеру 1, размещенную в потоке V1 горячей воды или горячего воздуха, и конденсатор 2, находящийся в потоке V2 холодной воды или воздуха, камера содержит в своей верхней части распылитель 3 жидкости над электронагревателем 4 с герметичными выводами 5 проводов, конденсатор содержит в своей нижней части распылитель 6 жидкости, при этом камера и конденсатор соединены магистралью 7 подвода жидкости, имеющая на одном конце в нижней части камеры вход 8 забора жидкости, на другом конце она подключена к распылителю конденсатора и – магистралью 9, верхний конец которой соединен с распылителем камеры, а другой ее конец через последовательно соединенные обратный запорный клапан 10, турбину 11 подключен к входу 12 забора жидкости в нижней части конденсатора, причем турбина соединена с электрическим генератором 13, провода с которого через герметичные вводы подключены к электронагревателю в обогреваемой камере. Для симметрирования нагрузок и давлений в обеих магистралях, в подающую магистраль также может включаться дополнительная турбина 14, имеющая общую ось с турбиной, находящейся в магистрали отвода жидкости. The variant in Fig. 1 contains a heated chamber 1 located in the flow V1 of hot water or hot air, and a capacitor 2 located in the flow V2 of cold water or air, the chamber contains in its upper part a liquid sprayer 3 above an electric heater 4 with sealed terminals of 5 wires, the capacitor contains in its lower part there is a liquid atomizer 6, while the chamber and the condenser are connected by a liquid supply line 7, which has a liquid intake inlet 8 at one end in the lower part of the chamber, at the other end it is connected to the condenser atomizer and - by a line 9, the upper end of which is connected to the atomizer chamber, and its other end, through a series-connected check valve 10, a turbine 11, is connected to the liquid intake inlet 12 at the bottom of the condenser, and the turbine is connected to an electric generator 13, the wires from which are connected through sealed inputs to an electric heater in the heated chamber. To balance the loads and pressures in both lines, an additional turbine 14 can also be included in the supply line, which has a common axis with the turbine located in the liquid outlet line.

Вариант на фиг. 2 предназначен для местности, когда отсутствует теплый или горячий поток среды V1, а на замену ему используется теплоаккумулирующий бак 15 для жидкости, обогреваемый по показаниям датчика 16 температуры в баке, соединенным с электроприводом 17 насоса 18, подключенного к вакуумным коллекторам 19 или протяженной трубе 20, находящейся в фокусе установки протяженного параболоцилиндрического отражателя 21. The variant in Fig. 2 is intended for areas where there is no warm or hot flow of medium V1, and to replace it, a heat-storage tank 15 for liquid is used, heated according to the readings of the temperature sensor 16 in the tank, connected to the electric drive 17 of the pump 18, connected to vacuum manifolds 19 or an extended pipe 20 , located at the focal point of the installation of an extended parabolic-cylindrical reflector 21.

Вариант на фиг. 3 предназначен для местности, когда отсутствует поток теплой или горячей среды, но при наличии даже слабой солнечной инсоляции и за счет применения двух зеркальной схемы с концентрирующим зеркалом 22 и нескольких зеркал- гелиостатов 23, собирающих солнечную энергию и сфокусированных на горизонтальную оптическую ось концентрирующего зеркала, представляется возможным создать высокую температуру в обогреваемой камере, расположенной в фокусе зеркала.The variant in Fig. 3 is designed for areas where there is no flow of warm or hot medium, but in the presence of even weak solar insolation and due to the use of two mirror circuits with a concentrating mirror 22 and several heliostat mirrors 23, collecting solar energy and focused on the horizontal optical axis of the concentrating mirror, It seems possible to create a high temperature in a heated chamber located at the focus of the mirror.

Для работы энергоустановки по любому варианту корпуса обогреваемой камеры и конденсатора имеют необходимый запас прочности для выдерживания высоких давлений паров и жидкостей. В исходном положении конденсатор заполнен жидкостью полностью, а верхний объем камеры, в котором размещены распылитель и электронагреватель свободен от жидкости.To operate the power plant according to any option, the housings of the heated chamber and condenser have the necessary strength margin to withstand high pressures of vapors and liquids. In the initial position, the condenser is completely filled with liquid, and the upper volume of the chamber in which the atomizer and electric heater are located is free of liquid.

Энергоустановка по варианту 1 на фиг. 1 работает следующим образом. Теплый или горячий поток V1 среды (воды или воздуха), обтекая корпус обогреваемой камеры 1 создает в ней нагрев вспомогательной и легкоиспаряющейся жидкостей. В качестве последней в зависимости от природных условий могут использоваться фреоны, перфторорганические соединения, смесевые составы с водой, смесь ацетона со спиртами и т. д. Power plant according to option 1 in Fig. 1 works as follows. A warm or hot flow V1 of the medium (water or air), flowing around the body of the heated chamber 1, creates heating of the auxiliary and easily evaporating liquids in it. As the latter, depending on natural conditions, freons, perfluoroorganic compounds, mixed compositions with water, a mixture of acetone with alcohols, etc. can be used.

Например, вода, вытекающая после охлаждения теплообменного оборудования АЭС, имеет температуру 45…48 градусов Цельсия, поэтому может применяться смесевой состав в равных пропорциях перфторгексана и перфторпентана, имеющих температуру кипения соответственно 57,2 и 29,3 градусов, а среднюю 43,2-градусов Цельсия. Пары испаряющейся жидкости в верхнем свободном объеме камеры 1 создают напор на зеркало жидкости, вытесняя ее через вход 8 забора жидкости магистрали 7 в распылитель 6 конденсатора 2, где она охлаждается и создает высокое давление в конденсаторе. Далее жидкость высокого давления проходит через вход 12 забора жидкости магистрали 9, вращающуюся турбину 11, обратный запорный клапан 10 и распылитель 3 обогреваемой камеры 1. Турбина вращает электрогенератор 13, с которого электрическая энергия передается потребителю.For example, water flowing out after cooling the heat exchange equipment of a nuclear power plant has a temperature of 45...48 degrees Celsius, therefore a mixture composition in equal proportions of perfluorohexane and perfluoropentane, having a boiling point of 57.2 and 29.3 degrees, respectively, and an average of 43.2- degrees Celcius. Vapors of evaporating liquid in the upper free volume of chamber 1 create pressure on the liquid surface, displacing it through the liquid intake inlet 8 of line 7 into the atomizer 6 of condenser 2, where it cools and creates high pressure in the condenser. Next, the high-pressure liquid passes through the liquid intake inlet 12 of line 9, the rotating turbine 11, the check valve 10 and the sprayer 3 of the heated chamber 1. The turbine rotates the electric generator 13, from which electrical energy is transferred to the consumer.

При необходимости регулировать давление паров и жидкости в системе и, соответственно, - обороты турбины, с выходов электрогенератора 13 подается регулируемый ток на электрообогреватель 4, который более интенсивно испаряет легкоиспаряющуюся жидкость, входящую в смесевой состав жидкостей. В случае использования дополнительной уравновешивающей давления в магистралях турбины 14, последняя кинематически подключается на общий вал к электрогенератору 13.If it is necessary to regulate the pressure of vapors and liquids in the system and, accordingly, the turbine speed, an adjustable current is supplied from the outputs of the electric generator 13 to the electric heater 4, which more intensively evaporates the easily evaporated liquid included in the mixed composition of the liquids. In the case of using additional balancing pressure in the lines of the turbine 14, the latter is kinematically connected to a common shaft to the electric generator 13.

В предлагаемой энергоустановке, в отличии от аналогов, отсутствует реверсивное и не равномерное вращение турбины, и как следствие: обеспечивается стабильная работа электрогенератора.In the proposed power plant, unlike analogues, there is no reversible and uneven rotation of the turbine, and as a result, stable operation of the electric generator is ensured.

В качестве турбин для разных условий эксплуатации могут использоваться, например, фреоновые турбины, разработанные Калужским турбинным заводом для Паратунской ГеоЭС около города Петропавлоск-Камчатский, работающие на фреоне с температурой воды в земных пластах ниже 100 градусов Цельсия.As turbines for different operating conditions, for example, freon turbines developed by the Kaluga Turbine Plant for the Paratunka GeoPP near the city of Petropavlosk-Kamchatsky, operating on freon with water temperatures in earth layers below 100 degrees Celsius, can be used.

Так же в качестве турбин могут применяться гидромоторы и объемные расходомеры, например, «Ролико-лопастная машина» авторов Домогацкого В. В. и Левченко И. В. по патенту РФ № 2230194, МПК F01C 1/14. Подобные расходомеры выпускаются серийно для разных перекачиваемых объемов жидкостей, используются при заправке самолетов, тепловозов, при прокачке топлива по трубам. Данные расходомеры практически не допускают холостых протечек жидкости и их целесообразно применить для реализации настоящего изобретения на вырабатываемые мощности до нескольких десятков киловатт.Hydraulic motors and volumetric flow meters can also be used as turbines, for example, “Roller-blade machine” by authors V.V. Domogatsky and I.V. Levchenko according to RF patent No. 2230194, IPC F01C 1/14. Such flowmeters are produced commercially for different pumped volumes of liquids; they are used when refueling aircraft, diesel locomotives, and when pumping fuel through pipes. These flow meters practically do not allow idle liquid leaks and it is advisable to use them to implement the present invention for generated powers of up to several tens of kilowatts.

Предлагаемая энергоустановка по варианту 2 на фиг. 2 работает следующим образом. В условиях положительных температур на объекте, где сооружается энергоустановка, в теплоаккумулирующий бак 15 заливается вода, а при отрицательных температурах бак заполняется незамерзающей жидкостью или раствором солей, например, NaCl, CaCl₂ необходимой концентрации (водный раствор хлорида кальция при концентрации соли в растворе 29% не замерзает до температуры минус 55 градусов Цельсия).The proposed power plant according to option 2 in Fig. 2 works as follows. In conditions of positive temperatures at the site where the power plant is being built, water is poured into the heat storage tank 15, and at negative temperatures the tank is filled with a non-freezing liquid or salt solution, for example, NaCl, CaCl ₂ of the required concentration (an aqueous solution of calcium chloride with a salt concentration in the solution of 29% does not freeze to a temperature of minus 55 degrees Celsius).

При температурах наружного воздуха в примерном диапазоне от плюс 15 до минус 15 градусов всегда присутствует незначительная солнечная инсоляция, которая может быть сконцентрирована и усилена солнечными вакуумными коллекторами или протяженными параболоцилиндрическими отражателями. Температурный датчик 16 определяет понижение температуры в теплоаккумулирующем баке 15 и выдает команду электроприводу 17 насоса 18 на перекачивание подогретой воды от вакуумных коллекторов 19 или от протяженной трубы 20, находящейся в фокусе параболоцилиндрического отражателя 21. После прогрева обогреваемой камеры 1, ее взаимодействие с конденсатором 2 для выработки энергии осуществляется аналогично описанному выше варианту 1 за счет цикличного движения жидкости между камерой и конденсатором по магистралям 7 и 9, обеспечивающей вращение турбины 12.At outdoor temperatures in the approximate range from plus 15 to minus 15 degrees, there is always slight solar insolation, which can be concentrated and amplified by solar vacuum collectors or extended parabolic cylindrical reflectors. The temperature sensor 16 detects a decrease in temperature in the heat storage tank 15 and issues a command to the electric drive 17 of the pump 18 to pump heated water from vacuum collectors 19 or from an extended pipe 20 located at the focus of the parabolic reflector 21. After warming up the heated chamber 1, its interaction with the condenser 2 for Energy generation is carried out similarly to option 1 described above due to the cyclic movement of liquid between the chamber and the condenser along lines 7 and 9, ensuring rotation of the turbine 12.

Использование теплоаккумулирующего бака 15 обеспечивает работу установки так же и в ночное время за счет накопленной тепловой энергии.The use of heat storage tank 15 ensures that the installation also operates at night due to the accumulated thermal energy.

Использование солнечных вакуумных коллекторов и установок с параболоцилиндрическими отражателями широко известно в технике. Например, «Солнечный опреснитель с параболоцилиндрическими отражателями» авторов Попова А. И. и Щеклеинв С. Е. по патенту РФ № 2668249, МПК C02F 1/14. В этом же патенте предложена схема слежения за солнцем. Известна так же ТЭЦ, построенная в Калифорнии (США), использующая параболоцилиндрическую систему из километровых по длине подобных отражателей и труб для предварительного нагрева воды до температуры выше 150 градусов Цельсия.The use of solar vacuum collectors and installations with parabolic cylindrical reflectors is widely known in the art. For example, “Solar desalination plant with parabolic cylindrical reflectors” by the authors A. I. Popov and S. E. Shchekleinv according to RF patent No. 2668249, IPC C02F 1/14. The same patent proposes a sun tracking scheme. A thermal power plant built in California (USA) is also known, using a parabolic-cylindrical system of kilometer-long similar reflectors and pipes to preheat water to temperatures above 150 degrees Celsius.

Энергоустановка по варианту 3 на фиг. 3 работает следующим образом. Даже в условиях слабой солнечной инсоляции представляется возможность с помощью двух зеркальной системы, состоящей из концентрирующего зеркала 22 и нескольких зеркал-гелиостатов 23, расположенных в пространстве, сконцентрировать суммарную солнечную энергию на обогреваемую камеру 1 (солнце условно обозначен буквой «С»).Power plant according to option 3 in Fig. 3 works as follows. Even in conditions of weak solar insolation, it is possible, using a two-mirror system consisting of a concentrating mirror 22 and several heliostat mirrors 23 located in space, to concentrate the total solar energy on a heated chamber 1 (the sun is conventionally designated by the letter “C”).

С этой целью камеру 1 располагают в фокусе концентрирующего зеркала 22, а плоские зеркала-гелиостаты 23 размещают полукругом на разной высоте (амфитеатром) по отношению к солнцу «С» таким образом, чтобы их отражения от солнца были перенаправлены на концентрирующее зеркало 1. Камеру 1 следует теплоизолировать с трех сторон, оставив открытой сторону, на которую подается сконцентрированное солнечное излучение от зеркала 22.For this purpose, camera 1 is placed at the focus of the concentrating mirror 22, and flat mirrors-heliostats 23 are placed in a semicircle at different heights (amphitheatre) in relation to the sun “C” so that their reflections from the sun are redirected to the concentrating mirror 1. Camera 1 should be thermally insulated on three sides, leaving open the side to which concentrated solar radiation from mirror 22 is supplied.

Подобные двух зеркальные системы с использованием большого числа зеркал-гелиостатов позволяют суммировать даже слабые солнечные излучения, а в условиях южных широт данный принцип концентрации энергии солнца применяется для плавки металлов и получения их сверхчистых сплавов.Similar two-mirror systems using a large number of heliostat mirrors make it possible to sum up even weak solar radiation, and in southern latitudes this principle of concentrating solar energy is used for melting metals and producing their ultra-pure alloys.

В работе «Энергетическая установка» авторов Фадеева П. Я и Фадеева В. Я. по патенту РФ № 2125165, МПК F01K 25/00, F03G 7/04 (патентообладатель институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева) указывается, что экономическая эффективность подобных установок в осенне-весенний период ниже, а чтобы увеличить перепад температур, источником тепла служит сжигание любым способом органического топлива: мазута, керосина, каменного угля или древесины.In the work “Power Plant” by the authors P. Ya. Fadeev and V. Ya. Fadeev under RF patent No. 2125165, IPC F01K 25/00, F03G 7/04 (patent holder Institute of Hydrodynamics named after M. A. Lavrentiev) it is indicated that the economic efficiency such installations are lower in the autumn-spring period, and in order to increase the temperature difference, the heat source is the combustion of organic fuel in any way: fuel oil, kerosene, coal or wood.

Предлагаемое изобретение свободно от этого недостатка, более универсально для применения в разных средах и при разных климатических условиях, поэтому следует ожидать его широкого применения на территориях, лишенных централизованных сетей энергоснабжения.The proposed invention is free from this drawback and is more universal for use in different environments and under different climatic conditions, so one should expect its widespread use in areas without centralized power supply networks.

Claims

1. A power plant operating under temperature differences in different environments, containing a heated chamber with easily evaporating and auxiliary liquids, a liquid atomizer, a condenser and a turbine connected by lines for supplying and discharging liquids, characterized in that the heated chamber is located in the flow of a warm or hot medium and in its upper part is equipped with a liquid sprayer located above an electric heater having wires with sealed leads, the condenser is also equipped with a liquid sprayer in its lower part, and the liquid supply line has a liquid intake inlet in the lower part of the chamber and is connected to the sprayer in the lower part of the condenser, the outlet line The liquid has a liquid intake inlet at the bottom of the condenser and is connected through a turbine and a check valve in series to a liquid atomizer in a heated chamber, and the wires from the sealed input of the electric heater are connected to the output of the electric generator located on the turbine axis.

2. A power plant operating under temperature differences in different environments, containing a heated chamber with easily evaporating and auxiliary liquids, a liquid sprayer, a condenser and a turbine connected by lines for supplying and discharging liquids, characterized in that the heated chamber is located in the liquid of a heat storage tank and in its upper part is equipped with a liquid sprayer located above an electric heater having wires with sealed leads, the condenser is also equipped in its lower part with a liquid sprayer, and the liquid supply line has a liquid intake inlet at the bottom of the chamber and is connected to the sprayer at the bottom of the condenser, the liquid outlet line has the liquid intake inlet at the bottom of the condenser and through the turbine and check valve in series is connected to the liquid atomizer in the heated chamber, the wires from the sealed input of the electric heater are connected to the output of the electric generator located on the turbine axis, and the liquid temperature sensor in the tank is connected to the electric drive of the pump, which is turned on between the tank and solar collectors or between the tank and the pipe of an installation with a parabolic reflector.

3. A power plant operating at temperature differences in different environments, containing a heated chamber with easily evaporating and auxiliary liquids, a liquid atomizer, a condenser and a turbine connected by lines for supplying and discharging liquids, characterized in that the heated chamber is located at the focus of the concentrating mirror and at its top part is equipped with a liquid sprayer located above an electric heater having wires with sealed leads, the condenser is also equipped in its lower part with a liquid sprayer, and the liquid supply line has a liquid intake inlet at the bottom of the chamber and is connected to the sprayer at the bottom of the condenser, the liquid outlet line has the liquid intake inlet at the bottom of the condenser and through the turbine and check valve in series is connected to the liquid atomizer in the heated chamber, the wires from the sealed input of the electric heater are connected to the output of the electric generator located on the axis of the turbine, and the flat mirrors-heliostats collecting solar insolation are focused on horizontal optical axis of the concentrating mirror.