Установка перетворення енергії осмосу в електроенергію

Установка перетворення енергії осмосу в електроенергію, що містить робочу камеру, поділену напівпропускною мембраною на прісний і солоний об'єми, трубопроводи подачі прісної і солоної води з фільтрами і насосами, трубопровід відбору води з солоного об'єму робочої камери, гідротурбіну і електрогенератор, яка відрізняється тим, що напівпропускна мембрана виконана гофрованою, трубопровід відбору води з солоного об'єму робочої камери розташований в нижній частині камери, а на трубопроводах подачі прісної і солоної води в робочу камеру встановлені теплообмінники. Винахід належить до енергетики і може бути використаний в пристроях перетворювання енергії осмосу (градієнта солоності) в електроенергію. Відомий генератор енергії [1], обладнаний камерою з напівпропускною мембраною, яка генерує енергію осмосу, і пристроєм, який підтримує безперервну роботу генератора. У зв'язку з непроточним режимом роботи напівпропускної мембрани відбувається підвищення концентрації солей у внутрішніх порожнинах волокон мембрани, що в кінцевому підсумку приводить до зупинки процесу прямого осмосу. Відома енергетична установка [2], яка виробляє електроенергію за рахунок використання природного явища осмосу. Суть його полягає в наступному: якщо поділити два водних розчини з різними концентраціями солей напівпропускною мембраною, то молекули води будуть прямувати в ту частину, де їх менше, тобто де концентрація розчинених речовин вища. Цей процес приводить до збільшення об'єму розчину в одному з відділень. Установка розташована в усті ріки, яка впадає в море. Морську та річкову воду направляють до камери, яка поділена напівпропускною мембраною на два відділення. У відділенні з солоною во дою осмос створює тиск, еквівалентний впливу водяного стовпа висотою 120 метрів. Потік води йде на турбіну, яка обертає ротор генератора і виробляє електричну енергію. Однак потужність такої установки, яка залежить від витрат води крізь мембрану, обмежена і становить 4 кВт. Також існує проблема, яка пов'язана з забрудненням агрегатів бактеріями. Задачею винаходу є удосконалення установки шляхом збільшення пропускної поверхні напівпропускної мембрани і підвищення осмотичного тиску за рахунок підігрівання рідини. Поставлена задача вирішується тим, що в установці перетворювання енергії осмосу в електроенергію, яка має робочу камеру, поділену напівпропускною мембраною на прісний і солоний об'єми, трубопроводи подачі прісної і солоної води з фільтрами і насосами, трубопровід відбору води з солоного об'єму робочої камери, гідротурбіну і електрогенератор, згідно з винаходом, напівпропускна мембрана виконана гофрованою, трубопровід відбору води з солоного об'єму робочої камери розташований в нижній частині камери, а на трубопроводах подачі прісної і солоної води в ро (19) UA (11) 94182 (13) C2 (21) a201001948 (22) 22.02.2010 (24) 11.04.2011 (46) 11.04.2011, Бюл.№ 7, 2011 р. (72) ТРОФИМЕНКО АНАТОЛІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ТРОФИМЕНКО ОЛЬГА АНАТОЛІЇВНА (73) ТРОФИМЕНКО АНАТОЛІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, ТРОФИМЕНКО ОЛЬГА АНАТОЛІЇВНА (56) SU 720852 A, 30.03.1984 Renewable.com.ua. Сайт о возобновляемой энергетике. Осмотическая электростанция в Норвегии, 03.12.2009. http://www.renewable.com.ua/hydroenergy/13-osmatic-station-v-norvegii.html RU 2004123880 A, 27.01.2006 US 3906250 A, 16.09.1975 US 4177146 A, 04.12.1979 3 бочу камеру встановлені теплообмінники для підігрівання рідини. Таке виконання напівпропускної мембрани дозволяє збільшити поверхню мембрани і тим самим збільшити витрати води, яка проходить крізь мембрану. Відомо, що потужність установки з використанням енергії осмосу визначають рівнянням [2] N=Qp, де Q - витрати води крізь мембрану; p - різниця гідростатичних тисків по обидві сторони мембрани. Витрати води крізь мембрану прямо пропорційні площі самої мембрани і осмотичному тиску 0, який визначають з формули c 0  i   R  T , M де i - ізотонічний коефіцієнт; c - концентрація розчину; M - молекулярна маса; R - універсальна газова стала; T - абсолютна температура розчину. Таким чином, якщо підвищувати температуру розчину, то буде зростати осмотичний тиск і витрати води крізь мембрану. А це приведе до зростання потужності установки з використанням енергії осмосу і поліпшення її ефективності. Температуру розчину слід підвищувати до найменшого значення, при якому більша частина бактерій буде гинути. Для цього слід встановити теплообмінники на трубопроводах подачі прісної і солоної води в робочу камеру установки і підігрівати цю воду. Перевагою заявленої установки є те, що напівпропускна мембрана виконана гофрованою, тобто з більшою поверхнею контакту з прісною і солоною водою. А це дозволяє збільшити витрати води крізь мембрану. Використання теплообмінників на трубопроводах подачі прісної і солоної води в робочу камеру установки дозволяє підвищити температуру води і зменшити кількість бактерій, які потрапляють до мембрани, а також підвищити осмотичний тиск і потужність всієї установки. Розташування трубопроводу відбору води з солоного об'єму робочої камери в нижній частині камери дозволяє досягнути найбільшого значення статичного тиску від стовпа рідини у камері, а це збільшує потенціальну енергію об'єма рідини, яка потім перетворюється в кінетичну енергію колеса гідротурбіни. Ці три переваги дають можливість значно підвищити вихідну потужність установки. Вона не складна за конструкцією та надійна в експлуатації. Установка перетворювання енергії осмосу в електроенергію показана на кресленні - загальний вигляд. Установка перетворювання енергії осмосу в електроенергію складається з робочої камери 1, поділеної напівпропускною мембраною 2 на об'єми 94182 4 з прісною водою 3 і солоною водою 4, трубопроводів подачі солоної 8 і прісної 9 води. На цих трубопроводах встановлені фільтри 7, насоси 6, теплообмінники 5. На трубопроводі відбору води з солоного об'єму 10 з робочої камери встановлено гідротурбіну 11, на валу якої кріпиться електрогенератор 12, а на виході з турбіни і з нижньої частини об'єму з прісною водою встановлені трубопроводи відводу відпрацьованої 13 і мінералізованої 14 води. Другий контур теплообмінників 5 обладнаний вхідним 15 і вихідним 16 патрубками для подачі нагріваючого теплоносія. Установка працює таким чином. За допомогою насосів 6 прісна вода (з річки) по трубопроводу 9 і солона вода (з моря) по трубопроводу 8 крізь фільтри 7 і теплообмінники 5 потрапляє в робочу камеру 1, поділену напівпропускною мембраною 2 на два об'єми: прісної 3 і солоної 4 води. В теплообмінниках 5 прісна і солона вода підігрівається. Підігрів може здійснюватись електричним нагрівачем (ТЕНом) або за рахунок геліосистеми, або утилізованим теплом від будь-якого технологічного циклу, яке проходить по другому контуру теплообмінників 5 крізь вхідні 15 і вихідні 16 патрубки. В залежності від того, на скільки градусів буде підвищуватись температура води, яка потрапляє в робочу камеру, буде відповідно і зростати тиск осмосу, а це впливає на потужність всієї установки. Через деякий час молекули води з об'єму прісної води 3 проникають в об'єм солоної води 4, тим самим збільшується кількість рідини в цьому об'ємі. Слід відмітити, що напівпропускна мембрана 2 пропускає молекули води тільки в ту частину робочої камери, де концентрація розчинених речовин вища. Це є властивість самої напівпропускної мембрани. Таким чином, осмос створює тиск, який еквівалентний впливу водяного стовпа. Потік рідини під цим тиском йде по трубопроводу 10 на гідротурбіну 11 і обертає її. На валу гідротурбіни 11 розташований електрогенератор 12, який виробляє електроенергію. Відпрацьована вода з гідротурбіни 11 по трубопроводу 13 відводиться зворотно в джерело (море). Далі все повторюється. Джерела інформації: 1. Генератор энергии. А. с. № 720852, СССР, МПК B01D61/06, F03B17/00. Опубл. 30.03.1984. 2. Осмотическая электростанция, www.statkraft/fliekr.com. 3. Кукуджанов К.В., Шувалов Д.В. Экспериментальная установка для преобразования энергии осмотического давления. - В кн. Тр. Всесоюз. студ конф. XV Королевские чтения. - М.: ВИНИТИ, 1984, № 6660. 4. Гальперштейн Л.Я. Новые источники энергии. - М.: Знание, 1963. 5 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 94182 6 Підписне Тираж 23 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