Способ генерации и аккумулирования энергии



Способ генерации и аккумулирования энергии
Способ генерации и аккумулирования энергии

 


Владельцы патента RU 2577433:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный архитектурно-строительный университет" (RU)
Миронов Виктор Владимирович (RU)

Изобретение относится к способу генерации энергии. Способ генерации и аккумулирования энергии включает преобразование энергии потока воды с использованием явления гидравлического удара в напорном водоводе, накопление и хранение преобразованной энергии в герметичных воздушных емкостях под давлением. Для реализации способа напорный водовод снабжают подвижными в радиальном направлении частями стенок, устанавливают над подвижными стенками напорного водовода полусферические крышки. Жестко и герметично соединяют крышки с неподвижными стенками напорного водовода. Устанавливают на крышках патрубки, которые соединяют с всасывающими и нагнетательными воздушными линиями. Соединяют нагнетательные линии с емкостями. Приводят в радиальное возвратно-поступательное движение подвижные части стенок напорного водовода, которые всасывают в пространство под крышками атмосферный воздух, сжимают его при постоянной температуре в этом пространстве, перемещают воздух в емкости под давлением путем инициирования в напорном водоводе периодического гидравлического удара. Изобретение направлено на создание простого, экологически чистого способа генерации, накопления и хранения энергии. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к способам генерации энергии, в частности преобразованию энергии потока воды в пневматическую энергию, ее накоплению, хранению и, в зависимости от потребности, последующему преобразованию в полезную мощность (механическую, электрическую, тепловую или мощность для производства холода).

Известен способ генерации пневматической энергии путем сжатия атмосферного воздуха компрессорами, приводимыми в движение электрическими двигателями или двигателями внутреннего сгорания, и аккумулирования пневматической энергии в воздушных ресиверах. Смотри, например, [Насосы, вентиляторы, компрессоры. В.М. Черкасский, М., Энергоатомиздат, 1984, с. 296-388].

Недостатком этого технического решения является необходимость использования электрического двигателя или двигателя внутреннего сгорания для реализации способа, а также дополнительные затраты энергии на охлаждение воздуха при его сжатии.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) по наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при этом результату является способ преобразования энергии потока воды с использованием явления гидравлического удара, аккумулирования ее в виде гидравлической энергии, с последующим преобразованием накопленной энергии в полезную электрическую мощность [Патент Японии: JP 57181976(A), Hydraulic generator, 09.11.1982 г. ].

Недостатком прототипа является то, что в процессе преобразования кинетической энергии потока воды в полезную мощность путем использования явления гидравлического удара применяют пневмогидравлические накопители энергии воды. Накопить таким способом значительное количество энергии крайне проблематично. Вода практически несжимаемая среда, ее требуется очень много для накопления энергии, что приводит к внушительным размерам пневмогидравлических аккумуляторов или использованию большого их количества. Это обстоятельство существенно удорожает себестоимость получаемой конечной полезной электрической энергии.

Технической задачей, стоящей перед изобретением, является создание простого, экологически чистого способа генерации, накопления и хранения энергии, которая в последующем может быть преобразована в любой вид полезной энергии (механической, электрической, тепловой или энергии для производства холода) с достаточно низкой себестоимостью.

Согласно изобретению техническая задача решается следующим образом. Способ генерации и аккумулирования энергии включает преобразование энергии потока воды с использованием явления гидравлического удара в напорном водоводе, накопление и хранение преобразованной энергии в герметичных воздушных емкостях под давлением. Для этого снабжают напорный водовод, подвижными в радиальном направлении частями стенок (гибкими мембранами), устанавливают над подвижными стенками напорного водовода полусферические крышки, герметично соединяют полусферические крышки с неподвижными стенками водовода, устанавливают на крышках патрубки с всасывающими и нагнетательными воздушными клапанами, соединяют патрубки с всасывающими и нагнетательными воздушными линиями, соединяют нагнетательные линии с герметичными воздушными емкостями, приводят в радиальное возвратно-поступательное движение подвижные части стенок напорного водовода, которые всасывают в пространство под полусферическими крышками атмосферный воздух, сжимают его в этом пространстве и перемещают воздух в герметичные воздушные емкости под давлением путем инициирования в напорном водоводе периодического гидравлического удара.

Кроме того, герметичные воздушные емкости выполняют в виде эластичных оболочек, способных сжиматься под давлением, помещают оболочки под уровень воды на заданную глубину, обеспечивают, таким образом, постоянный во времени отбор накопленной пневматической энергии, вплоть до полного опорожнения герметичных воздушных емкостей, за счет действия снаружи на эластичные оболочки постоянного во времени гидростатического давления воды на заданной глубине, вытесняя тем самым воздух из герметичных воздушных емкостей. В указанном способе устанавливают над подвижными в радиальном направлении частями стенок напорного водовода пневматические цилиндры одностороннего действия с коротким ходом, приводят их в действие совершаемой водой механической работой по возвратно-поступательному радиальному перемещению подвижных частей стенок напорного водовода, соединенных с поршнями пневматических цилиндров.

В предложенном способе кинетическая энергия объема воды, движущейся в напорном водоводе с первоначальной скоростью (до инициирования гидравлического удара), преобразуется при срабатывании ударных клапанов в потенциальную энергию упругой деформации воды, стенок напорного водовода и механическую работу по возвратно-поступательному перемещению гибких мембран. Под действием выполняемой водой механической работы совершается всасывание атмосферного воздуха через всасывающие клапаны, его сжатие в полостях между мембранами и полусферическими крышками и перемещение воздуха через нагнетательные клапаны по нагнетательной линии в герметичные воздушные емкости (аккумуляторы пневматической энергии). Сжатие воздуха происходит практически при изотермическом процессе, так как гибкие мембраны, имеющие значительную площадь поверхности, постоянно омываются с обратной стороны потоком воды в напорном водоводе и охлаждают сжимаемый воздух, значительно повышая эффективность процесса сжатия газа. Сжатие воздуха можно производить в пневматических цилиндрах одностороннего действия с коротким ходом, установленных над подвижными частями стенок напорного водовода и приводимых в действие возвратно-поступательным радиальным перемещением подвижных частей стенок напорного водовода (гибких мембран), соединенных с поршнями пневматических цилиндров штоками. При этом для охлаждения сжимаемого воздуха пневматические цилиндры должны омываться снаружи потоком воды, т.е. напорный водовод должен находиться под уровнем воды в природном или техногенном водотоке.

Способ генерации и аккумулирования энергии реализуется следующим образом (Фиг. 1). Генераторы энергии сооружают в виде напорных водоводов (1) с ударными клапанами (2), часть стенок которых (3) способны к радиальным перемещениям под действием изменяющегося в водоводах давления, вызванного периодическим гидравлическим ударом, герметично прикрепляют к неподвижным стенкам напорных водоводов над подвижными частями его стенок (гибкими мембранами) полусферические крышки (4), снабженные патрубками с всасывающими и нагнетательными воздушными клапанами, соединенными с всасывающими и нагнетательными воздушными линиями, соединяют нагнетательные линии с герметичными емкостями (5), создают в напорных водоводах гидравлический удар с использованием гидротаранов [Гидравлика. Н.Н. Кременецкий, Д.В. Штеренлихт, В.М. Алышев, Л. В. Яковлева, М., Энергия, 1973, с. 215-217]. Гидравлический удар, инициируемый ударными клапанами (2), приводит к колебаниям давления в напорном водоводе (1) и радиальным перемещениям подвижных частей стенок водовода (гибких мембран) (3), сжимающих воздух, находящийся в полусферических крышках (4), и выталкивающих его в нагнетательные воздушные линии, соединенные с герметичными воздушными емкостями (5). При проходе в напорном водоводе обратной волны давления (волны разрежения), вызванной высвобождением энергии упругой деформации воды и стенок напорного водовода, полученной при повышении ударного давления, подвижные стенки водовода (гибкие мембраны) (3) совершают обратное радиальное перемещение в другую сторону, забирая через всасывающие линии и всасывающие клапаны атмосферный воздух, заполняют пространство между гибкими мембранами (3) и полусферическими крышками (4). Далее процесс всасывания и нагнетания воздуха циклически повторяется. Воздух из нагнетательной линии под высоким давлением поступает в герметичные воздушные емкости (аккумуляторы пневматической энергии) (5) с последующей раздачей воздуха потребителям (6). Аккумулятором пневматической энергии (ресивером) может являться герметичная емкость, способная выдерживать высокие давления, герметичная соляная или другая горная выработка, эластичные оболочки, способные изменять свою форму под действием давления и помещенные под уровень воды на заданную глубину. Чем глубже находятся эластичные, герметичные оболочки под уровнем воды, тем большую пневматическую энергию они могут накопить и сохранить. Аккумулятором пневматической энергии может быть отслуживший свой срок по прямому назначению, не прошедший диагностику отрезок магистрального трубопровода (водовода, нефтепровода или газопровода) длиной в несколько километров или десятков километров, но способный еще долгое время выдерживать меньшие давления по сравнению с рабочими (до 10 атм.).

Возможна реализация способа генерации и аккумулирования энергии следующим образом (Фиг. 2). Генераторы энергии сооружают в виде напорных водоводов (1) с ударными клапанами (2), часть стенок которых (3) способны к радиальным перемещениям под действием изменяющегося в водоводах давления, вызванного периодическим гидравлическим ударом, устанавливают над подвижными частями его стенок (гибкими мембранами) (3) пневматические цилиндры с коротким ходом поршня (4), снабженные патрубками с всасывающими и нагнетательными воздушными клапанами, соединенными с всасывающими и нагнетательными воздушными линиями, соединяют нагнетательные линии с герметичными емкостями (5), с последующей раздачей пневматической энергии потребителям (6), создают в напорных водоводах (1) гидравлический удар при помощи ударных клапанов (2).

Использование заявленного технического решения обеспечивает выработку, накопление и хранение достаточного для практического использования количества экологически чистой пневматической энергии, с малой себестоимостью, для автономного энергоснабжения жилых и производственных зданий, расположенных на удаленных от централизованного энергоснабжения территориях. Сохраненную пневматическую энергию в отличие от гидравлической энергии прототипа можно транспортировать по воздуховодам на достаточно большие расстояния (до 20 км) без значительных потерь. Способ генерации и аккумулирования пневматической энергии предусматривает использование стандартной, хорошо известной системы подготовки воздуха, его очистки и обезвоживания.

1. Способ генерации и аккумулирования энергии, включающий преобразование энергии потока воды с использованием явления гидравлического удара в напорном водоводе, накопление и хранение преобразованной энергии в герметичной воздушной емкости под давлением, отличающийся тем, что снабжают напорный водовод подвижными в радиальном направлении частями стенок, устанавливают над подвижными стенками напорного водовода полусферические крышки, соединяют герметично полусферические крышки с неподвижными стенками напорного водовода, устанавливают на крышках патрубки с всасывающими и нагнетательными воздушными клапанами, соединяют патрубки с всасывающими и нагнетательными воздушными линиями, соединяют нагнетательные линии с герметичными воздушными емкостями, приводят гидравлическим ударом в радиальное возвратно-поступательное движение подвижные части стенок напорного водовода, которые всасывают в пространство под полусферическими крышками атмосферный воздух, сжимают его в этом пространстве и перемещают воздух в герметичные воздушные емкости.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что герметичные воздушные емкости выполняют в виде эластичных оболочек, способных изменять свою форму под действием давления, помещают оболочки под уровень воды на заданную глубину, обеспечивают, таким образом, постоянный во времени отбор накопленной пневматической энергии, вплоть до полного опорожнения герметичных воздушных емкостей, за счет действия снаружи на эластичные оболочки постоянного во времени гидростатического давления воды на заданной глубине, вытесняя тем самым воздух из герметичных воздушных емкостей.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сжатие воздуха производят посредством установки над подвижными в радиальном направлении частями стенок напорного водовода пневматических цилиндров одностороннего действия с коротким ходом, приводят их в действие совершаемой водой механической работой по возвратно-поступательному радиальному перемещению подвижных частей стенок напорного водовода, соединенных с поршнями пневматических цилиндров.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидроэнергетике. Гидроэлектростанция содержит водовод 1 с входным конфузором 3 и выходным диффузором 4, разделенный вертикальными стенками 13 на рабочую и аварийную магистрали 14 и 15.

Изобретение относится к области гидротехнического строительства и может быть использовано при строительстве гидравлических и гидроаккумулирующих электростанций (ГЭС и ГАЭС).

Изобретение касается установки по производству электроэнергии. Установка (1) содержит, по меньшей мере, частично погруженные в воду устройства (14, 16, 18, 20) производства электроэнергии.

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии и пресной воды, а также трубопроводов гидравлических систем. Опускная труба содержит входной и основной участки со стенками, ограниченными поверхностями вращения.

Наплавная микрогидросолнечная электростанция относится к возобновляемым источникам энергии и предназначена для снабжения электроэнергией малой мощности жилых и нежилых помещений, электрических и электронных приборов, устройств уличного освещения, а также объектов социально-бытового назначения и полевого базирования, расположенных вблизи равнинных текущих рек, ручьев, протоков, водосбросов.

Изобретение относится к гидроэнергетике, в частности к конструкциям устройств для выработки электроэнергии за счет энергии гидравлического потока реки, покрытой льдом.

Изобретение относится к области систем генерирования электроэнергии во время смены уровней воды в судоходных шлюзах. Система генерирования электроэнергии в судоходном шлюзе содержит по крайней мере одну судоходную камеру шлюза для соединения первого судоходного водоема с высоким уровнем воды и второго судоходного водоема с низким уровнем воды, водопропускной проход с турбиной и отверстиями, по крайней мере по одному отверстию у водоемов соответственно и два отверстия у судоходной камеры шлюза, а также блок управления шлюзом, первый выход которого соединен с турбиной.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к способам использования водных ресурсов малых рек и техногенных потоков для генерирования электрической энергии.

Изобретение относится к области гидроэнергетики, в частности к строительству низконапорных гидроэлектростанций. При осуществлении способа строительства ОПЭС, совмещенной с СПК 1, все составляющие строящегося объекта в виде готовых железобетонных или металлических блоков от завода до места сборки доставляют наплавным способом.

Изобретение относится к области гидромашиностроения в части возобновляемых источников энергии. Гидропульсор содержит подвод 1, направляющий аппарат 2 с лопатками 3, образующими центростремительные сливные каналы 4, размещенными над этими каналами 4 лопатками 5, образующими центростремительные напорные каналы, и установленное на валу 22 рабочее колесо 8 с основными 10 и дополнительными лопастями, образующими сливные 11 и напорные центростремительные каналы гидротурбинной ступени колеса, причем выход каналов 11 выполнен в диффузор отсасывающей трубы 26, с размещенными над напорными каналами радиальными лопастями центробежной напорной насосной ступени колеса.

Изобретение относится к энергетике. Магнитомеханический бойлер содержит герметичный корпус теплогенератора, заполненный магнитной жидкостью, в которую погружен его ферромагнитный ротор со сквозными каналами циркуляции магнитной жидкости внутри корпуса, который размещен в теплоизолированном баке, заполненном теплоносителем и снабженным патрубками теплогидравлической связи с потребителями тепловой энергии, на наружной поверхности ферромагнитного ротора выполнена дополнительная короткозамкнутая обмотка в виде омедненной цилиндрической поверхности, а на его нижнем торце выполнены лопасти, вал ротора гидроизолирован от соосной пропеллерной мешалки бака, на дне которого расположены теплоаккумулирующие емкости с легкоплавким веществом; в ферромагнитном статоре дополнительно выполнены сквозные продольные пазы циркуляции магнитной жидкости вдоль рабочего зазора между ротором и статором с обмотками. Также представлены магнитная жидкость для управляемого энергообмена в магнитомеханическом бойлере и применение указанной магнитной жидкости в качестве управляемой среды в объектах теплоэнергетики. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса энергообмена и теплопередачи. 3 н. и 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для преобразования механической энергии движения водной среды в электрическую энергию. Устройство для преобразования энергии движения водной среды 3 в электрическую энергию содержит опору 4, герметизированное гибкое полотнище 1, прикрепленное к опоре 4, вмонтированные в ткань гибкого полотнища 1 элементы-преобразователи механических воздействий на полотнище 1 в электрические сигналы, вмонтированные в ткань гибкого полотнища 1 элементы-преобразователи этих электрических сигналов в однополярный электрический ток, который подается потребителю. Всему гибкому полотнищу 1 придана плавучесть и оно размещено снизу вверх в водной среде, удерживаясь своим основанием 4. Изобретение направлено на обеспечение свободного взаимодействия устройства с текучей водной средой. 1 ил.

Изобретение относится к способу и системе для извлечения энергии из перемещающихся текучих сред. В способе извлечения механической энергии из перемещающихся масс текучей среды, текучая среда входит в инкапсулирующее средство. Замедляющее средство уменьшает скорость инкапсулированной текучей среды почти до нулевой скорости, передавая всю или почти всю механическую энергию изначально во входящей текучей среде на замедляющее средство. Изобретение направлено на увеличение количества извлеченной энергии. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 16 ил.

Изобретение относится к гидроэнергетике, а именно к конструкции свободнопоточных микрогидроэлектростанций, преобразующих кинетическую энергию свободного потока воды в электрическую. Погружная свободнопоточная микрогидроэлектростанция включает лопасти 3, герметизированный электрогенератор, соединенный с гидротурбиной с горизонтальной осью вращения. На валу 1 гидротурбины жестко установлена рама 2, к которой закреплена ортогональная лопасть 3. Верхняя часть лопасти 3 закреплена подвижно с помощью скользящего подшипника 4. Нижняя закреплена при помощи пружины 5, одна сторона которой установлена в раме 2, а другая - в лопасти 3. Изобретение направлено на усовершенствование конструкции крепления лопастей ортогональной турбины с целью увеличения устойчивости к вибрациям, повышения эффективности работы свободнопоточной погружной микрогидроэлектростанции. 1 ил.

Изобретение относится к малой гидроэнергетике. Осевая гидротурбина содержит направляющий аппарат с внутренним корпусом 2, установленным на валу 11, рабочее колесо 5, размещенное в камере 6, с лопастями 7 криволинейной формы, закрепленными на корпусе 8, струевыравнивающую часть, выполненную из соосно расположенных внешнего корпуса 18 и внутреннего корпуса в виде втулки 19 и лопаток 20 изогнутой формы, одними концами закрепленных на втулке 19, а другими соединенных с внешним корпусом 18 резьбовыми соединениями 21. Передние части лопаток 20 направлены против вращения рабочего колеса 5, а задние части расположены параллельно оси вала 11. Струевыравнивающая часть одним торцом внешнего корпуса 18 соединена с камерой 6 рабочего колеса 5, вблизи корпуса 8 которого размещена одним торцом втулка 19 с жестко закрепленным на другом торце обтекателем 22 каплевидной формы, а другим торцом внешнего корпуса 18 соединена с водоотводящей частью 17. Изобретение позволяет повысить кпд осевой гидротурбины. 8 ил.

Изобретения относятся к области ветроэнергетики и гидроэнергетики и могут быть использованы для привода различных устройств, а также для производства электроэнергии. УВГСУ содержит лопасти, меняющие свое положение по отношению направления ветра или потока воды, а именно: в рабочей фазе лопасти устанавливаются перпендикулярно направлению ветра или потока воды, создавая максимальный крутящий момент, а в нерабочей фазе устанавливаются вдоль направления ветра или потока воды, создавая минимальное сопротивление при обратном ходе, тем самым обеспечивая высокий коэффициент использования энергии ветра и воды. УВГСУ содержит лопасти, установленные на периферии, на стяжках, соединяющих ободья, находящихся на некотором расстоянии, на шарнирах и могут вращаться относительно оси стяжки, пока не упрутся на упоры, установленные на верхних и нижних дисках, для установок малой мощности или на трубе, соединяющей диски, для установок большой мощности, имеющие возможность возвратно-поступательного движения, упоры приводятся в движение за счет кулачков, жестко сидящих на стойке и пружины, расположенной в корпусе упора. Когда лопасть находится на вершине, напротив ветра или потока воды, располагаясь вдоль, упоры выдвинуты и лопасть ложится на упоры. При дальнейшем вращении совместно с упорами, лопасть устанавливается перпендикулярно движению потока воды или ветру, работая в части траектории как парус, создавая максимальный крутящий момент. При дальнейшем вращении упоры, попадая во впадины кулачков и с помощью пружины уходят из контакта, и лопасть, оставаясь без опоры, уходит в свободное плавание, находясь шарнирно на стяжке. При дальнейшем вращении лопасть с помощью ветра или потока воды устанавливается по ветру или вдоль потока воды, создавая минимальное сопротивление при обратном ходе. УВГСУ могут быть сборно-разборными и переносными для туристов, геологов, рыбаков, так как установка при малых габаритах создает большие мощности. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к расширительным турбинам, работающим на основе криогенной жидкости. Турбина содержит рабочее колесо (6) турбины, смонтированное на вращающемся валу (8), по меньшей мере один радиальный впуск (12) для криогенной жидкости, подлежащей расширению в расширительной турбине, и сухое газовое уплотняющее средство (30) в месте вдоль вращающегося вала (8) между рабочим колесом (6) турбины и подшипниками (20 и 22). Также имеется термический барьерный элемент (70) между рабочим колесом (6) турбины и сухим газовым уплотняющим средством (30), газовая камера (76) на стороне сухого газового уплотняющего средства (30) термического барьерного элемента (70) и впуск (78) для криогенного газа в указанную газовую камеру (76). Использование изобретения направлено на повышение надежности работы газовой турбины. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх