Спосіб, пристрій і система для введення енергії в носій

Реферат: Група винаходів належить до перетворення теплової енергії у механічну. Згідно зі способом введення енергії у енергоносій негазоподібний носій перетворюють у газоподібний носій шляхом введення теплової енергії, внаслідок чого газоподібний носій піднімається на задану висоту. При цьому газоподібний носій стискають компресором. На заданій висоті в охолоджувальному контурі за допомогою транспортувального середовища тепло відбирається у носія і він перетворюється у негазоподібний носій. Стиснений негазоподібний носій віддає накопичену потенціальну енергію турбіні, яка встановлена на шляху його падіння з висоти. Відібране охолоджувальним контуром тепло використовують для нагрівання негазоподібного носія після турбіни. Пристрій і система для введення енергії забезпечують циркуляцію носія і транспортуючого середовища між джерелом тепла, охолоджуючим контуром, турбіною і компресором. Завдяки використанню тепла, що відводиться від газоподібного носія при його охолодженні, для нагрівання негазоподібного носія після турбіни, винаходи сприяють більш ефективному перетворенню енергії. UA 98029 C2 (12) UA 98029 C2 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується способу, пристрою і системи для введення енергії в носій. Шляхом введення теплової енергії в негазоподібний носій він може бути перетворений на газоподібний носій, який підніматиметься вгору. На заданій висоті газоподібний носій знову може бути перетворений на негазоподібний. Потенційна енергія регенерованого негазоподібного носія на заданій висоті може бути використана, наприклад, для перетворення на корисну енергію, зокрема, енергію падіння носія для приведення в дію турбіни. Регенерований негазоподібний носій може бути також використаний альтернативно або додатково в формі дистиляту вихідного газоподібного носія, зокрема як питна вода, якщо вихідним носієм була солона вода. Зворотне перетворення газоподібного носія на негазоподібний може бути здійснене шляхом охолодження. При цьому охолодження може бути здійснене, наприклад, у такий спосіб, що транспортувальний засіб напрямляють через розташовані на заданій висоті зони охолодження, де він відбирає тепло носія. Якщо охолодження здійснюють із застосуванням транспортувального засобу, відібране транспортувальним засобом тепло може також бути використане як додаткове тепло для нагрівання носія Завдяки цьому в процесі роботи зовні необхідно вводити лише енергію для компенсації тепловтрат, включаючи відібрану корисну енергію. Задачею винаходу є вдосконалення таких способів, а також відповідних пристроїв і систем. Запропоновано спосіб, який включає перетворення негазоподібного носія на газоподібний шляхом введення теплової енергії, внаслідок чого газоподібний носій піднімається на задану висоту. Крім цього, спосіб включає також стиснення газоподібного носія. Спосіб включає також зворотне перетворення стисненого газоподібного носія на заданій висоті на негазоподібний носій із застосуванням охолоджувального контуру, який відбирає тепло з носія. Спосіб охоплює також повернення тепла, відібраного в охолоджувальному контурі з носія, з метою його використання для нагрівання носія. Запропоновано також пристрій. Пристрій має камеру з випарною камерою, розташованою в нижній частині камери. Випарна камера призначена для перетворення негазоподібного носія на газоподібний шляхом введення теплової енергії, в результаті чого газоподібний носій піднімається на задану висоту. Пристрій містить також компресійний засіб для стиснення газоподібного носія. Крім цього, пристрій містить охолоджувальний контур. Охолоджувальний контур призначений для зворотного перетворення стисненого газоподібного носія на заданій висоті на негазоподібний носій шляхом відбирання тепла з носія. Охолоджувальний контур призначений також для повернення відібраного тепла з метою його використання для нагрівання носія. Насамкінець запропоновано систему, яка містить такий пристрій, а також додатковий пристрій для одержання теплової енергії, яку подають для використання в першому пристрої. Отже, запропоновано застосування наявної теплової енергії для транспортування носія на більшу висоту. Це здійснюється шляхом переведення негазоподібного - тобто твердого чи рідкого - носія у газоподібний агрегатний стан, внаслідок чого він піднімається вгору. Шляхом компресії підвищують тиск, під яким перебуває газоподібний носій, для зменшення його об'єму та підвищення температури. На передбаченій висоті стиснений носій охолоджують за допомогою охолоджувального контуру, в результаті чого він конденсується і знову переходить у негазоподібний агрегатний стан. Носій, знову переведений у негазоподібний агрегатний стан, можна використовувати в будь-який спосіб. Тепло, відібране в охолоджувальному контурі, використовують для нагрівання носія в будь-якому місці перед його стисненням. Шляхом компресії носія тепло з носія з вищою температурою можна вводити в охолоджувальний контур. Це дозволяє спростити процес повернення теплової енергії до охолоджувального контуру. Зокрема, завдяки використанню тепла, утворюваного при вищій температурі, можна відмовитися від застосування теплового насосу. Стиснення газоподібного носія може бути здійснене в будь-якому місці. Отже, воно може бути здійснене безпосередньо після перетворення негазоподібного носія на газоподібний носій. Для цього компресійні засоби конструктивно можуть бути розміщені в камері, що безпосередньо примикає до випарної камери. В іншому варіанті стиснення може бути здійснене безпосередньо перед зворотним перетворенням стисненого газоподібного носія на негазоподібний носій. Конструктивно для цього компресійні засоби можуть бути розташовані в камері безпосередньо нижче заданої висоти. В іншому варіанті виконання стиснення може бути здійснене в будьякому місці на шляху між перетворенням негазоподібного носія на газоподібний та зворотним перетворенням стисненого газоподібного носія на газоподібний. Конструктивно компресійні засоби з цією метою можуть бути розташовані в камері на будь-якій висоті на ділянці між випарною камерою та заданою висотою. 1 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Стиснений негазоподібний носій може бути підданий декомпресії в будь-який момент часу. У тому разі, якщо стиснений негазоподібний носій знову має бути перетворений в охолоджувальному контурі на газоподібний носій, декомпресію здійснюють не пізніше ніж перед повторним перетворенням. Під час декомпресії негазоподібного носія триває процес його охолодження. Вивільнена в процесі декомпресії енергія може бути використана різними способами, щоб мінімізувати втрату енергії, наскільки це можливо. Декомпресія стисненого газоподібного носія може бути застосована, наприклад, для приведення в дію турбіни. Це може бути здійснене як на заданій, так і на будь-якій іншій висоті, зокрема на меншій висоті. Описаний пристрій може містити турбіну відповідної конструкції. Альтернативно чи додатково кінетичну енергію регенерованого негазоподібного носія, який падає з більшої висоти на меншу висоту, можна використовувати для приведення в дію турбіни. Конструктивно для цього може бути передбачений спускний канал, виконаний з можливістю спускання регенерованого негазоподібного носія з більшої висоти на меншу висоту, а також розташовану на меншій висоті турбіну, виконану з можливістю приведення в дію принаймні кінетичною енергією падаючого носія. Вироблена такими турбінами енергія може бути використана як у рамках способу, так і поза способом. В рамках способу вироблена турбіною енергія може бути використана, наприклад, за допомогою механічного зв'язку, для підтримки процесу стиснення газоподібного носія. Зв'язок може бути здійснений, наприклад, між турбіною та компресором. Альтернативно енергія може бути використана для того, щоб після перетворення в іншу форму за рахунок одержаної енергії зменшити кількість енергії, необхідної для стиснення газоподібного носія. Для перетворення може бути використаний пристрій для перетворення енергії, що постачатиме компресійним засобам отриману в результаті перетворення енергію. Альтернативно вироблена турбіною енергія може бути використана для того, щоб після перетворення на енергію для нагрівання, наприклад за допомогою пристрою для перетворення енергії, додатково нагрівати носій до, в процесі або після його переведення з негазоподібного стану в газоподібний. Наприклад, після застосування носія для приведення в дію турбіни його можна застосовувати також для охолодження транспортувального засобу в охолоджувальному контурі, наприклад, за допомогою теплообмінника. Альтернативно транспортувальний засіб в охолоджувальному контурі може бути замінений негазоподібним носієм, наприклад після використання цього носія для приведення в дію турбіни. Для такої заміни можуть бути передбачені відповідні засоби. Між стадіями стиснення і декомпресії носія спосіб може бути здійснений під навколишнім тиском. Альтернативно в процесі здійснення всього способу носій додатково може бути підданий дії тиску, що перевищує навколишній тиск, який додатково підвищують шляхом стиснення. Підвищений тиск може бути встановлений за допомогою спеціально передбачених компресійних засобів. Таким чином зменшують об'єм носія в газоподібній фазі, отже габарити пристрою можуть бути зменшені при незмінній здатності пропускати потік носія. Окрім носія, дії тиску, що перевищує навколишній тиск, в рамках усього процесу може бути підданий також транспортний засіб в охолоджувальному контурі. Компресійні засоби мають відповідну конструкцію для такого випадку. У прикладі виконання винаходу газоподібний носій в процесі піднімання напрямляється принаймні крізь один звужений засіб, наприклад принаймні крізь одне сопло або будь-який еквівалентний соплові пристрій. У разі відповідного вибору введеної теплової енергії винахід може бути реалізований у такий спосіб, що повністю дозволяє уникнути шкідливих викидів у довкілля. Проте, в загальному випадку для одержання застосовуваної теплової енергії може бути використане будь-яке джерело енергії. Наприклад, джерелом введеної теплової енергії може бути тепло Землі, води, повітря, викопні енергоносії, носії ядерної та/або сонячної енергії. Уведення теплової енергії може бути здійснене виключно у вихідній точці, від якої носій піднімається вгору, тобто конструктивно - виключно через випарну камеру. Проте, в альтернативній формі виконання в носій може бути введена теплова енергія, розподілена по всій висоті, яку долає газоподібний носій. Для цього пристрій може містити відповідно розташований елемент для введення енергії. Такий елемент для введення енергії може одночасно бути елементом для одержання енергії, або його забезпечення енергією може бути здійснене від елемента для одержання енергії. Перевага розподіленого по висоті введення теплової енергії полягає в тому, що температура для забезпечення необхідною для цього тепловою енергією є невисокою. Отже, на вибраній висоті або безперервно по всій висоті камери можна подавати енергію саме в такій 2 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 кількості, щоб носій залишався в газоподібному стані весь час до досягнення ним заданої висоти. Окрім цього, винахід може бути реалізований у значно компактнішій та економічнішій формі, якщо, наприклад, сонячні колектори як елементи одержання та введення енергії встановлені безпосередньо на оболонці камери, в якій підіймається газоподібний носій, або якщо вони повністю або частково утворюють цю оболонку. Елемент для введення енергії може повністю оточувати камеру, в якій піднімається газоподібний носій, або, наприклад у разі застосування сонячних колекторів, може бути розташований лише на сонячній стороні. Крім цього, елемент може бути розташований вздовж усієї висоти камери або лише на одному відрізку на певній висоті, або на кількох обраних відрізках на певній висоті. Відповідно до цього тепло, повернене за допомогою охолоджувального контуру, також може бути використане не лише для доповнення теплової енергії, за допомогою якої негазоподібний носій перетворюють на газоподібний, а альтернативно чи додатково для доповнення теплової енергії, за допомогою якої продовжують нагрівання вже переведеного в газоподібний стан носія в процесі його піднімання. Відбирання тепла в охолоджувальному контурі може бути здійснене, наприклад, таким чином, що транспортувальний засіб в охолоджувальному контурі напрямляється через ділянки охолодження холодильного агрегату, розташовані на заданій висоті. При цьому ділянки охолодження можуть бути утворені шлангами або іншими трубами. Конструкція і розташування ділянок охолодження може бути вибране таким чином, що вони одночасно можуть бути використані для відведення регенерованого негазоподібного носія в передбачене місце накопичення. У подальшій формі виконання винаходу для підтримки процесу зворотного перетворення безпосередньо в газоподібний носій може бути також введений певний засіб, наприклад за допомогою колектора відповідної конструкції. При цьому введення цього засобу може здійснюватися шляхом упорскування або зрошування. Після того як засіб відбере з носія тепло і таким чином підтримає процес конденсації, засіб і носій знову можуть бути відокремлені один від одного для подальшого застосування. Це легко можна здійснити, наприклад, у тому випадку, якщо носієм є вода, а засобом олія. Проте, замість цього вже регенерований носій може бути шляхом упорскування чи зрошення внесений в ще газоподібний носій в процесі його піднімання. Збільшення таким чином контактної поверхні для ще газоподібного носія, який піднімається нагору, також сприяє зворотному перетворенню. Для цього необхідно лише, щоб внесений шляхом упорскування чи зрошення носій не спускався назад у випарну камеру, а надходив до місця передбачуваного застосування. Для цього, наприклад, носій може бути введений шляхом упорскування чи зрошення лише у розташовану під кутом верхню частину камери. Колектор може охоплювати - в разі потреби охолоджувану - верхню обмежувальну поверхню камери, конструкція якої уможливлює напрямлення регенерованого негазоподібного носія, наприклад, через збірний резервуар для подальшого застосування. У прикладі виконання винаходу передбачене проміжне зберігання регенерованого негазоподібного носія перед подальшим застосуванням, зокрема, в проміжному накопичувачі. Проміжне зберігання регенерованого негазоподібного носія може бути використане, наприклад, для створення резерву на час відсутності зовнішньої теплової енергії. Крім цього, за допомогою проміжного накопичувана може бути забезпечене покриття максимальної потреби в регенерованому негазоподібному носії або проміжне зберігання надлишків підведеного регенерованого негазоподібного носія. Потенційна енергія регенерованого негазоподібного носія на заданій висоті може бути використана для перетворення в бажану для зовнішнього застосування форму енергії, наприклад шляхом вищезгаданого приведення в дію турбіни. Отже, для перетворення потенційної енергії носія в іншу форму енергії спочатку вона може бути перетворена на кінетичну енергію. Це може бути здійснене шляхом скидання регенерованого негазоподібного носія з більшої висоти на меншу висоту по спускному каналу, наприклад по спускній трубі. Потім кінетична енергія може бути перетворена в іншу форму енергії. Для цього може бути передбачений перетворювач енергії, зокрема турбіна з послідовно підключеним до неї в разі потреби генератором. У кінцевому результаті потенційну енергію можна переводити в будь-яку форму енергії. Самозрозуміло, що перетворення в бажану форму енергії також включає в себе накопичення в бажаному енергоносії. Тому йдеться, зокрема, також про перетворення в механічну енергію, електричну енергію, в енергію для створення хімічного та/або фізичного енергоносія. 3 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Після перетворення потенційної енергії в іншу форму енергії можна також у разі потреби тимчасово зберігати регенерований негазоподібний носій в проміжному накопичувачі. Замість цього або додатково до цього регенерований негазоподібний носій після перетворення потенційної енергії в іншу форму енергії застосовують далі принаймні частково в замкнутому контурі. Для цього в пристрої передбачено повернення носія до випарної камери. Альтернативно або додатково регенерований негазоподібний носій може бути відібраний також для зовнішнього застосування. Шляхом перетворення негазоподібного носія на газоподібний залежно від складу може бути здійснена, наприклад, дистиляція носія. В такому випадку дистильований регенерований негазоподібний носій до, після або замість перетворення потенційної енергії в іншу форму енергії може бути принаймні частково відібраний через відвідний патрубок. У разі використання морської води як носія в спрощеному варіанті вода випаровується, розчинені в ній гази вивільняються, а солі випадають в осад. Тому в зоні конденсації на заданій висоті залишається переважно чиста вода. Завдяки цьому забезпечуються різноманітні можливості для застосування винаходу, наприклад отримання питної води та зрошування. Якщо як носій використовують технічну або стічну воду з промисловості або побутового сектора, шляхом дистиляції можна здійснювати очищення технічної або стічної води, а також одержувати залишкові речовини. Газоподібний носій може підніматися в камері, яка не містить жодних інших речовин, окрім звичайних домішок. Однак в альтернативному варіанті камера може містити також наповнювач, який підхоплюється газоподібним носієм, що піднімається. Наповнювачем може бути повітря або будь-який інший газ чи газова суміш. Застосування наповнювача дозволяє компенсувати різницю тиску між камерою та зовнішнім оточенням. Така різниця тиску може виникати внаслідок коливань робочої температури, спричинених змінами агрегатного стану носія. Оскільки наповнювач підхоплюється носієм, для наповнювача може бути передбачений замкнутий контур, в якому наповнювач після видалення носія на заданій висоті знову напрямляється до випарника. В альтернативному варіанті може бути також передбачена відкрита система, в якій наповнювач всмоктується ззовні в результаті підхоплення всередині камери, а після використання знову випускається назовні. Узагалі для всіх застосовуваних і не відібраних для зовнішнього використання засобів, таких як носій, транспортувальний засіб та наповнювач, а також для всіх видів енергії, що не відібрані для зовнішнього застосування, запропоновано форми виконання винаходу із замкнутими контурами, а також відкритими проточними каналами. Різні аспекти винаходу можуть бути також описані інакше, як наведено далі: Описи представленого спрощеного способу та/або пристрою для одержання енергії, зокрема визначення понять, ідентичні наведеним у заявці на патент РСТ/ЕР2007/051940 "Спосіб, пристрій і система для перетворення енергії" заявника Клауса Вольтера (Klaus Wolter). Усі наведені визначення, описи, обґрунтування і креслення походять із цієї заявки. Зокрема, всі аспекти цитованої заявки використані в наведеному тут описі спрощеного способу, пристрою і системи для одержання енергії. Наведено посилання на аспекти, що стосуються змін агрегатного стану, введення тепла в носій (від будь-якого джерела тепла, отже, зокрема також сонячної енергії), аспект одержання енергії шляхом транспортування (тобто піднімання) інерційної маси на більшу висоту в полі тяжіння із використанням ефекту димової труби (тобто перетворення хаотичного руху молекул (тепла) носія на напрямлене спільне переміщення (холодний вітер), зумовлене геометричними характеристиками каналу (будівлі висотою h), в якому перебувають "теплі" молекули), який пояснює процес одержання потенційної енергії, аспект одержання води (технічної, промислової, питної води), аспект повернення тепла, рекуперації тепла в способі та/або пристрої для одержання енергії та аспекти перетворення енергії (турбіна, генератор), такі як акумулювання і проміжне зберігання одержаної енергії у фізичних, а також хімічних накопичувальних середовищах. (При цьому слід зауважити, що вищенаведений перелік містить лише головні аспекти, що не означає, нібито інші аспекти не мають значення. Навпаки, цей обмежений перелік наведено лише з метою полегшити процес запам'ятовування головних аспектів). Удосконалення і спрощення полягає в тому, що застосовувані донині окремі компоненти способу та/або пристрою для одержання енергії внаслідок розширення та впровадження іншого технологічного процесу виявляються зовсім зайвими. Це дозволяє реалізувати інше, раніше не відоме рішення, навіть якщо покладена в основу ідея є ідентичною. Спрощення полягає в тому, що газоподібний носій піддають стисненню перед конденсатором, проте, після того як він підніметься на більшу висоту для введення потенційної енергії. Енергія, необхідна для стиснення (для стиснення можуть бути застосовані всі способи 4 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 та/або пристрої, придатні для стиснення газу; наприклад поршневі, мембранні насоси, ротаційні компресори), яке здійснюють шляхом підвищення тиску, оскільки тепер це збільшення тиску передбачене в рамках усієї лінії зі спрощеного способу, пристрою та системи для одержання енергії аж до турбіни, рекуперується в рамках цієї лінії. Рекуперована в такий спосіб енергія в одній з форм виконання винаходу може бути знову підведена до компресора шляхом прямого механічного зв'язку за допомогою осі та, як варіант, редуктора. Проте, може бути вибраний також непрямий шлях перетворення енергії руху турбіни в інші енергоносії, які потім після відповідного зворотного перетворення можуть бути підведені до компресора (наприклад: генератор - електрична енергія - двигун). Така схема відповідає непрямому забезпеченню енергією або підведенню енергії для стиснення. В іншій формі виконання винаходу стиснення пароподібного носія здійснюють не після, а до чи під час транспортування носія на висоту. Тобто не раніше, ніж безпосередньо після випарювання у випарнику. Це є можливим, оскільки процес стиснення не впливає на ефект димової труби. В цьому полягає суттєве спрощення конструкції, оскільки в результаті практично всі деталі, що рухаються, розташовані в нижній зоні спрощеного способу, пристрою і системи для одержання енергії. Перевага, отже і спрощення полягають також у тому, що внаслідок підвищення тиску в газоподібному агрегатному стані збільшується температура кипіння/конденсації. Завдяки цьому теплота випаровування в конденсаторі вводиться в транспортувальний засіб на вищому температурному рівні. Тому вона безпосередньо оптимальним шляхом за допомогою транспортувального засобу подається для застосування в процесі випарювання у випарнику і не потребує переведення на вищий рівень температури за допомогою теплового насоса. В іншій формі виконання винаходу аналогічний ефект підвищення температури досягається за рахунок того, що на відміну від прямого перенесення одержаної механічної енергії від турбіни, приведеної в дію рідиною, до газового компресора, спочатку здійснюється перетворення енергії за допомогою турбіни, приведеної в дію рідиною, і послідовно підключеного до неї генератора на електричну енергію, яка потім за допомогою електронагрівальної системи вводиться в носій у випарнику або після випарника. Механічна енергія може бути також безпосередньо перетворена на тепло шляхом тертя і також введена в носій у вказаних місцях. Можуть бути застосовані також комбінації всіх цих способів. В іншій формі виконання винаходу введення цього тепла у носій з таким самим результатом здійснюють перед випарником або у випарнику. Крім цього, при зменшенні тиску в турбіні відбувається додаткове охолодження наявного в ній вже переведеного в рідкий стан носія. Це також спричинене зниженням температури кипіння, яке відбувається в такому випадку. Цей аспект відображає застосування полюса холоду в рамках усього спрощеного способу, пристрою і системи для одержання енергії, за допомогою якого транспортувальний засіб одержує початкову температуру. Для цього в цитованому описі способу та/або пристрою для одержання енергії було застосовано окремий тепловий насос, потреби в якому тепер немає. Лише в наступній формі виконання винаходу тепловий насос або керований охолоджувальний пристрій застосовують для встановлення температури полюса холоду. В процесі встановлення температури тепловий насос транспортує теплову енергію з носія переважно до полюса холоду. В іншій формі виконання винаходу в рамках усього спрощеного способу, пристрою і системи встановлюють вищий тиск для зменшення об'єму газоподібної фази носія; тобто всього оточення носія і транспортувального засобу. Це не порушує описаних вище спрощень, але в цьому випадку встановлюють інший рівень основного тиску. Проте, в іншій формі виконання винаходу може бути збільшений лише тиск, під яким перебуває носій (приклад: у разі застосування води як носія під тиском 1 бар із 1 літра рідини кількість утвореної пари становить близько 1800 літрів. Якщо тиск становить 100 бар, кількість утвореної пари сягає лише 18 літрів. Однак при цьому слід враховувати зміну температури, при якій відбувається випаровування). Наслідком цього, як це легко передбачити, є набагато доцільніші конструктивні рішення, оскільки установка стає компактнішою. У формі виконання для одержання води існують лише дві базові конструктивні форми. Проте, спільною ознакою обох базових конструктивних форм є те, що носій протікає по відкритому проточному каналу. Компонентом цієї форми виконання є також описане вище повернення теплоти випаровування. Різниця полягає в тому, що в одній з базових конструктивних форм значення має не досягнення певної потужності накачування (див. цитований опис способу та/або пристрою для одержання енергії), а одержання енергії в іншій формі (наприклад: електричної енергії); в іншій формі конструктивного виконання потужність накачування використовують частково або повністю, що забезпечується за рахунок часткової або повної відмови від підтримки одержаної потенційної енергії описаним вище способом (див. 5 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 цитований опис способу та/або пристрою для одержання енергії). Прикладом такої форми виконання є варіант, в якому турбіна розташована на такій висоті h (висота подачі насоса) після одержання потенційної енергії, яка відповідає висоті, на котрій відбувається зміна агрегатного стану носія, що необхідна для стиснення енергія, утворена внаслідок збільшення тиску, може бути регенерована без обов'язкового використання потенційної енергії. Згідно зі стислим описом, спрощений спосіб, пристрій та система для одержання енергії відрізняються від попередніх варіантів введенням лінії підвищеного тиску. Завдяки цьому повністю відпадає необхідність у застосуванні теплового насоса, до того ж водночас значно спрощується процес повернення теплоти випаровування. Контур, застосовуваний у спрощеному способі, пристрої та системі для одержання енергії, може бути стисло описаний, наприклад, для варіанта використання води як носія та транспортувального засобу і сонячної енергії як джерела енергії, таким чином: Вода випаровується під дією підведеної сонячної енергії, завдяки введенню тепла у відповідній споруді внаслідок ефекту димової труби в формі пари піднімається на певну висоту (в такий спосіб накопичується потенційна енергія), де за допомогою компресора тиск, під яким перебуває пара, збільшується (причому тепло випаровування утворюється знову при вищій температурі кипіння), за допомогою охолоджувального контуру, який знову транспортує тепло випаровування у випарник, пара конденсується, охолоджений конденсат, який перебуває під цим вищим тиском, напрямляється до турбіни, за допомогою якої рекуперують щонайменше необхідну для стиснення енергію шляхом зменшення тиску принаймні настільки, наскільки він був попередньо збільшений, при цьому водночас внаслідок зменшення тиску в конденсаті при проходженні через турбіну забезпечується його додаткове охолодження, і одержаний таким чином холодний конденсат знову напрямляється у випарник. Крім цього, цей холодний конденсат застосовують також як полюс холоду для охолоджувального контуру, відбираючи воду для охолоджувального контуру з цього конденсату або охолоджуючи її цим конденсатом перед його підведенням знову до конденсатора. Усі аспекти цього стислого опису відповідають формам виконання, задачею яких є одержання енергії через змішані форми до одержання технічної води. В іншій формі конструктивного виконання перетворення теплової енергії носія на кінетичну енергію здійснюють за рахунок адіабатичного розширення шляхом пропускання потоку носія крізь одне чи кілька сопел або еквівалентних соплам елементів. Прикладом такого сопла може бути також розташована після випарника димова труба, якщо поперечний переріз потоку в ній є меншим, ніж поперечний переріз камери випарника. Можуть бути застосовані також будь-які інші конструкції сопел, а також варіанти конструкцій з розташуванням сопел у способі, пристрої та/або системі для одержання енергії, які уможливлюють перетворення теплової енергії на кінетичну, тобто на енергію руху для транспортування нагору. Далі винахід детальніше пояснюється на прикладі однієї з форм виконання. На фігурах показано: Фіг. 1 Схематичне зображення конструкції відповідного винаходові прикладу виконання пристрою, Фіг. 2 Структурна схема, що пояснює принцип дії пристрою, зображеного на фіг. 1; Фіг. 3 Блок-схема відповідного винаходові прикладу виконання пристрою, та Фіг. 4 Схематичне зображення конструкції іншого відповідного винаходові прикладу виконання пристрою; Фіг. 5 Блок-схема іншого відповідного винаходові прикладу виконання пристрою; Фіг. 6 Схематичне зображення конструкції іншого відповідного винаходові прикладу виконання пристрою; Фіг. 7 Схема прикладу рекуперації тепла у відповідному винаходові пристрої; та Фіг. 8 Діаграма квадрантів для наведеної як приклад відповідної винаходові теплової гравітаційної електростанції. На фіг. 1 наведений приклад виконання відповідного винаходові пристрою для введення енергії в носій, який застосовують для ефективного перетворення енергії. Пристрій містить споруду 10, яка має камеру 11. Самозрозуміло, що камера в альтернативному варіанті конструкції може бути розташована також похило, наприклад, примикати до бічної поверхні пагорбу. В нижньому кінці камери 11 на висоті h = h0 розташована випарна камера 12. У верхньому кінці камери 11 спочатку розташований компресор 101, а потім на висоті h = h 1 - холодильний агрегат 13 При цьому компресор 101 може мати будь-яку конструкцію, наприклад, можуть бути застосовані поршневий чи мембранний насоси, ротаційний компресор тощо. Від холодильного агрегату 13 спускна труба 14 веде до турбіни 15 з підключеним до неї 6 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 генератором. Турбіна 15 у свою чергу сполучена з випарною камерою 12. Крім цього, холодильний агрегат 13 сполучений зворотним теплопроводом 16 з випарною камерою 12. Холодильний агрегат 13 і зворотний теплопровід 16 є елементами охолоджувального контуру. В іншому варіанті в камері розташована турбіна традиційної електростанції 17, що працює на висхідному потоці. Елемент 18 для одержання теплової енергії розташований із можливістю підведення теплової енергії до випарної камери 11. Прикладом такого елемента є сонячний колектор. Однак замість сонячної енергії елемент 18 може використовувати будь-яке інше джерело енергії. Також зрозуміло, що можна застосовувати кілька таких елементів. Крім цього, енергія падаючих сонячних променів може бути безпосередньо використана для нагрівання. Насамкінець, елемент 19 для одержання і подачі теплової енергії розташований вздовж оболонки камери. Елемент 19 може містити, наприклад, сонячний колектор. На фіг. 2 наведена структурна схема, що пояснює принцип дії пристрою, зображеного на фіг. 1. У випарній камері 12 перебуває носій в негазоподібному агрегатному стані, наприклад вода як рідкий носій. До випарної камери 12 від елемента 18 для одержання енергії подають зовнішню теплову енергію (стадія 20). Під дією підведеної теплової енергії носій переходить у газоподібний агрегатний стан, тобто випаровується і піднімається в камері 11. Для підтримання процесу піднімання носія елемент 19 додатково, з розподілом по висоті камери, вводить теплову енергію в газоподібний носій, що піднімається, внаслідок чого унеможливлюється самоконденсація носія до досягнення ним холодильного агрегату 13. Тому до випарної камери 12 має бути подана лише така кількість енергії, яка необхідна для перетворення негазоподібного носія на газоподібний носій. Незадовго до досягнення висоти h = h1 носій піддають стисненню у компресорі, отже газоподібний носій, що піднімається далі, досягає холодильного агрегату 13, перебуваючи під підвищеним тиском (стадія 21). На висоті h = h1 носій повертають у попередній агрегатний стан (стадія 22). Тобто пароподібний носій знову піддають конденсації. В наведеному прикладі зворотне перетворення здійснюють за допомогою холодильного агрегату 13. Такий холодильний агрегат може бути виконаний, наприклад, з мережі шлангів. Мережа шлангів має, по-перше, велику контактну поверхню для утворення чи згущення конденсаційного туману. По-друге, по шлангах може бути пропущений транспортувальний засіб як холодоагент, який підтримує процес конденсації на мережі. Мережа напрямляє утворений конденсат до спускної труби 14. Нагрітий у шлангах транспортувальний засіб по зворотному теплопроводу 16 може бути поданий до випарної камери 12, щоб підтримати в ній ефект, одержуваний внаслідок введення теплової енергії, і потім в охолодженому стані знову може бути напрямлений до холодильного агрегату 13 (стадія 23). Завдяки застосуванню додатково передбаченого елемента 19 для введення енергії тепло, повернене по зворотному теплопроводу 16 від холодильного агрегату 13 до випарної камери 12, в процесі роботи може навіть виявитися достатнім як єдине джерело подачі енергії в цьому місці. Лише на стадії введення в дію до випарної камери необхідно подавати зовнішнє тепло; або в камеру 11 при введенні в дію спочатку впорскують негазоподібний носій, так що він на початку сам перетворюється на пару лише в камері 11. Проте, нагрітий транспортувальний засіб додатково чи альтернативно може нагрівати носій в іншому місці, наприклад за допомогою елемента 19. В процесі подолання висоти h1 - h0 носій набирає потенційну енергію. Його спускають вниз по спускній трубі 14, внаслідок чого потенційна енергія перетворюється на кінетичну (стадія 24). Ця кінетична енергія може бути переведена в іншу бажану форму енергії (стадія 25). Наприклад, падаючий носій може приводити в дію турбіну 15, а утворена при цьому енергія обертання може бути використана для приведення в дію послідовно підключеного генератора і вироблення електричної енергії. На ділянці від компресора 101 до турбіни 15 носій перебуває під підвищеним тиском, що відображено на фіг. 1 у вигляді заповнених точками площин. Отже, під дією цього тиску носій накопичує додаткову енергію. Тому турбіна 15 може бути виконана з можливістю її приведення в дію шляхом додаткового використання декомпресії підведеного до неї носія. Після приведення в дію турбіни 15 носієм він може бути охолоджений і знову напрямлений у випарну камеру 12 під початковим тиском (стадія 26). При цьому початковий тиск може дорівнювати навколишньому тиску або підвищеному тиску, який дозволяє застосовувати компактнішу конструкцію пристрою внаслідок зменшення об'єму газоподібного носія. 7 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Застосовувана як варіант працююча на висхідному потоці нагрітого повітря електростанція 17 може традиційним способом для одержання енергії між стадіями 21 та 22 додатково використовувати пар носія, що піднімається. Деякі деталі та можливі варіанти виконання пристрою за фіг. 1 зображені на фіг. 3 у вигляді блок-схеми. До випарника 32, або, в широкому смислі, до перетворювача агрегатногостану, підводять носій. Носієм може бути, наприклад, морська вода. Випарник 32 відповідає камері випарювання на фіг. 1. У випарнику 32 носій випаровують за допомогою підведеної теплової енергії. Пара піднімається в камері споруди 30 до досягнення компресора 301. Додатково камера може містити наповнювач, який підхоплюється носієм у відкритому або замкнутому контурі. Компресор 301 стискає носій. Носій, який поки що залишається газоподібним, піднімається далі і досягає другого перетворювача агрегатного стану 33. Другий перетворювач агрегатного стану 33 може, наприклад, відповідати холодильному агрегату 13 з фіг. 1, який як активний збірник конденсату для підтримки процесу конденсації сприяє охолодженню пари за допомогою охолоджувального контуру. Відібране тепло подають по зворотному теплопроводу до випарника 32. Якщо для дистиляції носія необхідно використовувати випарювання і конденсацію, принаймні частина конденсованого носія через відвідний патрубок 40 може бути безпосередньо подана споживачеві. Якщо носієм є, наприклад, морська вода, солі, які вона містить, випадають в осад в процесі випарювання, і частина конденсованого носія може бути використана як питна вода або для зрошення. Не відібрану частину конденсованого носія напрямляють до проміжного накопичувача 41, наприклад резервуара для води, який також в основному розташовують на висоті другого перетворювача агрегатного стану 33. Проміжне накопичення дозволяє отримати енергію в бажаній формі в бажаний момент часу. Це включає також отримання більшої кількості енергії в бажаній формі в моменти максимального навантаження та/або отримання енергії в бажаній формі з рівномірним розподілом у часі, якщо теплова енергія може бути одержана лише в певні моменти часу, і тому конденсат може бути отриманий лише в певні моменти часу. Потім конденсований носій залежно від потреби керовано спускають через спускну трубу, в результаті чого він потрапляє на турбіну 35 та приводить її в дію. Додатково для приведення в дію турбіни 35 може бути використана декомпресія носія. Самозрозуміло, що турбіна 35 або інша турбіна лише для використання енергії декомпресії також може бути розташована на висоті другого перетворювача агрегатного стану 33. Турбіна 35 може бути механічно сполучена через вісь та редуктор з компресором 301 і приводити його в дію для стиснення носія. Окрім цього, енергія обертання, утворювана турбіною 35, може бути використана безпосередньо споживачем та/або підведена до генератора 42 для вироблення електричної енергії. В свою чергу електрична енергія може бути безпосередньо підведена до споживача або застосована для подальшого перетворення 43, наприклад для одержання водню або кисню. Після приведення в дію турбіни 35 конденсованим носієм він може бути напрямлений у додатковий проміжний накопичувач 44 для проміжного зберігання, щоб потім знову бути підведеним по замкненому контуру до випарника. Самозрозуміло, що відбирання дистильованого носія через відвідний патрубок може бути здійснене також до або після другого проміжного накопичувача 44, щоб забезпечити більшу кількість носія для приведення в дію турбіни. Носій, що виходить з турбіни 35 і зберігається в проміжному накопичувачі 44, має найнижчу температуру в системі, тобто є полюсом холоду. Температуру транспортувального засобу з охолоджувального контуру з холодильним агрегатом 33 і зворотнім теплопроводом можна, наприклад, у цьому місці за допомогою носія встановити на початкове значення. Тут транспортувальний засіб може бути охолоджений, наприклад, за допомогою теплообмінника або замінений носієм. Внаслідок збільшення теплової енергії, яка може бути відібрана з охолоджувального контуру в холодильному агрегаті, потреба в тепловому насосі взагалі відпадає. Проте, застосування теплового насосу в деяких формах виконання винаходу є можливим, наприклад для обміну теплом між транспортувальним засобом і полюсом холоду, або для регулювання температури полюсу холоду. Якщо носій було відібрано з контуру циркуляції, його додатково знову підводять зовні до випарника 32, наприклад у формі наступної порції морської води. На фіг. 4 зображена ще одна модифікація пристрою з фіг. 1 як інша форма виконання відповідного винаходові пристрою, призначеного для ефективного перетворення енергії. Позиційні позначення однакових компонентів на фіг. 4 та на фіг. 1 збігаються. 8 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 У цьому прикладі виконання випарна камера 12, споруда 10 з камерою 11, холодильний агрегат 13, спускна труба 14, турбіна 15 та зворотній теплопровід 16 розташовані так само, як і в прикладі з фіг. 1. Проте, в формі виконання за фіг. 4 немає елемента 19 для одержання та введення теплової енергії, розташованого вздовж оболонки камери, хоча цей елемент може бути передбачений також і в цьому варіанті. Суттєва різниця порівняно з прикладом виконання з фіг. 1 полягає в тому, що хоча в ньому і передбачений компресор 102, але він розташований тепер між випарною камерою 12 та спорудою 10. Пристрій з фіг. 4 працює в основному як пристрій з фіг. 1. Тільки в цьому варіанті носій піддають стисненню вже безпосередньо після його перетворення на газоподібний носій. Вже стиснений газоподібний носій піднімається всередині камери 11 у споруді, поки не досягне холодильного агрегату. Тому діаметр споруди при такому самому потоці носія, що й на фіг. 1, може бути меншим. Самозрозуміло, що компресор може бути також розташований в будь-якому іншому місці між обома зображеними на фіг. 1 та 4 позиціями. Деякі деталі та можливі варіанти виконання пристрою за фіг. 4 зображені на фіг. 5 у вигляді блок-схеми. Зображення на фіг. 5 у багатьох деталях збігається з зображенням на фіг. 3, на опис якого наведено посилання. Проте, на фіг. 5 компресор 302, як і на фіг. 4, розташований між випарником 32 і спорудою 30. Окрім зображеного як варіант механічного зворотного зв'язку між турбіною 35 та компресором 302 інші можливі варіанти внутрішньосистемних зворотних зв'язків позначені штриховими лініями. Наприклад, може бути передбачене одержання тепла для нагрівання за допомогою механічної, виробленої турбіною 35 енергії, або електричної енергії, виробленої генератором 42. Для одержання тепла механічним способом може бути, наприклад, застосоване тертя. Потім це тепло може бути введено в носій в одному чи кількох місцях системи. Прикладом є введення теплової енергії у випарник 32. Альтернативно або додатково для приведення в дію компресора 302 або інших компонентів пристрою, для приведення яких у дію необхідна електрична енергія, може бути застосована, наприклад, вироблена генератором 42 електрична енергія. Опис деяких можливих деталей винаходу наведений далі, причому, хоча перелік компонентів в цьому описі не містить компресійних засобів, їх застосування передбачене аналогічно компресору на фігурах 1, 3, 4 або 5: Спосіб та/або пристрій для одержання енергії ґрунтується на збиранні та перетворенні теплової енергії кружним шляхом здобування потенційної енергії в полі тяжіння маси (Eпот=mgh; де m означає підняту на висоту масу в кілограмах, g - гравітаційну постійну, h висоту) на енергію та/або енергоносії, які людство потребує або переконане в тому, що потребує для облаштування довкілля. Фізичними процесами, використовуваними при цьому для отримання енергії, є введення енергії в процес зміни твердого та/або рідкого агрегатного стану на газоподібний і зворотної зміни, а також використання газової динаміки в формі адіабатичного розширення, яке відбувається після зміни агрегатного стану на газоподібний. Внаслідок адіабатичного розширення виникає ефект димової труби, який використовують у цьому способі та/або пристрої. Насамкінець, завдяки цьому забезпечується перетворення енергії в формі тепла на енергію, накопичену в полі тяжіння, яка потім може бути перетворена та/або перетворюється в інші форми енергії. Спосіб та/або пристрій для одержання енергії ґрунтується на принципі теплової труби (англ. heat pipe), проте, з вирішальними змінами та вдосконаленнями. Теплова труба розміщена в полі тяжіння маси таким чином, що переміщення від одного кінця труби до іншого (тобто на висоту h) потребує енергії для подолання різниці в потенціалі поля тяжіння. Зокрема, при перенесенні в ситуацію "земля" це означає: один кінець розташований, наприклад, на ґрунті (висота h 0 = 0), а інший кінець - на висоті h1 > 0 над рівнем ґрунту. Основний функціональний принцип, на якому ґрунтується спосіб та/або пристрій для одержання енергії, описаний далі (фіг. 3): Засіб (тобто носій) переводять у газоподібний агрегатний стан за допомогою введеної ззовні енергії, потім завдяки фізичному ефекту адіабатичного розширення, який має вирішальне значення, транспортують на висоту h і там знову повертають (тобто конденсують) у попередній агрегатний стан. Після цього засіб із накопиченою потенційною енергією може бути 9 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 застосований для одержання енергії. Як варіант, на цій висоті може бути передбачене проміжне зберігання засобу для використання згодом. Потім за допомогою відповідних пристроїв та/або способів потенційна енергія може бути переведена в інші фізичні або хімічні форми енергії, тобто вилучена з носія. Після вилучення потенційної енергії засіб можна знову, як варіант, піддати проміжному накопиченню. Після цього, як варіант, носій може бути знову введений у контур циркуляції, якщо це заплановане у відповідній формі виконання винаходу. Для реалізації способу та/або пристрою для одержання енергії в одній з форм виконання винаходу застосовують контур, який містить зображені елементи (див. також фіг. 1): Із випарною камерою, призначеною для випарювання носія за допомогою введеного зовні тепла, сполучена споруда висотою h, в якій може підніматися пара і до якої може бути приєднана електростанція, що працює на висхідному потоці; до неї в одній формі виконання підключений холодильний агрегат (тобто охолоджувальний пристрій) для одержання конденсату з пари носія; в іншій формі виконання між висотою h і введеним в носій теплом вибране таке співвідношення, що внаслідок охолодження в результаті переміщення носія вгору (що є фізичним процесом перетворення тепла (мікроскопічного руху) на макроскопічний рух, тобто спрямований в одному напрямку рух молекул/атомів - ефект димової труби) утворюється настільки переохолоджена пара, що в кращому випадку починається її самоконденсація, і тому немає потреби в застосуванні холодильного агрегату; в одній з форм виконання до неї приєднують збірник конденсату або конденсатори, наприклад, у формі мереж, які діють як велика контактна поверхня, для утворення або додаткового згущування конденсаційного туману або конденсату; до неї необов'язково може бути приєднаний пристрій для проміжного зберігання конденсату (необхідний, наприклад, у випадку припинення подачі зовнішнього тепла, або для покриття пікових потреб, або для зберігання надлишків утворюваного конденсату), потім приєднана спускна труба для конденсату, до неї приєднана турбіна з підключеним генератором, в якій кінетична енергія, отримана із потенційної енергії конденсату носія в процесі його падіння по спускній трубі, може бути перетворена, наприклад, на електричну енергію (а також може бути перетворена знову безпосередньо в тепло), потім необов'язково приєднаний додатковий пристрій для проміжного зберігання конденсату, а потім знову приєднана випарна камера. При цьому тепло, утворюване в процесі роботи холодильного агрегату, знову може бути введене в зону нагрівання у випарній камері за допомогою носія. Для реалізації способу та/або пристрою для одержання енергії можуть бути застосовані різні форми виконання винаходу. В описаному вище способі та/або пристрої носій необов'язково є єдиним, якщо не враховувати домішки, газом, що протікає всередині споруди висотою h, а в іншій формі виконання винаходу споруда з висотою h додатково містить наповнювач (переважно повітря; проте, може бути застосований також будь-який інший газ або газова суміш). Вибір наповнювача визначається різницею між тиском у внутрішньому просторі способу та/або пристрою і навколишнім тиском при різних робочих температурах, обумовлених змінами агрегатного стану. Як варіант, ця різниця може бути компенсована в разі застосування наповнювачів, що потребує певних конструктивних заходів при спорудженні будівельних об'єктів Оскільки наповнювач підхоплюється носієм, можливими є принаймні два варіанти конструкції. По-перше - замкнений контур циркуляції наповнювача, який після видалення носія на висоті h знову подають до випарника за допомогою пристрою для зворотної подачі, по-друге - відкрита система, в якій наповнювач всмоктується ззовні шляхом підхоплення всередині споруди, а після використання знову випускається назовні. У процесі подальшого розгляду способу та/або пристрою для одержання енергії можна виявити додаткові переваги. Побічним ефектом зміни агрегатного стану використовуваного засобу залежно від його складу є фракційна перегонка. Якщо, наприклад, як носій у відкритому проточному каналі в способі та/або пристрої для одержання енергії застосовують морську воду, то, згідно зі спрощеним описом, вода випаровується, розчинені в ній гази вивільняються, а солі випадають в осад. Тому в зоні конденсації на висоті h наявною є переважно чиста вода, яка за допомогою одержаної енергії вже була подана насосом на висоту h без будь-яких проміжних операцій. Цим пояснюється різноманітність варіантів застосування та конструктивного виконання (ключові слова: одержання (питної) води, зрошування). Якщо, наприклад, здійснювати відбирання технічної або стічної води з промисловості або побутового сектора, результатом застосування способу є одержання очищеної технічної або стічної води, а також залишкових речовин. В інших формах виконання як можливий варіант спеціально розглядають можливість застосування теплоти або ентальпії випаровування відповідного носія, яка має бути використана в формі прихованого тепла, утворюваного при зміні агрегатного стану з рідкого/твердого на газоподібний, однак потім при зворотному переході вивільняється в формі 10 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 тепла сублімації або конденсації. Те саме тепло як варіант шляхом вищеописаного зворотного транспортування за допомогою холодильного агрегату знову вводять в зону зміни агрегатного стану з рідкого/твердого на газоподібний (див. фіг. 3). Завдяки цьому під час роботи у випарник додатково потрібно вводити ззовні лише енергію для компенсування втрат. Це стосується також відібраної корисної енергії. Спільною перевагою цих форм виконання є значне зменшення витрат на конструкцію для одержання енергії. В іншій формі виконання вищезгадані мережі утворені конструктивними елементами та відповідним розташуванням охолоджувальних ділянок холодильного агрегату, наприклад, мережі зі шлангів, по яких протікає охолоджувальний засіб (тобто носій). В іншій формі виконання винаходу вдосконалено процес рекуперації теплоти випаровування, отже і конденсації, шляхом впорскування/зрошування/введення конденсату, який в наступній формі виконання спочатку охолоджують за допомогою холодильного агрегату. В інших формах виконання конденсат може бути замінений засобами, які спричиняють такий самий фізичний ефект (приклад: у разі застосування води як носія для покращання конденсації може бути введена також олія. Перевага такого варіанта полягає в спрощенні процесу розділення обох речовин). Для всіх засобів (носія(носіїв), транспортувального засобу(засобів), наповнювача(наповнювачів)), видів енергії (теплоти, електроенергії, механічної енергії, вітру, енергії руху) та агрегатних станів у способі та/або пристрої для одержання енергії запропоновані відповідні конструктивні рішення з замкнутими контурами та відкритими проточними каналами. Транспортувальні засоби, застосовувані в цьому способі та/або пристрої, виконують лише допоміжні функції, як, наприклад, каталізатори хімічних реакцій, але вони також є функціонально необхідними для відповідної форми виконання. Наприклад, повернення тепла, одержуваного в холодильному агрегаті, до випарника здійснюють у замкненому як варіант контурі циркуляції транспортувального засобу. В цьому процесі транспортувальний засіб також може, але не мусить змінювати свій агрегатний стан. Це мало б місце в тому випадку, якщо ця частина конструкції у відповідній формі виконання відповідала б принципу теплової труби (англ. heat pipe). В іншій формі виконання як засіб для транспортування тепла, наприклад, висококиплячу рідину (зокрема рослинну чи мінеральну олію, розплав солей тощо), застосовують газ, який не змінює свого агрегатного стану при введенні тепла, одержаного в холодильному агрегаті. Теплова енергія, яка є рушієм в цьому способі та/або пристрої, може походити із будь-яких джерел. Наприклад, такими джерелами можуть бути Земля (теплота Землі), вода (теплота води), повітря (теплота повітря), викопні енергоносії (газ, нафта, вугілля, метановий лід тощо), носії ядерної енергії (синтез або розщеплення) або Сонце (сонячна енергія). В інших формах виконання споруда висотою h (тобто димова труба) водночас є пристроєм для одержання енергії/тепла, що значно зменшує витрати на підготовку та спорудження. Фізикотехнічним підґрунтям цього є міркування, що енергія транспортувального засобу, необхідна для транспортування носія на висоту за рахунок ефекту димової труби, не обов'язково має бути введена ще у випарну камеру (фіг. 1), тобто в концентрованій формі (наслідок: необхідна висока температура), а може бути введена також розподілено по всій висоті споруди висотою h (наслідок: необхідна лише низька температура, тобто така температура, що забезпечує лише необхідну кількість тепла для нагрівання на кожен метр висоти). Отже, якщо пристрій для одержання енергії/теплоти, наприклад у разі застосування сонячного колектора, має таку конструкцію, то колектор водночас є спорудою висотою h. В кожному іншому випадку, де також встановлена лише низька початкова температура для одержання енергії випаровування чи транспортування, ситуація є аналогічною. Отже, для цих форм виконання також розроблена принципова схема процесу з такими стадіями: стадія випарювання - коли енергія транспортування не обов'язково має бути достатньою для подолання висоти h; стадія одержання і введення енергії (теплоти) для транспортування носія з метою одержання потенційної енергії та компенсації втрат (носій при цьому одночасно виконує функцію засобу для транспортування можливих тимчасових надлишків одержаної енергії); стадія конденсації та регенерації прихованої енергії (власне прихованою енергією є теплота випаровування, а також теплота носія) після досягнення висоти h; ту саму енергію потім знову вводять у випарник; а також стадія одержання корисної енергії та стадія повернення носія до випарника. Також і тут можливими є всі вищезгадані конструкції для одержання питної води або очищення стічних вод тощо, і відкриті та/або замкнені контури (див. також фіг. 3). Енергією та/або енергоносіями, яких людство потребує або переконане в тому, що потребує для облаштування довкілля, можуть бути, наприклад, електрична енергія або хімічні 11 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 енергоносії, або фізичні енергоносії, такі як, наприклад, водень та кисень із електролізу, а також енергія накачки, така як енергія для перегонки. Перевагою цього способу та/або пристрою для одержання енергії в разі використання таких вихідних енергоносіїв, як тепло Землі, повітря чи води, а також сонячної енергії є абсолютна відсутність шкідливих викидів у довкілля. Стосовно обмеження: - описаний тут спосіб та/або пристрій для одержання енергії не є електростанцією, що працює на висхідному потоці (такі електростанції віднесені до групи електростанцій, що працюють на висхідних потоках теплого повітря, таких як представлений тут спосіб та/або пристрій для одержання енергії). Електростанція, що працює на висхідних потоках, є необов'язковою складовою частиною цієї представленої тут електростанції. - Запропонований тут спосіб та/або пристрій для одержання енергії не є тепловою електростанцією, що працює на морській воді. Теплота морської води є тільки одним із рішень стосовно джерела енергії. - Запропонований тут спосіб та/або пристрій для одержання енергії не є геотермічною електростанцією. Тепло Землі є тільки іншим рішенням стосовно джерела енергії. У випадку застосування тепла Землі як джерела енергії можна подумати про використання існуючих шахт - наприклад в Рурській області. Таким чином можна мінімізувати початкові витрати на розробку і одночасно скоротити термін спорудження до першого введення в дію. При цьому тепло можна було б одержувати в штольнях, шахтні стволи використовувати як споруди висотою h, а на рівні землі додатково створити накопичувальний басейн для конденсату, що як функція "гідроакумулюючої електростанції" може бути використане для управління розподілом пікових навантажень та його обслуговування. На фіг. 6 наведена структурна схема іншої форми виконання пристрою. Конструкція пристрою відповідає конструкції пристрою, зображеного на фіг. 3. Проте, вона доповнена елементом 45 для перетворення, вироблення та накопичення енергії, розташованим між турбіною 35 та/або генератором 42 з однієї сторони та випарником 32 з іншої сторони. Такий пристрій є прикладом для таких форм виконання винаходу: В іншій формі виконання способу та/або пристрою для одержання енергії здобуту за допомогою способу та/або пристрою енергію в формі тепла вводять в накопичувач (45) (фіг. 6). З нього енергію в разі потреби знову можна вводити в контур для одержання енергії. Цей акумулятор тепла як акумулюючий засіб у різних формах виконання може містити, наприклад, залізо або інший метал, або просто бути виготовленим із каменю (наприклад базальту, граніту, мармуру, шамоту тощо), або бути рідиною, наприклад, тузлуком, сольовим розплавом або металевим розплавом. Перевагою цього способу проміжного накопичення є можливість досягнення значно вищої концентрації енергії порівняно з накопиченням носія, отже і маси на великій висоті, а це дозволяє значно зменшити витрати. Водночас уможливлюється постійне підведення тепла у процес випарювання, завдяки чому в деяких формах виконання тиск у споруді не зменшується; це також обумовлює деякі конструктивні переваги. 3 Приклад застосування 365 теплових акумуляторів із базальту (0,84 кДж/кгК, 3000 кг/м ), які 3 нагрівають до 600 °С, об'єм кожного становить 300  300  300 м , підтверджує виробничу потужність цього способу. Акумульована в них кількість теплоти досягає 15 000 петаджоулів, що відповідає річній потребі ФедеративноїРеспубліки Німеччина в первинній енергії в 2005 році. Цю кількість теплоти можна отримати за допомогою описаного тут способу та/або пристрою для одержання енергії, а в разі потреби знову затребувати для застосування в інших енергоносіях. В іншій формі виконання способу та/або пристрою для одержання енергії зворотне транспортування теплоти, таке як повторне введення теплоти випаровування і, як варіант, також повторне введення основної теплоти носія, реалізують за допомогою теплообмінників. Вони раціонально з'єднані між собою трубопроводами (фіг. 7). Отже: один із теплообмінників акумулює енергію з пари або конденсату носія і передає її в транспортувальний засіб, тобто його застосовують як холодильний агрегат. Другий теплообмінник віддає накопичену у випарнику енергію знову носієві для випарювання, тобто його застосовують як випарник. Ці теплообмінники в різних формах виконання можуть бути пасивними (зустрічноструминні теплообмінники, теплообмінники з побіжними чи перехресними струменями) та/або активними (теплові насоси). Якщо в одній з форм виконання для транспортування теплоти застосовують переважно пасивні теплообмінники, тоді, оскільки пасивні теплообмінники не є ідеальними, у цій формі виконання необхідно встановити принаймні один додатковий активний теплообмінник для передачі залишкової теплоти, не переданої пасивними теплообмінниками, у процес 12 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 випарювання; в іншій формі виконання цю залишкову теплоту виводять через теплообмінник в оточення способу та/або пристрою для одержання енергії, і в цьому випадку необхідно забезпечити компенсацію відведеної теплоти шляхом збільшення на таку саму величину подачі зовнішньої енергії в процес випарювання. Цей активний теплообмінник доцільно (але не обов'язково) встановлювати на місці випарника, де шляхи передачі цієї залишкової теплоти в процес випарювання є короткими. Приклад (фіг. 7) унаочнює циркуляцію теплового потоку: якщо припустити, що застосовують зустрічноструминні теплообмінники, носієм та транспортувальним засобом є вода, а початкова температура транспортувального засобу в охолоджувачі (60) становить 70 °С, температура відтоку - 100 °С, температура пари носія на початку протитечії - 102 °С, а на початку відтоку - 72 °С, то початкова температура транспортувального засобу на шляху до випарника становить 100 °С, а температура носія, в свою чергу, становить 72 °С. При цьому параметри цього пасивного зустрічноструминного теплообмінника випарника (62) мають бути аналогічними параметрам охолоджувача. Тоді температура носія у відтоку становить 98 °С, а температура транспортувального засобу - 74 °С. Проте, водночас цей пасивний теплообмінник може відводити лише невелику частину енергії, тимчасово акумульованої в транспортувальному засобі, і тому для досягнення необхідної для роботи охолоджувача початкової температури 70 °С необхідно активно відводити залишкову теплоту, тим самим знижуючи температуру транспортного засобу ще на 4 °С. Це здійснюють за допомогою теплового насоса (61) (принцип холодильника), причому накачку теплоти раціонально здійснюють таким чином, щоб її знову можна було б ввести для використання в процес випарювання. Фіг. 8 пояснює фізико-технічний принцип дії спрощеної системи, способу та/або пристрою для одержання енергії в формі діаграми квадрантів, на якій функціональні групи в основному відображені як переходи між квадрантами. Винятками є підведення енергії зовні в формі теплоти (фіг. 8 (1)) та споживач (фіг. 8 (2)), які розташовані поза головним контуром системи, способу та/або пристрою. Крім цього, генератор (фіг. 8 (7)), накопичувач (фіг. 8 (8)) та циркуляційний насос для подачі транспортувального засобу (фіг. 8(11)), зворотний теплопровід, такий як головний насос системи, способу та/або пристрою, власне транспортуючий насос, теплота (фіг. 8 (12)), за допомогою якої здійснюється приведення в рух та піднімання носія в контурі для одержання енергії (фіг. 8 (9)) у функціональних квадрантах І та II. Першою функціональною групою, яка має бути описана, є теплообмінник (фіг. 8 (3)), який сприяє здійсненню фазового переходу носія з рідкого стану в газоподібний і завдяки своєму розташуванню і виконуваній функції підтримує газоподібний стан носія під низьким тиском на невеликій висоті (квадрант І). Компресор (фіг. 8 (4)) призначений для підвищення тиску і разом із цим об'єму, а також температури газоподібного носія. Отже, він утворює перехід із квадранта у квадрант II, в якому носій залишається в газоподібному стані при вищій температурі та в якому він піднімається на більшу висоту за допомогою транспортуючого насоса. Після цього в теплообміннику (фіг. 8 (5)) відбирається тепло з газоподібного носія, який внаслідок цього знову переходить у рідкий агрегатний стан. Це тепло, яке включає теплоту випаровування на вищому рівні температури, а також основне тепло носія, по контуру циркуляції тепла (фіг. 8 (10)) за допомогою транспортувального засобу знову повертають у процес випарювання в теплообміннику (фіг. 8 (3)). Одержану таким чином охолоджену рідину в функціональному квадранті III спускають з більшої висоти на турбіну (фіг. 8 (6)), розташовану на меншій висоті, в якій здійснюється перетворення енергії, одержаної шляхом стискання, на механічну енергію. При цьому тиск, що діє на турбіну, складається з підвищення тиску, яке забезпечує компресор, та тиску, обумовленому різницею висот. Одержану в такий спосіб механічну енергію в функціональному квадранті IV у разі потреби частково знову застосовують для підвищення тиску в компресорі, а також для одержання електричної енергії за допомогою генератора. Одержана за допомогою генератора електрична енергія тепер залежно від конкретної потреби споживача може бути напрямлена до нього або в накопичувач, в якому вона після відповідного перетворення може зберігатися, наприклад, в формі тепла або в іншій описаній вище формі. Після цього охолоджений носій, який після турбіни перебуває під низьким тиском, подають знову до випарного теплообмінника, завдяки чому цей контур також є замкненим. Оскільки кількість тепла газоподібного носія внаслідок перетворення тепла на кінетичну, а потім у потенційну енергію зменшується, кількість тепла, яку повертають за допомогою контуру циркуляції, виявляється недостатньою для випарювання такої самої кількості носія, яка піднялася вгору. Це компенсують шляхом збільшення базової температури носія в найхолоднішій точці системи, способу та/або пристрою, який присутній на виході турбіни, шляхом підведення тепла. Так само всі тепловтрати реальних конструктивних елементів використовують для підвищення базової температури. 13 UA 98029 C2 Самозрозуміло, що описані форми виконання є лише прикладами, які можуть бути найрізноманітнішим чином модифіковані та/або доповнені в рамках пунктів формули винаходу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб введення енергії в носій, у якому перетворюють негазоподібний носій на газоподібне середовище-носій шляхом підведення теплової енергії, завдяки чому газоподібне середовищеносій піднімається на задану висоту, стискають газоподібне середовище-носій за допомогою компресора, здійснюють зворотне перетворення стисненого газоподібного середовища-носія на заданій висоті на негазоподібне середовище-носій за допомогою охолоджувального контуру з транспортувальним середовищем, виконаного зі здатністю відбирати тепло середовища-носія, та повертають тепло, відібране охолоджувальним контуром, для нагрівання середовища-носія. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що стиснення газоподібного середовища-носія здійснюють або безпосередньо після перетворення негазоподібного середовища-носія на газоподібне середовище-носій, або безпосередньо перед зворотним перетворенням стисненого газоподібного середовища-носія на негазоподібне середовище-носій, або між етапами перетворенням негазоподібного середовища-носія на газоподібне середовище-носій та зворотним перетворенням стисненого газоподібного середовища-носія на негазоподібне середовище-носій. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що у ньому приводять в дію турбіну шляхом декомпресії стисненого негазоподібного середовища-носія. 4. Спосіб за одним із пп. 1-3, який відрізняється тим, що у ньому надають можливість регенерованому негазоподібному середовищу-носію падати з більшої висоти на меншу висоту таким чином, що негазоподібне середовище-носій на меншій висоті приводить у дію турбіну. 5. Спосіб за одним із пп. 3 або 4, який відрізняється тим, що у ньому використовують вироблену турбіною енергію для підтримки процесу стиснення газоподібного середовища-носія за допомогою механічного з'єднання або після перетворення в іншу форму енергії за допомогою одержаної енергії - для зменшення кількості енергії, необхідної для стиснення газоподібного середовища-носія; або після перетворення на теплову енергію - для додаткового нагрівання середовища-носія до, під час або після перетворення негазоподібного середовища-носія на газоподібне середовище-носій. 6. Спосіб за одним із пп. 3-5, який відрізняється тим, що у ньому охолоджують транспортувальне середовище в охолоджувальному контурі за допомогою середовища-носія після його застосування для приведення в дію турбіни. 7. Спосіб за одним із пп. 3-5, який відрізняється тим, що у ньому замінюють транспортувальне середовище в охолоджувальному контурі негазоподібним середовищем-носієм після його застосування для приведення в дію турбіни. 8. Спосіб за одним із пп. 1-7, який відрізняється тим, що у ньому в середовищі-носії під час здійснення всього способу додатково створюють тиск, що перевищує навколишній тиск, який додатково підвищують шляхом стиснення. 9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що у ньому додатково до транспортувального середовища в охолоджувальному контурі під час здійснення всього способу прикладають тиск, що перевищує навколишній тиск. 10. Спосіб за одним із пп. 1-9, який відрізняється тим, що у ньому принаймні частково відбирають регенероване негазоподібне середовище-носій для зовнішнього застосування. 11. Спосіб за одним із пп. 1-10, який відрізняється тим, що у ньому пропускають газоподібне середовище-носій під час його піднімання крізь принаймні один звужений засіб. 12. Пристрій введення енергії в носій, який містить камеру, розташовану в нижньому кінці камери випарну камеру, призначену для перетворення негазоподібного середовища-носія на газоподібне середовище-носій за допомогою підведеної теплової енергії, завдяки чому газоподібне середовище-носій піднімається на задану висоту, компресор, призначений для стиснення газоподібного середовища-носія, охолоджувальний контур, призначений для зворотного перетворення стисненого газоподібного середовища-носія на заданій висоті на негазоподібне середовище-носій шляхом відбирання тепла середовища-носія, а також для повернення відібраного тепла за допомогою транспортувального середовища для нагрівання середовища-носія. 13. Пристрій за п. 12, який відрізняється тим, що компресор розташований у камері або безпосередньо після випарної камери, або безпосередньо нижче заданої висоти, або на ділянці між випарною камерою і заданою висотою. 14 UA 98029 C2 5 10 15 20 25 30 35 14. Пристрій за п. 12 або 13, який відрізняється тим, що містить турбіну, виконану зі здатністю приведення в дію принаймні за допомогою декомпресії стисненого негазоподібного середовища-носія. 15. Пристрій за одним із пп. 12-14, який відрізняється тим, що містить спускний канал, виконаний з можливістю скидання регенерованого негазоподібного середовища-носія з більшої висоти на меншу висоту, та турбіну, розташовану на меншій висоті, виконану зі здатністю приведення в дію принаймні за допомогою кінетичної енергії падаючого середовища-носія. 16. Пристрій за одним із пп. 14 або 15, який відрізняється тим, що містить принаймні один із наведених компонентів: механічне з'єднання між турбіною і компресором, пристрій для перетворення енергії, виконаний зі здатністю перетворення енергії, виробленої турбіною, в іншу форму енергії, а також підведення одержаної енергії до компресора, та пристрій для перетворення енергії, виконаний зі здатністю перетворення енергії, виробленої турбіною, на теплову енергію, а також надання теплової енергії для додаткового нагрівання середовищаносія до, під час або після перетворення негазоподібного середовища-носія на газоподібне середовище-носій. 17. Пристрій за одним із пп. 14-16, який відрізняється тим, що містить теплообмінник, виконаний зі здатністю охолодження транспортувального середовища в охолоджувальному контурі за допомогою середовища-носія після застосування цього середовища-носія для приведення в дію турбіни. 18. Пристрій за одним із пп. 14-16, який відрізняється тим, що містить засіб для заміни, виконаний з можливістю заміни транспортувального середовища в охолоджувальному контурі негазоподібним середовищем-носієм після застосування цього середовища-носія для приведення в дію турбіни. 19. Пристрій за одним із пп. 12-18, який відрізняється тим, що містить засіб для встановлення тиску в середовищі-носії, який перевищує зовнішній тиск і який додатково підвищують за допомогою компресора. 20. Пристрій за п. 19, який відрізняється тим, що містить засіб для встановлення тиску в транспортувальному середовищі охолоджувального контуру, який перевищує навколишній тиск. 21. Пристрій за одним із пп. 12-20, який відрізняється тим, що містить відвідний патрубок для принаймні часткового відбирання регенерованого негазоподібного середовища-носія для застосування поза пристроєм. 22. Пристрій за одним із пп. 12-21, який відрізняється тим, що містить принаймні один звужений засіб, виконаний з можливістю пропускання газоподібного середовища-носія під час піднімання. 23. Система введення енергії в носій, яка містить пристрій за одним із пунктів 12-22, а також принаймні один пристрій, виконаний з можливістю одержання теплової енергії, яка здатна підводитися до пристрою за одним із пунктів 12-22. 15 UA 98029 C2 16 UA 98029 C2 17 UA 98029 C2 18 UA 98029 C2 19 UA 98029 C2 Комп’ютерна верстка Л. Купенко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 20