Спосіб, пристрій та система для перетворення енергії

1. Спосіб перетворення енергії, який включає перетворення негазоподібного носія в газоподібний носій шляхом введення теплової енергії, внаслідок чого газоподібний носій здіймається догори і отримує потенційну енергію, зворотне перетворення газоподібного носія на заданому рівні висоти в негазоподібний носій шляхом охолодження газоподібного носія за допомогою транспортуючого засобу, перетворення потенційної енергії регенерованого негазоподібного носія в іншу форму енергії та використання здійсненого шляхом охолодження носія нагрівання транспортуючого засо 2 (19) 1 3 92074 4 19. Пристрій за будь-яким із пп. 14-18, який відріково застосовують далі в замкнутому циклі з перезняється тим, що додатково містить проміжний творенням негазоподібного носія в газоподібний. 11. Спосіб за будь-яким із пп. 1-10, який відрізняколектор, виконаний зі здатністю проміжного накоється тим, що регенерований негазоподібний нопичення регенерованого негазоподібного носія сій під час операції перетворення негазоподібного перед перетворенням потенційної енергії носія в носія в газоподібний дистилюють шляхом перетіншу форму енергії. 20. Пристрій за будь-яким із пп. 14-19, який відріворення в газоподібний носій, причому дистильозняється тим, що пристрій для перетворення еневаний регенерований негазоподібний носій перед перетворенням або після перетворення в іншу ргії має шлях падіння, виконаний зі здатністю пеформу енергії принаймні частково відбирають. ретворення потенційної енергії в кінетичну енергію 12. Спосіб за будь-яким із пп. 1-11, який відрізняшляхом скидання регенерованого негазоподібного ється тим, що газоподібний носій здіймається доносія з більшого рівня висоти на нижчий рівень гори в порожнині, що містить наповнювач, який висоти, а також містить перетворювач енергії, випідхоплюється носієм. конаний зі здатністю перетворення кінетичної ене13. Спосіб за будь-яким із пп. 1-12, який відрізняргії в іншу форму енергії. ється тим, що для перетворення потенційної ене21. Пристрій за будь-яким із пп. 14-20, який відрізняється тим, що пристрій для перетворення енергії носія в іншу форму енергії, регенерований негазоподібний носій скидають з більшого рівня ргії виконаний зі здатністю перетворення потенвисоти на нижчий рівень висоти для приведення в ційної енергії регенерованого негазоподібного дію турбіни, встановленої на нижчому рівні. носія в механічну енергію, в електричну енергію, в 14. Пристрій для перетворення енергії, що містить енергію для створення хімічного енергоносія або в порожнину; розміщений на нижньому кінці пороженергію для створення фізичного енергоносія. 22. Пристрій за будь-яким із пп. 14-21, який відрінини змінювач агрегатного стану, виконаний зі зняється тим, що додатково містить проміжний здатністю перетворення негазоподібного носія в газоподібний носій шляхом введення теплової колектор, виконаний зі здатністю проміжного накоенергії, внаслідок чого носій здіймається вгору в пичення регенерованого негазоподібного носія порожнині і отримує потенційну енергію, розміщепісля перетворення потенційної енергії носія в ний на верхньому кінці порожнини колектор, викоіншу форму енергії. 23. Пристрій за будь-яким із пп. 14-22, який відрінаний зі здатністю накопичення негазоподібного зняється тим, що пристрій для перетворення ененосія, регенерованого із газоподібного носія, при цьому колектор має холодильний агрегат, виконаргії виконаний зі здатністю підведення регенероний зі здатністю зворотного перетворення газопованого негазоподібного носія після перетворення дібного носія у негазоподібний носій шляхом пропотенційної енергії в іншу форму енергії знову до пускання охолоджувального транспортуючого змінювача агрегатного стану, розташованого в засобу, пристрій для перетворення енергії, виконижньому кінці порожнини. 24. Пристрій за будь-яким із пп. 14-23, який відрінаний зі здатністю перетворення потенційної енерзняється тим, що холодильний агрегат має відбігії регенерованого негазоподібного носія в іншу форму енергії, та зворотний тепловий трубопровід рний патрубок, виконаний зі здатністю щонаймендля нагрітого транспортуючого засобу, встановлеше часткового відбору регенерованого ний між холодильним агрегатом і змінювачем агнегазоподібного носія перед перетворенням потерегатного стану, розташованим в нижньому кінці нційної енергії в іншу форму енергії або після такопорожнини. го перетворення. 15. Пристрій за п. 14, який відрізняється тим, що 25. Пристрій за будь-яким із пп. 14-24, який відрізняється тим, що порожнина виконана з можливідодатково містить елемент для введення енергії, виконаний зі здатністю розподіленого введення стю підхоплення носієм наявного в ній наповнюватеплової енергії по всій висоті порожнини. ча. 16. Пристрій за п. 14 або 15, який відрізняється 26. Пристрій за будь-яким із пп. 14-25, який відрізняється тим, що пристрій для перетворення енетим, що додатково містить елемент для отримання енергії, виконаний зі здатністю отримання необргії має шлях падіння, виконаний зі здатністю пехідної для введення теплової енергії із теплоти ретворення потенційної енергії в кінетичну енергію Землі, теплоти води, теплоти повітря, викопних шляхом скидання регенерованого негазоподібного енергоносіїв, ядерних енергоносіїв і/або сонячної носія з більшого рівня висоти на нижчий рівень енергії. висоти, при цьому пристрій для перетворення 17. Пристрій за п. 14, який відрізняється тим, що енергії має турбіну, встановлену на нижчому рівні холодильний агрегат має охолоджувальні ділянки, та виконану з можливістю приведення в дію шлявиконані зі здатністю охолодження газоподібного хом скидання носія. носія при протіканні транспортуючого засобу. 27. Система, що містить пристрій за будь-яким із 18. Пристрій за будь-яким із пп. 14-17, який відріпп. 14-26 та принаймні один пристрій, виконаний зі зняється тим, що колектор має засіб для введенздатністю отримання теплової енергії, яку викориня безпосередньо в носій речовини, здатної підсистовує пристрій за одним із пп. 14-26. лювати зворотне перетворення газоподібного носія в негазоподібний носій. 5 Винахід стосується способу, пристрою та системи для перетворення енергії. Прикладом пристрою для перетворення енергії є електростанція, що працює на висхідних потоках повітря. У такій електростанції повітря нагрівається сонцем і спрямовується в трубу, по якій воно здіймається. Розташована в трубі турбіна може із потоку повітря виробляти електричний струм. Винахід базується на міркуванні, що в таких та інших пристроях для перетворення енергії наявна енергія не використовується оптимальним чином. Винахід створює альтернативну або додаткову розробку для перетворення наявної теплової енергії, яка до того ж дозволяє більш ефективно застосовувати перетворення, ніж це можливо за допомогою відомих пристроїв. Пропонується спосіб перетворення енергії, який включає в себе такі операції: а) перетворення негазоподібного носія в газоподібний носій шляхом введення теплової енергії, внаслідок чого газоподібний носій здіймається вгору і отримує потенційну енергію; б) зворотнє перетворення газоподібного носія на заданому рівні висоти в негазоподібний носій та в) перетворення потенційної енергії регенерованого негазоподібного носія в іншу форму енергії. Далі пропонується пристрій для перетворення енергії. Пристрій має порожнину. Крім того, в нижньому кінці порожнини пристрій має змінювач агрегатного стану, призначений для перетворення негазоподібного носія в газоподібний носій шляхом введення теплової енергії, внаслідок чого носій підіймається в порожнині вгору і отримує потенційну енергію. Крім того, пристрій має розташований на верхньому кінці порожнини колектор, призначений для накопичення негазоподібного носія, регенерованого із газоподібного носія. Крім того, пристрій має засіб для перетворення енергії, здатний до перетворення потенційної енергії регенерованого негазоподібного носія в іншу форму енергії. Нарешті, пропонується система, що включає в себе такий пристрій та додатково інший пристрій, призначений для отримання теплової енергії, яку надають змінювачу агрегатного стану. Отже, пропонується застосовувати наявну теплову енергію для отримання потенційної енергії, яку потім знову можна перетворити в бажану форму енергії. При цьому потенційну енергію отримують шляхом переведення негазоподібного тобто твердого чи рідкого - носія в газоподібний агрегатний стан і його здіймання нагору. Будучи знову перетвореним в негазоподібний агрегатний стан, носій з введеною потенційною енергією служить потім для отримання енергії. Перевагою винаходу є те, що він дозволяє здійснювати ефективне перетворення наявної теплової енергії в бажану форму енергії. До того ж, він може бути реалізований з використанням порівняно малих габаритів конструкції. Крім того, за умови відповідного вибору введеної теплової енергії винахід може бути реалізований таким чином, що взагалі не будуть мати місця шкідливі викиди. Загалом же для отримання бажаної теплової енергії можуть бути застосовані 92074 6 будь-які джерела енергії. Так, введена теплова енергія може походити із теплоти Землі, теплоти води, теплоти повітря, із викопного носія енергії, із носія ядерної енергії і/або сонячної енергії. Теплову енергію можна вводити виключно на відправній точці носія, що здіймається вгору, тобто в конструктивному аспекті - виключно за допомогою змінювача агрегатного стану. Однак в альтернативному варіанті теплову енергію можна вводити в носій, розподіливши її по всій висоті, яку має подолати газоподібний носій. До того ж, пристрій може мати відповідно розташований елемент для введення енергії. Такий елемент для введення енергії може складатися із самого елемента для отримання енергії, або може забезпечуватися енергією від елемента для отримання енергії. Розподіл введеної теплової енергії по всій висоті має ту перевагу, що загалом потрібно ввести менше зовнішньої теплової енергії. Таким чином можна на обраних рівнях або безперервно по всій висоті порожнини подавати саме стільки енергії, щоб носій залишався у газоподібному стані аж до досягнення рівня заданої висоти. Крім того, винахід може бути реалізований як значно компактніший та економічно вигідніший, коли, наприклад, сонячні колектори як елементи отримання та введення енергії встановлюють безпосередньо на оболонці порожнини, по якій здіймається вгору газоподібний носій, або коли вони навіть утворюють цю оболонку цілком чи частково. Елемент для введення енергії може повністю оточувати порожнину, в якій здіймається нагору газоподібний носій, або, наприклад у випадку сонячних колекторів, бути розташованим лише на сонячній стороні. Крім того, елемент може простягатися на всю висоту порожнини або бути присутнім лише на певному обраному відрізку висоти або на кількох обраних відрізках висоти. В одному варіанті виконання зворотнє перетворення газоподібного носія в негазоподібний носій може відбуватися шляхом охолодження газоподібного носія. При цьому охолодження може здійснюватися за допомогою холодильного агрегата. Охолодження при цьому може відбуватися, наприклад, шляхом того, що транспортуючий засіб (тобто середовище) проходить через ділянки охолодження холодильного агрегата, розташовані на заданій висоті. При цьому ділянки охолодження можуть бути утворені шлангами або іншими трубами. Також ділянки охолодження можуть мати при цьому таку будову і таке розташування, що вони одночасно можуть служити для відведення регенерованого негазоподібного носія в передбачене місце накопичення. Якщо охолодження здійснюється через транспортуючий засіб, то отримане внаслідок охолодження носія нагрівання транспортуючого засобу може бути до того ж використане як додаткове джерело введення теплової енергії. Для цього в пристрої передбачають зворотній тепловий трубопровід, який доставляє нагрітий транспортуючий засіб до змінювача агрегатного стану, розташованого в нижньому кінці порожнини. Така форма ви 7 92074 8 конання має ту перевагу, що вона є особливо льні вимоги до надання регенерованого негазопоефективною, оскільки ззовні потрібно вводити лидібного носія. ше енергію втрат, включно з корисною енергією, Для перетворення потенційної енергії носія в що відбирається. іншу форму енергії потрібно спочатку перетворити В альтернативній або додатковій формі викопотенційну енергію в кінетичну. Це можна здійснинання з метою посилення зворотного перетворенти шляхом скидання регенерованого негазоподібня безпосередньо в газоподібний носій можна ного носія з більшого рівня висоти на нижчий рівводити також речовину, наприклад через колеквень, наприклад у стояку. Тоді кінетична енергія тор відповідної конструкції. При цьому введення може перетворюватися в іншу форму енергії. Для може здійснюватися шляхом вприскування або цього можна передбачити певний перетворювач зрошування. Після того, як речовина поглине із енергії, наприклад турбіну з під'єднаним за нею носія теплоту і таким чином посприяє конденсугенератором. ванню, речовину та носій знову відділяють один В кінцевому результаті потенційну енергію від одного задля подальшого застосування. Це, можна перетворювати в будь-яку форму енергії. наприклад, можна простим чином здійснити, коли Зрозуміло, що перетворення в бажану форму ененосієм є вода, а речовиною олія. Однак замість ргії також включає в себе накопичення в бажаному цього можна також вприснути вже регенерований носії енергії. Тому йдеться також про перетворенносій у газоподібний носій під час його здіймання, ня в механічну енергію, в електричну енергію, в перш ніж він надійде для перетворення наявної енергію для створення хімічного енергоносія і/або потенційної енергії. Збільшення таким чином конв енергію для створення фізичного енергоносія. тактної поверхні для поки що газоподібного носія, Також після перетворення потенційної енергії який здіймається нагору, також сприяє регенерав іншу форму енергії можна при потребі накопичуції. Для цього треба лише забезпечити, щоб впривати регенерований негазоподібний носій в проміскуваний носій не потрапляв назад в змінювач жному накопичувачі. агрегатного стану, а надходив до пристрою для Замість цього або додатково до цього регенеперетворення енергії. Цього можна досягти, нарований негазоподібний носій після перетворення приклад, за рахунок того, що носій вприскується потенційної енергії в іншу форму енергії застосолише на верхньому кінці порожнини, в розташовавують далі в замкнутому циклі принаймні частково. ній під кутом ділянці. Для цього в пристрої передбачено, що носій знову В іншому варіанті виконання винаходу можна надходить в змінювач агрегатного стану. відмовитися від активного охолодження носія при Крім того, шляхом перетворення негазоподібзворотному перетворенні. Зворотнє перетворення ного носія в газоподібний носій можна в залежносгазоподібного носія в негазоподібний носій на заті від складу здійснювати дистиляцію носія. Дистиданому рівні висоти може здійснюватися, наприльований регенерований негазоподібний носій клад, на основі охолодження газоподібного носія перед перетворенням потенційної енергії в іншу під час руху нагору. Для цього можна відповідним форму енергії або після такого перетворення можчином обрати висоту порожнини. Точніше, висота на відбирати принаймні частково за допомогою та введене в носій тепло мають бути в такому спеціального патрубка для відбору. співвідношенні, щоб охолодження відбувалося Якщо, наприклад, носієм служить морська вошляхом здіймання нагору настільки переохолода, то воду випаровують, що зображено у спрощедженої пари, що на висоті колектора розпочинаному вигляді, виділені гази вивільняються, а солі ється самоконденсація. Така самоконденсація випадають в осад. Після цього в зоні конденсуванможе бути посилена завдяки відповідній будові ня на заданій висоті наявною є переважно чиста колектора. Наприклад, колектор може мати форму вода. В результаті виникають різноманітні можлимережі або кількох мереж, які служать як велика вості для виконання та застосування, наприклад контактна поверхня для створення або подальшоотримання питної води та води для зрошування. го ущільнення конденсатного туману і/або конденЯкщо носієм служить відпрацьована вода з просату. мисловості або побуту, то завдяки дистиляції можОднак зрозуміло, що як з активним охолона здійснити очищення технічної або стічної води дженням, так і без активного охолодження колекпри отриманні залишкових речовин. тор все рівно має оточувати верхню - при потребі Газоподібний носій може здійматися в порожохолоджену - площину відмежування порожнини, і нині, яка не містить ніяких речовин окрім звичайця площина має таку форму, що вона подає регених забруднень. Однак у альтернативному варіанті нерований негазоподібний носій на накопичувальпорожнина може містити також наповнювач, який ну ємність пристрою для перетворення енергії. підхоплюється газоподібним носієм, що здіймаєтьВ прикладі виконання винаходу регенерований ся нагору. Наповнювачем може бути повітря або негазоподібний носій перед перетворенням отрибудь-який інший газ чи газова суміш. маної потенційної енергії носія в іншу форму енерЗастосування наповнювача дозволяє компенгії проміжним чином накопичується за допомогою сувати різницю тиску між порожниною та зовнішнім проміжного колектора. оточенням. Така різниця тиску може виникати внаПроміжне накопичення регенерованого негаслідок різниць в робочій температурі, викликаних зоподібного носія придатне, наприклад, для ствозмінами агрегатного стану носія. Оскільки наповрення резерву на час відсутності зовнішньої тепнювач підхоплюється носієм, то для наповнювача лової енергії. Крім того, за допомогою проміжного може бути передбачений замкнутий цикл, в якому колектора можна покрити максимальну потребу в наповнювач після усунення носія на заданій висоті бажаній формі енергії або задовольнити максимазнову потрапляє у випарювач і є готовим для за 9 92074 10 стосування. Як альтернативу можна також передтобто він випаровується і здіймається вгору по бачити відкриту систему, в якій наповнювач всмокпорожнині 11. тується ззовні, будучи підхопленим всередині поНа висоті h=h1 носій повертають в попередній рожнини, а після використання знову випускається агрегатний стан (операція 22). Це означає, що паназовні. ра, яка виникла із носія, знову конденсується. В Загалом для всіх застосованих речовин, що не зображеному прикладі зворотнє перетворення відбираються для зовнішнього використання, тавикликається холодильним агрегатом 13. Такий ких як носій, транспортуючий засіб або наповнюхолодильний агрегат може бути утворений, напривач, а також для всіх видів енергії, що не відбираклад, мережею із шлангів. По-перше, мережа має ються для зовнішнього використання, велику контактну поверхню для створення або пропонуються форми виконання з замкнутим цикущільнення конденсаційної пари. По-друге, по лом та з відкритим циклом. шлангам може надходити транспортуючий засіб як Нижче винахід пояснюється більш детально за охолоджувач, який сприяє конденсації в мережі. допомогою прикладу виконання. При цьому на Мережа відводить отриманий конденсат в напрямкресленнях зображені: ку стояка 14. Фіг. 1 - схематичне зображення конструкції Нагрітий в шлангах транспортуючий засіб мопристрою, що є прикладом здійснення винаходу; же по зворотному теплопроводу 16 надходити до Фіг. 2 - схематична діаграма протікання, що камери випарювання 12, щоб там підтримати пояснює роботу пристрою за фіг. 1; ефект введеної теплової енергії і в охолодженому Фіг. 3 - схематична блок-діаграма пристрою стані знову надійти до холодильного агрегата 13 згідно з винаходом, що є прикладом; (операція 23). Фіг. 4 - схема конструкції іншого пристрою згідТепер завдяки подоланню висоти h=h0 носій но з винаходом, що є прикладом; мае яскраво виражену потенційну енергію. Його Фіг. 5 - схема конструкції іншого пристрою згідзмушують падати вниз по стояку 14, внаслідок но з винаходом, що є прикладом; чого із потенційної енергії виникає кінетична енерФіг. 6 - схема прикладу регенерації тепла у гія (операція 24). пристрої згідно з винаходом. Цю кінетичну енергію тепер можна перетвориФігура 1 зображує приклад виконання запроти в іншу, бажану форму енергії (операція 25). понованого пристрою для ефективного перетвоНаприклад, падаючий носій може приводити в рення енергії. дію турбіну 15, і отримана обертальна енергія моДо складу пристрою входить споруда 10, яка же бути використана для запуску генератора і вимає порожнину 11. Зрозуміло, що в альтернативроблення електричної енергії. ному варіанті порожнина може бути розташована Після запуску носієм турбіни 15 він знову може також похило, наприклад, спираючись на бічну бути спрямований у камеру випарювання 12 (опеповерхню пагорбу. На нижньому кінці порожнини рація 26). 11 на висоті h=h0 розташовано камеру випарюванЯк варіант вітряна електростанція 17 може ня 12. додатково використовувати пар носія, що здіймаНа верхньому кінці порожнини 11 на висоті ється нагору, між операцією 21 та операцією 22 h=h1 розташовано холодильний агрегат 13. Стояк для отримання енергії звичним способом. 14 веде від холодильного агрегата 13 до турбіни Деякі деталі та можливості варіантів у при15 з під'єднаним до неї генератором. Турбіна 15 строї за фіг. 1 зображені на фіг. 3 у вигляді блоктакож з'єднана з камерою випарювання 12. Крім схеми. того, холодильний агрегат 13 з'єднується з камеДо камери випарювача 32, або у більш широрою випарювання 12 за допомогою зворотного кому розумінні - до змінювача агрегатного стану теплопроводу 16. надходить носій. Носієм може бути, наприклад, Крім того, в порожнині, як варіант, розташоваморська вода. Випарювач 32 відповідає камері но турбіну традиційної електростанції 17, що правипарювання на фіг. 1. У випарювачі 32 носій підцює на висхідному потоці. лягає випарюванню за допомогою доставленої Нарешті, елемент 18 для отримання теплової теплової енергії. енергії розміщено таким чином, щоб він міг подаВ порожнині споруди 30 пара здіймається навати теплову енергію до камери випарювання 12. гору, доки не досягне другого змінювача 33 агреПрикладом такого елемента є сонячний колектор. гатного стану. Порожнина може додатково містити Однак замість сонця елемент 18 може застосовунаповнювач, який підхоплюється носієм у відкривати будь-яке інше джерело енергії. Також зрозутому або замкнутому циклі. міло, що можна передбачити кілька таких елеменДругий змінювач 33 агрегатного стану може тів. відповідати, наприклад, холодильному агрегату 13 На фіг. 2 зображена діаграма протікання, яка з фіг. 1, що як активний колектор конденсату виунаочнює принцип способу дії пристрою за фіг. 1. кликає охолодження пари з метою поліпшення У камері випарювання 12 знаходиться носій в конденсації. Якщо до складу змінювача агрегатнонегазоподібному агрегатному стані, наприклад го стану 33 входить холодильний агрегат, то відвода як рідкий носій. бувається зворотна подача тепла до випарювача До камери випарювання 12 від елемента 18 з 32. метою отримання енергії надходить зовнішня тепВ альтернативному рішенні другий змінювач лова енергія (операція 21). 33 агрегатного стану може бути конденсатором, Завдяки доставленій тепловій енергії носій пещо як пасивний колектор конденсату збирає лише ретворюється в газоподібний агрегатний стан, конденсат, який виник із пари. У цьому випадку 11 92074 12 краще, щоб висота споруди була виміряна такою, 19 вводить теплову енергію в газоподібний носій, щоб внаслідок охолодження пари під час руху нащо здіймається вгору, розподіленим по висоті погору відбувалося самоконденсування на висоті рожнини чином, що якраз перешкоджає самоконконденсатора, наприклад в мережі, до складу якої денсуванню до того моменту, коли він досягне може входити конденсатор для збирання та відвехолодильного агрегата 13. дення конденсату. Тоді до камери випарювання 12 мусить надхоЯкщо потрібно одночасно застосувати випадити лише така кількість енергії, яка потрібна для рювання та конденсування з метою дистиляції перетворення негазоподібного носія в газоподібречовини-носія, то частину конденсованого носія ний носій. При безперервній роботі для цього зачерез відвід 40 спрямовують прямо до споживача. звичай достатньо того тепла, яке через зворотній Якщо носієм є, наприклад, морська вода, то її солі трубопровід 16 повертається від холодильного при випарюванні випадають в осад, і частина конагрегата 13. Тільки для введення в дію потрібно денсованого носія може бути використана як питна подавати в камеру випарювання зовнішнє тепло, вода або як вода для зрошування. або в порожнину 11 при введенні в дію спочатку Не відібрана частина конденсованого носія вприскують негазоподібний носій, так що на початнадходить в проміжний колектор 41, наприклад в ку він сам перетворюється в пару тільки в порожбак для води, який також в основному розташовунині 11. ється на висоті другого змінювана агрегатного Поза цим пристрій за фіг. 4 функціонує як пристану 33. Проміжне накопичення дозволяє отристрій за фіг. 1. мати бажану форму енергії на бажаний момент. Інакше кажучи, винахід та деякі форми викоЦе передбачає також збільшення отриманої бажанання можна описати наступним чином: ної форми енергії в момент максимального наванспосіб і/або пристрій для отримання енергії таження і/або рівномірний розподіл в часі отрибазується на збиранні та перетворенні теплової мання бажаної форми енергії, коли теплова енергії кружним шляхом здобування потенційної енергія надходить лише у визначені періоди часу, і енергії в полі тяжіння маси (Epot= m*g*h; де "m" тому конденсат може бути отриманий лише у виозначає масу в кілограмах, підняту на висоту, "g" значені періоди часу. означає константу гравітації, a "h" означає висоту) Потім конденсований носій залежно від потрев енергію і/або в енергоносії, які людство потребує би змушують до падіння в стояку, під час якого він або збирається потребувати для облаштування потрапляє на турбіну 35 і приводить її в рух. Ствонашого світу. рювана турбіною 35 енергія обертання може або Фізична складова, яку тут використовують для бути безпосередньо використана споживачем отримання енергії, створюється шляхом введення і/або може бути спрямована до генератора 42 для енергії у процес змінення агрегатного стану тверстворення електричної енергії. дого і/або рідкого в агрегатний газоподібний стан і Електрична енергія також може або надходити знову назад, а також шляхом газової динаміки у безпосередньо до споживача, або бути застосоваформі адіабатичної експансії, яка відбувається ною для подальшого перетворення енергії 43, напісля зміни агрегатного стану в газоподібну форприклад для виготовлення водню або кисню. му. На основі адіабатичної експансії виникає Після того, як конденсований носій приведе в ефект димової труби, який у цьому способі і/або рух турбіну 35, він може накопичуватися в іншому пристрої грає свою роль. Нарешті з цього виникає проміжному колекторі 44, щоб згодом знову надперетворення енергії, що є у формі тепла, в енерходити до випарювача у замкнутому циклі. Зрозугію, накопичену в полі тяжіння, яка потім знову міло, що відбір дистильованого носія через відбірможе бути перетворена або перетворюється в ник також може здійснюватися перед другим іншу форму енергії. проміжним колектором 14 або після нього, з метою Спосіб і/або пристрій для отримання енергії забезпечення більшої кількості носія для запуску виходить із принципу "heat pipe" (теплової труби) турбіни. за умови змін та покращень вирішального харакЯк тільки із циклу відбирають конденсований теру. Її розміщено в полі тяжіння маси таким чиносій, до випарювача 32 додатково подають носій ном, що для руху від одного кінця до іншого (= ззовні, наприклад у формі подальшої порції морвисота "h") потрібно застосувати енергію для поської води. долання різниці в потенціалі поля тяжіння. НаприФігура 4 зображує інший варіант пристрою з клад, при перенесенні в ситуацію «земля» це фіг. 1 як подальший приклад виконання пристрою означає: один кінець знаходиться, наприклад, на згідно з винаходом, призначеного для ефективного землі (висота h0=0), а інший кінець знаходиться на перетворення енергії. Однакові складові частини висоті h1>0 над рівнем землі. позначені тими ж знаками посилання, що і на фіг. Основний принцип функціонування, за яким 1. працюють спосіб і/або пристрій для отримання У цьому прикладі виконання знову, як і в прикенергії, викладено нижче (фіг. 3): ладі з фіг. 1, мають місце камера випарювання 12, речовина (тобто носій) переводиться в газопоспоруда 10 з порожниною 11, холодильний агрегат дібний агрегатний стан за допомогою введеної 13, стояк 14, турбіна 15 та зворотній теплопровід ззовні енергії, потім завдяки фізичному ефекту 16. адіабатичної експансії, що відіграє вирішальну Однак в конструкції за фіг. 4 вздовж оболонки роль, транспортується на висоту h і там знову попорожнини розташовано елемент 19 для отриманвертається (тобто конденсується) в попередній ня теплової енергії та її загрузки. Елемент 19 може агрегатний стан. Після цього речовина з яскраво бути, наприклад, сонячним колектором. Елемент вираженою потенційною енергією є готовою для 13 92074 14 здобування енергії. Як варіант, на цій висоті вона пературах, яка викликана змінами агрегатного може проміжним чином накопичуватися для подастану. Цю різницю можна на вибір компенсувати льшого використання. Потім за допомогою відпозавдяки наповнювачам, що обумовлює спеціальні відних пристроїв і/або способів потенційну енергію заходи по створенню частин конструкції. На цій можна перетворити в іншу фізичну або хімічну основі, оскільки наповнювач підхоплюється носієм, форму енергії, тобто вилучити із носія. Після вилувиникають принаймні дві форми виконання. Це, чення потенційної енергії речовину можна знову, по-перше є замкнутий кругообіг для наповнювача, як варіант, піддати проміжному накопиченню. Пісякий після видалення носія на висоті h знову надля цього можна, як варіант, якщо це є заплановаходить у випарювач за допомогою пристрою для ним у відповідній формі виконання, знову ввести зворотної подачі, по-друге, це відкрита система, носій в кругообіг. де наповнювач всмоктується ззовні шляхом підхоДля застосування способу і/або пристрою для плювання всередині споруди, а після використанотримання енергії в одному із варіантів виконання ня знову випускається назовні. круговий цикл зображено з наступними елементаДалі розглядаючи спосіб і/або пристрій для ми (дивись також фіг. 1): отримання енергії, можна встановити подальшу до камери випарювання, призначеної для використь. Побічним ефектом зміни агрегатного стапарювання носія за допомогою введеного зовнішну використаної речовини в залежності від її скланього тепла, під'єднано споруду з висотою h, в якій ду є фракціонована дистиляція. Якщо, наприклад, пара може здійматися нагору і до якої може бути носієм у відкритому циклі в способі і/або пристрої додано електростанцію, що працює на висхідному для отримання енергії служить морська вода, то у потоці, до неї в одній формі виконання приєднано спрощеному вигляді вода випаровується, гази вихолодильний агрегат (тобто холодильний привільняються, а солі випадають у осад. Тоді в зоні стрій) для отримання конденсату з пари носія, а в конденсування на висоті h наявною є переважно іншій формі виконання висота h знаходиться у чиста вода, яка за допомогою отриманої енергії такому співвідношенні з введеним в носій теплом, транспортується на висоту h вже без будь-яких що охолодження під час руху нагору (це є фізичпроміжних операцій. Це обумовлює велике розманий процес перетворення тепла, що перетворює їття застосувань та варіантів (ключові слова: питна мікроскопічний рух в макроскопічний рух, а це є вода, зрошування). Якщо, наприклад, взяти техніспрямований в одному напрямку рух молечну або стічну воду з промисловості або побуту, то кул/атомів - димовий ефект) створює настільки спосіб дає результат при очищенні технічної або переохолоджену пару, що в кращому випадку іністічної води, а також добування залишкових речоціює самоконденсацію, і тому холодильний агрегат вин. не є потрібним; в одному із варіантів під'єднують В інших формах виконання йдеться, як варіколектор конденсату або конденсатори, наприант, про теплоту пароутворення або ентальпію клад, у формі мережі, яка діє як велика контактна пароутворення даного носія, яка має бути наявною поверхня, щоб створювати або далі ущільнювати у вигляді латентного тепла при зміні агрегатного конденсатний туман або конденсат, потім не обостану з рідкого/твердого в газоподібний, однак в'язково може бути під'єднано пристрій для проміпотім при зворотному переході, що характеризужного накопичення конденсату (необхідний, нається теплотою сублімації або теплотою конденприклад, у випадку відсутності зовнішнього тепла, сації, знову стає вільною. Те саме шляхом вищеоабо щоб задовільнити максимальні вимоги, або писаного зворотного транспортування за щоб компенсувати максимум в надходженні кондопомогою холодильного агрегату знову, як варіденсату), потім під'єднано стояк для конденсату, ант, вводять в зону зміни агрегатного стану з ріддо нього під'єднано турбіну з під'єднаним генеракого/твердого в газоподібний (див. фіг. 3). Це притором, в якій кінетична енергія, отримана із потензводить до того, що під час роботи у випарювач ційної енергії конденсату носія шляхом падіння в додатково потрібно вводити ззовні лише енергію стояку, може перетворюватися, наприклад, в елевтрат. Сюди відноситься також корисна енергія, ктричну енергію (а також може знову бути перетяку відбирають. Загалом ці форми виконання мавореною безпосередньо в тепло), потім не обов'яють перевагу, що полягає у значно менших витразково під'єднано наступний пристрій для тах на конструкцію для отримання енергії. проміжного накопичення конденсату, а потім знову В іншій формі виконання вищезгадані мережі під'єднано камеру випарювання. При цьому тепло, представлені за допомогою конструктивних елещо потрапляє в холодильний агрегат, знову за ментів та розташування охолоджувальних ділянок допомогою носія надходить до зони підігріву у кахолодильного агрегата, таких, наприклад, як мемері випарювання. режа із шлангів, по яких протікає холодоагент Для застосування способу і/або пристрою для (тобто носій). отримання енергії можливі різні форми виконання. Подальша форма виконання вдосконалює реВ описаному вище способі і/або пристрої носій є генерацію теплоти пароутворення, а відтак і конєдиним, за винятком забруднень, газом всередині денсування шляхом вприскування/введення конспоруди з висотою h, а в іншій формі виконання денсату, який у наступній формі виконання споруда з висотою h додатково містить наповнюспочатку охолоджується в холодильному агрегаті. вач (переважно повітря, однак придатним може В інших формах виконання конденсат замінений бути будь-який інший газ або газова суміш). Вибір речовинами, які спричиняють такий самий фізичнаповнювача обумовлений різницею тиску між ний ефект. (Приклад: у випадку, коли носієм є вовнутрішнім простором способу і/або пристрою та да, введеною для покращення конденсації речозовнішнім середовищем при різних робочих темвиною може бути також олія. Це обумовлює 15 92074 16 перевагу, що полягає у простій сепарації обох релатентної енергії (власне латентним видом енергії човин.) є теплота випарювання, а також теплота носія) Для всіх речовин (носія(їв), транспортуючого після досягнення висоти h, вони ж потім знову засобу(ів), наповнювача(ів)), видів енергії (тепловводяться у випарювач, так само як після отрити, електроенергії, механічної енергії, вітру, енергії мання корисної енергії та після зворотного трансруху) та агрегатних станів спосіб і/або пристрій для портування носія у випарювач. Також і тут можлиотримання енергії створює конструктивні рішення з вими є всі вищезгадані конструкції для отримання замкнутим циклом та відкритим протіканням. питної води або очищення стічних вод і т.п., а таТранспортуючі засоби, що застосовуються у кож відкриті та замкнуті цикли (див. також фіг. 3). цьому способі і/або пристрої, виконують лише фуЕнергією і/або енергоносіями, які потребує або нкціональні допоміжні задачі, як, наприклад, катазбираєтьсяпотребувати людство для облаштулізатори хімічних реакцій, але вони також є функвання навколишнього середовища, можуть бути, ціонально необхідними для утворення даної наприклад, електрична енергія або хімічні енергоформи виконання. Наприклад, зворотнє спрямуносії або фізичні енергоносії, такі як, наприклад, вання отриманої в холодильному агрегаті теплоти водень та кисень із електролізу, або також помпоздійснюється у замкнутому циклі транспортуючого ва енергія, така як енергія дистиляції. засобу назад у випарювач. В цьому процесі трансПеревагою цього способу і/або пристрою для портуючий засіб також може підлягати зміні агреотримання енергії у випадку використання таких гатного стану, але не мусить. Це могло б бути в вихідних енергоносіїв, як теплота Землі, теплота тому випадку, коли цю частину форми виконання повітря чи води, або сонячна енергія є абсолютна також здійснено у вигляді "heat pipe". В іншій форвідсутність шкідливих викидів у навколишнє серемі виконання засобом для транспортування теплодовище. Для обмеження: ти, який зазвичай є, наприклад, рідиною з високою - описаний тут спосіб і/або пристрій для отриточкою кипіння (приміром, рослинною або мінерамання енергії не є електростанцією висхідного льною олією, розплавом солей тощо), служить газ, потоку (такі відносяться до групи електростанцій, який не змінює свого агрегатного стану при ввещо працюють на висхідних потоках теплоти, як денні отриманої в холодильному агрегаті теплоти. запропонований тут спосіб і/або пристрій для Теплова енергія, яка є рушієм в цьому способі отримання енергії). Електростанція, що працює на і/або пристрої, може походити із будь-якого джевисхідних потоках, є необов'язковою складовою рела. Наприклад, можуть використовуватися Земчастиною цієї запропонованої тут електростанції. ля (теплота Землі), вода (теплота води), повітря - Запропонований тут спосіб і/або пристрій для (теплота повітря), викопні носії енергії (газ, нафта, отримання енергії не є тепловою електростанцією, вугілля, метановий лід тощо), носії ядерної енергії що працює на морській воді. Теплота морської (синтез або розщеплення) або сонце (сонячна води є тільки рішенням стосовно джерела енергії. енергія). - Запропонований тут спосіб і/або пристрій для В подальших формах виконання споруда з виотримання енергії не є геотермічною електростансотою h (тобто димова труба) співпадає з прицією. Теплота Землі є тільки подальшим рішенням строєм для отримання енергії/отримання теплоти, стосовно джерела енергії. що суттєво зменшує витрати та кошти на споруУ випадку застосування теплоти Землі як джедження і впровадження. Фізично-технічна база для рела енергії можна подумати про те, щоб викорисцього випливає із міркування, що енергія транспотати існуючі шахти - наприклад в Рурській області. ртуючого засобу, необхідна для транспортування Таким чином можна значно зменшити початкові на висоту шляхом ефекту димової труби, не обовитрати на розробку і одночасно скоротити термін в'язково мусить надходити концентрованою вже в спорудження до введення в дію. При цьому добукамеру випарювання (фіг. 1), для чого необхідна вання тепла могло б відбуватися, наприклад, в висока температура, а може вводитися також розштольнях, а шахтні стволи служили б як споруди з поділено по всій висоті споруди з висотою h (нависотою h, а на рівні землі існує додаткова можлислідок: необхідною є більш низька температура, вість колекторного ставка для конденсату, що у тобто на кожний метр висоти вистачає лише обовигляді функції «ГЕС з водосховищем» може слув'язкового обігріву). Отже, якщо пристрій для жити для управління розподілом пікових навантаотримання енергії/отримання теплоти виконаний, жень та його обслуговування. наприклад у вигляді сонячного колектора, то колеФіг. 5 унаочнює схематично будову іншого ктор та споруда з висотою h співпадають. В кожпристрою згідно з винаходом. Пристрій відповідає ному іншому випадку, де також наявна лише низьтому пристрою, що зображений на фіг. 4. Однак ка початкова температура для енергії тут він доповнений елементом 45 для перетворенвипарювання та транспортування, ситуація аналоня енергії, утворення енергії та накопичення енергічна. Отже, для цих форм виконання також ствогії, розміщеним між турбіною 35 і/або генератором рено принциповий режим процесу з наступними 42 з однієї сторони та випарювачем 32 з іншої стостадіями: випарювання - коли енергія транспортурони. Такий пристрій придатний, наприклад, для вання не обов'язково є достатньою для подолання наступних форм виконання. висоти h; отримання та введення енергії (теплоти) У подальшій формі виконання способу і/або з метою транспортування носія для добування пристрою для отримання енергії здобуту за допопотенційної енергії та компенсації втрат (носій при могою способу енергію у формі теплоти вводять в цьому одночасно виконує функцію транспортуючонакопичувач (45) (фіг. 5). З нього енергію при потго засобу для можливо тимчасового надлишкового ребі знову можна ввести в цикл отримання енергії. отримання енергії); конденсування та регенерація Цей акумулятор тепла може в різних формах ви 17 92074 18 конання використовувати як засіб акумуляції, наники не є ідеальними, потрібно у формі виконання приклад, залізо або інший метал, або просто бути встановити принаймні один активний теплообмінвиготовленим із каменю (наприклад, базальту, ник для перенесення залишкової теплоти від паграніту, мармуру, шамоту тощо), або бути рідиною, сивних теплообмінників до процесу випарювання, наприклад, тузлуком, сольовим розплавом або або ж в іншій формі виконання цю залишкову тепметалевим розплавом. лоту виводять через теплообмінник в оточуюче Перевагою цього різновиду проміжного накосередовище способу і/або пристрою для отриманпичення є можливість досягнення значно вищої ня енергії, а потім знову компенсувати її шляхом щільності енергії порівняно з накопиченням носія, збільшеної на таку саму величину подачі зовніша відтак і ваги на великій висоті, а це обумовлює ньої енергії в процес випарювання. Встановлювазначно менші витрати. Одночасно це створює моти цей активний теплообмінник доцільніше (але не жливість постійного постачання теплоти в процес обов'язково) на місці випарювача, де шляхи перевипарювання, що в деяких формах виконання принесення цих решток теплоти в процес випарюванзводить до того, що в споруді не виникає зниження ня є короткими. тиску; це також обумовлює деякі конструктивні Приклад, зображений на фіг. 6, унаочнює цирпереваги. куляцію теплоти: якщо теплообмінниками є теплоНа прикладі 365 теплових акумуляторів із баобмінники з протитечією, носієм та транспортуюзальту (0,84 кДж/кг*К, 3000 кг/м3), які нагріваються чим засобом є вода, а попередня температура транспортуючого засобу на шляху до охолоджувадо 600°С і мають об'єм по 300 300 300м3, покача 60 становить 70°С, температура відтоку 100°С, зано виробничу потужність цього способу. Накопитемпература пари носія на початку протитечії чена тут кількість теплоти досягає 15 000 пета 102°С, а на початку відтоку 72°С, то початкова Джоулів, що відповідає річній потребі ФРН в пертемпература транспортуючого засобу на шляху до винній енергії на 2005 рік. Цю кількість теплоти випарювача становить 100°С, а температура носія можна здобути і при потребі знову затребувати в знову становить 72°С. Тут цей пасивний теплообінших енергоносіях за допомогою описаного тут мінник протитечії для випарювача 62 має бути способу і/або пристрою для отримання енергії. виконаний подібно до охолоджувача. Тоді носій на У подальшій формі виконання способу і/або відтоку має температуру 98°С, а транспортний пристрою для отримання енергії зворотнє трансзасіб 74°С. В той же час цей пасивний теплообпортування теплоти, таке як поновлене введення мінник може відводити лише невелику частину теплоти випарювання і, як варіант, також поновлеенергії, накопиченої в проміжному режимі в трансне введення основної теплоти транспортуючого портуючому засобі, і тому задля досягнення необзасобу реалізують за допомогою теплообмінників. хідної для роботи охолоджувача початкової темВони доцільним чином з'єднуються між собою труператури 70°С треба активно відводити залишкову бопроводами (фіг. 6). Отже: один теплообмінник, теплоту, тим самим знижуючи температуру трансбудучи холодильним агрегатом, збирає енергію із портного засобу ще на 4°С. Це здійснюється за пари або конденсату носія і переносить її в трансдопомогою теплового насоса 61 (тобто за принципортуючий засіб (середовище). Другий віддає напом холодильної шафи), причому теплоту доцількопичену у випарювачі енергію знову носієві з меним чином відпомповують так, щоб вона з метою тою випарювання - і він є випарювачем. Такі випарювання знову могла бути доданою до процетеплообмінники в різних формах виконання мосу випарювання. жуть бути пасивними (тобто теплообмінники з проЗрозуміло, що описані форми виконання є лититечією, з паралельною течією, з перехресною ше прикладами, які можуть бути найрізноманітнітечією) і/або активними (тобто тепловим насосом). шим чином модифіковані і/або доповнені в межах Якщо у певній формі виконання для транспорпунктів формули винаходу. тування теплоти віддають перевагу пасивним теплообмінникам, тоді, оскільки пасивні теплообмін 19 92074 20 21 92074 22 23 92074 24 25 92074 26 27 Комп’ютерна верстка М. Мацело 92074 Підписне 28 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601