Энергетическая система для одновременного производства электрической энергии, холода и получения пресной воды из окружающей среды - RU2465468C1
Код документа: RU2465468C1
Чертежи
Описание
Изобретение относится к многофункциональным энергетическим установкам, в которых в качестве рабочего вещества используют сжатый газ или жидкость под высоким давлением.
Из уровня техники известны различные устройства для получения тепловой и электрической энергии (см., например, патент RU 2387072, опубл. 2010 г.).
Известны устройства для получения биологически чистой пресной воды при конденсации влаги из атмосферного воздуха (см., например, RU 2185482, опубл. 2002 г.).
Аналогов, позволяющих получать одновременно электрическую энергию, холод и пресную воду из окружающей среды, не обнаружено.
Задачей заявляемого изобретения является создание системы, обеспечивающей возможность одновременного получения электрической энергии, холода и пресной воды из окружающей среды при использовании в качестве рабочего вещества сжатого газа или жидкости под высоким давлением.
Задача решается тем, что энергетическая система для производства электрической энергии, холода и пресной воды из окружающей среды включает теплоизолированные емкости, каждая из которых соединена посредством трубопроводов, с одной стороны, с резервно-расходным баком для рабочего тела, а с другой, - с двигательной установкой, выходной вал которой соединен с генератором электрической энергии, при этом упомянутые емкости соединены между собой с образованием контура для циркуляции рабочего тела с возможностью его подогрева перед подачей в двигательную установку, которая выполнена с возможностью отвода отработанного рабочего тела в систему для утилизации холода, включающую емкость для приема отработанного рабочего тела от двигательной установки, соединенную с установкой для дополнительного охлаждения и конденсации рабочего тела, которая выходным патрубком соединена с теплообменниками-конденсаторами, установленными с возможностью взаимодействия с воздухом окружающей среды и конденсации из него пресной воды, при этом теплообменники-конденсаторы соединены с упомянутым резервно-расходным баком для подачи в него рабочего тела.
Система может содержать три теплоизолированных емкости, каждая из которых снабжена двумя входными и двумя выходными вентилями, при этом один входной и один выходной вентиль каждой из упомянутых емкостей объединены в замкнутый контур, содержащий нагреватель, оставшиеся входные вентили соединены с резервно-расходным баком для рабочего тела, а оставшиеся выходные вентили соединены с двигательной установкой.
Установка для дополнительного охлаждения и конденсации рабочего тела может состоять из компрессора, вал которого соединен с выходным валом двигательной установки, теплообменника-регенератора для отопительной системы и конденсатора.
В качестве рабочего тела может использоваться жидкая углекислота под высоким давлением.
Изобретение поясняется иллюстративным материалом.
На фиг.1 представлена общая схема предлагаемой установки, на фиг.2 представлена схема подачи рабочего тела к двигательной установке.
Энергетическая система для производства электрической энергии, холода и пресной воды из окружающей среды включает три теплоизолированных емкости 1 (А, В, С) высокого давления (200 атм), каждая из которых снабжена двумя входными (А2, А4), (В2, В4), (С2, С4) и двумя выходными (А1, A3), (В1, В3), (C1, C3) вентилями, при этом один входной и один выходной вентиль каждой из упомянутых емкостей (А1, А4), (В1, В4), (C1, C4) объединены в замкнутый контур, содержащий нагреватель 2 и насос 14. Оставшиеся входные вентили (А2, В2, С2) соединены по трубопроводам через общий вентиль 3 и насос 4 с резервно-расходным баком 5 для рабочего тела, а оставшиеся выходные вентили (A3, В3, С3) соединены по трубопроводам с двигательной установкой 6. Выходной вал двигательной установки 6 соединен с генератором электрической энергии 7. Для непрерывной и стабильной работы в системе могут использоваться дополнительные источники электрической энергии 15 - резервно-комбинированные, такие как газотурбинные, гидротурбинные или ветровые установки, газовые двигатели, солнечные батареи, аккумуляторные батареи и др. Выбор конкретной установки зависит от назначения, местонахождения, климатических условий. Применение параллельных систем позволит компенсировать расходы электрической энергии в пиковые часы ее потребления компрессором, насосом и другими энергопотребляющими узлами системы.
Двигательная установка 6 выполнена с возможностью отвода отработанного рабочего тела в систему для утилизации холода, которая включает емкость 8 для приема отработанного рабочего тела от двигательной установки, соединенную с установкой для дополнительного охлаждения и конденсации рабочего тела, которая, в свою очередь, может состоять из соединенных между собой посредством труб компрессора 9, теплообменника-регенератора 10 для отопительной системы и конденсатора 11. Последний выходным патрубком соединен с теплообменниками-конденсаторами 12, установленными с возможностью взаимодействия с воздухом окружающей среды и конденсации из него пресной воды, которая собирается в водосборник 13. Теплообменники-конденсаторы 12 соединены с упомянутым резервно-расходным баком 5 для подачи в него рабочего тела.
Работа предлагаемого изобретения поясняется с помощью следующего примера реализации.
Открыв общий вентиль 3 и А2, В2 и включив насос 4, из резервно-расходного бака 5 заполняют жидким СО2 с температурой - 56°С теплоизолированные емкости А и В, после чего указанные вентили закрывают. Емкость С остается свободной для приема отработанного CO2. Далее открывают в сосуде А вентили А1 и А4. В замкнутом контуре посредством насоса 14 и нагревателя 2 повышают температуру рабочего тела до -18…+20°С, после чего закрывают вентили А1 и А4. Одновременно открывают вентили В1 и В4 и также посредством насоса 14 и нагревателя 2 повышают температуру рабочего тела до -18…+20°С, после чего открывают вентиль A3, через который рабочее тело под давлением 50-70 атм поступает в двигательную установку 6, выходной вал которой соединен с генератором 7 электрической энергии. Таким образом получается электрическая энергия.
Отработанный CO2 из двигателя поступает в емкость 8, в которой охлаждается до -79°С (50% в виде сухого льда, 50% в виде газа), и посредством компрессора 9, вал которого может быть соединен с выходным валом двигательной установки 6, теплообменника-регенератора 10 для отопительной системы (в котором газ сжимается и нагревается до 85-110°С) и конденсатора 11, преобразуется в жидкое состояние с температурой - 56°С. Таким образом происходит получение холода.
Из конденсатора 11 жидкий СО2 подается в теплообменники-конденсаторы 12, на которых конденсируются водяные пары, поступающие в водосборник 13. Таким образом получают пресную воду.
Сбор вредного отработанного CO2 и использование его же в качестве рабочего тела повышают экологичность предлагаемой системы.
Таким образом, предлагаемая система одновременно позволяет получать электрическую энергию, холод и пресную воду из окружающей среды при использовании в качестве рабочего вещества сжатого газа или жидкости под высоким давлением.
Реферат
Изобретение относится к многофункциональным энергетическим установкам, в которых в качестве рабочего вещества используют сжатый газ или жидкость под высоким давлением. Энергетическая система для производства электрической энергии, холода и пресной воды из окружающей среды включает теплоизолированные емкости. Каждая из емкостей соединена посредством трубопроводов с резервно-расходным баком для рабочего тела и с двигательной установкой. Выходной вал двигательной установки соединен с генератором электрической энергии. Емкости соединены между собой с образованием контура для циркуляции рабочего тела с возможностью его подогрева перед подачей в двигательную установку. Двигательная установка выполнена с возможностью отвода отработанного рабочего тела в систему для утилизации холода. Система для утилизации холода включает емкость для приема отработанного рабочего тела от двигательной установки, соединенную с установкой для дополнительного охлаждения и конденсации рабочего тела. Установка для дополнительного охлаждения и конденсации рабочего тела выходным патрубком соединена с теплообменниками-конденсаторами, установленными с возможностью взаимодействия с воздухом окружающей среды и конденсации из него пресной воды. Теплообменники-конденсаторы соединены с резервно-расходным баком. Энергетическая система одновременно позволяет получать электрическую энергию, холод и пресную воду из окружающей среды. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.
