Спосіб передачі тепла від геотермального джерела до віддаленого споживача і пристрій для його здійснення

1. Спосіб передачі тепла від геотермального джерела до віддаленого споживача, який включає передачу низькопотенціальної геотермальної теплоти через теплообмінник та теплотрасу, який відрізняє ться тим, що попередньо заповнюють газоподібним воднем теплову транспортну систему, подають теплоту у перший металогідридний генератор-сорбер на геотермальному пункті, в якому виділяється водень з надлишковим тиском, C2 2 UA 1 3 83276 Найбільш близьким по технічній сутності є система передачі тепла від геотермальної свердловини до населеного пункту [«Бінарна електрична станція (БЭС)». AT «Геотерм». Міжнародна конференція «Энергоэффективность і Киотский протокол». Омськ. 2003р.], що прийнята за прототип. Вона складається з геотермальної свердловини, сепаратора, парової турбіни, конденсаторавипарника, перегрівника, бінарної турбіни, конверсійної свердловини. Геотермальне тепло по цьому способу використовується для вироблення електроенергії і теплопостачання населених пунктів Камчатки. Недоліки цієї системи наступні: велика металоємність повітряно-конденсаторної установки, що складається з вертикальних труб висотою 8м; передача тепла в населені пункти здійснюється за допомогою водяних теплотрас, що призводить до великих теплових втрат. В основу групи винаходів поставлено задачу удосконалення способу передачі тепла від геотермального джерела до населеного пункту споживача та пристрою для його здійснення шляхом зміни технологічної схеми, що забезпечить підвищення коефіцієнта корисної дії. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб передачі тепла від геотермального джерела до віддаленого споживача, який передбачає передачу низькопотенціальної геотермальної теплоти через теплообмінник та теплотрасу. Згідно з винаходом, попередньо заповнюють газоподібним воднем теплову транспортну систему, подають теплоту у метало-гідридний генератор-сорбер №1 на геотермальному пункті, в якому виділяється водень з надлишковим тиском, що по трубопроводу передається в генератор-сорбер №2 у бойлерну установку населеного пункту, виділяється теплота, яка відводиться в акумулятор теплоти, після чого здійснюють регенерацію теплоти в генераторахсорберах №1 і №2, подають частину теплоти з акумулятора теплоти в генератор-сорбер №2 і повторюють процес у зворотному напрямку до генератора-сорбера №1, а далі в циклічному автоматичному режимі за допомогою системи автоматичного керування. Пристрій для здійснення способу, згідно з винаходом, що теплова транспортна система має на трубопроводі в генераторах-сорберах двопозиційні крани, а на трубопроводі підведення-відводу теплоти до генераторів-сорберів №1 і №2 встановлені три канальні крани, кожен з яких оснащений електродистанційним приводом системи автоматичного керування. Пристрій для здійснення способу, згідно з винаходом, що генератор-сорбер №1 і №2 має корпус, знімне днище, патрубки підведення води, всередині корпуса в ложементах закріплені капсули з металогідридом, усередині капсул по подовжній осі встановлені трубки з радіальними отворами по всій довжині трубки з тканинним чохлом, кінці капсул герметично з'єднані з трубками в місці з'єднання трубок з колектором, патрубок якого пропущений через загерметизований отвір у днищі і закінчується ніпельним з'єднанням з трубопроводом високого тиску. 4 Пояснення терміну: Тут і надалі терміном “металогідрид" називається енергоакумулююча речовина (ЕАР) - сплав металів (LaNi 5H6; FeTiHx; LаРd5Н6; LaFe5H6; Ge3NiH8; YNі5Н6 та інші), що здатні при підвищенні температури виділяти великий об'єм молекулярного водоводу (Н2), створюючи надлишковий тиск, а при підвищенні тиску водню (Н2) - зворотно поглинати його з виділенням теплоти. Зіставлений аналіз із прототипом показує, що спосіб передачі тепла від геотермального джерела до віддаленого споживача відрізняється тим, що: - теплова транспортна система складається з металогідридного генератора-сорбера №1 на геотермальному комплексі, з'єднаного трубопроводом високого тиску з металогідридним генератором-сорбером №2 у бойлерній селища. Систему заповнюють воднем (Н2). Подають теплоту в генератор-сорбер №1 на геотермальному комплексі. З генератора-сорбера №1 виділяється водень з тиском Рв. Тиск передається воднем по холодному трубопроводі в генератор-сорбер №2 у бойлерній селища. З генератора-сорбера №2 виділяється теплота, що подається в акумулятор теплоти. Процес здійснюється циклічно за допомогою системи автоматичного керування по холодному трубопроводі з мінімальними втратами тепла (у прототипі теплообмінник на бінарній електричній станції з'єднаний з бойлерними селищ звичайними тепловими двопровідними трасами, що приводить до великих втрат тепла); - генератор-сорбер має металевий корпус, знімне днище, усередині закріплені капсули з металогідридом і трубками підведення водню, що стиковані з трубопроводом високого тиску (у прототипі є теплообмінник, конденсатор-випарник і повітряна конденсаторна установка. Гаряча вода зі свердловини, проходить по обладнанню і подається в теплообмінник, у якому відбувається теплообмін із другим контуром води теплотраси селища. На всі х те хнологічних етапах відбуваються неминучі втрати тепла). Таким чином, спосіб передачі тепла від геотермального джерела до віддаленого споживача і пристрій для його здійснення відповідають критерієві «новизна». Винахід пояснюється кресленнями на яких зображене: Фіг.1 - загальний вид способу передачі тепла від геотермального джерела до віддаленого споживача. Фіг.2 - схема технологічних процесів. Фіг.3 - металогідридний генератор-сорбер з частковим розрізом. Фіг.4 - перетин А-А з Фіг.3. Фіг.5 - вузол 1 з Фіг.4. Фіг.6 - триканальний кран у положенні подачі теплоти. Фіг.7 - триканальний кран у положенні регенерації. Спосіб передачі тепла від геотермального джерела до віддаленого споживача і пристрій для його здійснення, що включає геотермальний комплекс 1, свердловину 2 підйому геотермальної води із проникних шарів землі, сепаратор 3 поділу 5 83276 геотермальної води на газову, рідку і мінеральну фракції, фільтр 4 тонкого очищення рідкої фракції, теплообмінник 5, відцентровий насос 6, свердловину 7 повернення відпрацьованої геотермальної води у проникні шари землі, газову систему 8 з фільтром 9, вакуум - насосом - компресором 10, ресивером 11, двигуном внутрішнього згоряння 12, електрогенератором 13, теплообмінник 14 у бойлерній 15 селища, систему автоматичного керування 17, теплову транспортну систему 18. Теплова транспортна система 18 має два металогідридних генератори-сорбери 19, 20, встановлених: №1 - на геотермальному комплексі 1, №2 у бойлерній 15 селища і з'єднані між собою трубопроводом 21 високого тиску (Фіг.1). Генератор-сорбер 19 (20) має металевий корпус 22, знімне днище 23, патрубки 24, підведення води, всередині корпуса 22 у ложементах 25 закріплені капсули 26 заповнені металогідридом 27 (Фіг.3, 4). Всередині капсули 26, по подовжній осі встановлена трубка 28, оснащена по всій довжині радіальними отворами 29, перекриті тканевим чохлом 30 (Фіг.5). Кінці капсул 26 герметично з'єднані з трубками 28 у районі з'єднання трубок 28 з колектором 31. Патрубок 32 колектора 31 пропущений через загерметизований отвір 33 у днище 23 і закінчується ніпельним з'єднанням 34 із трубопроводом 21 високого тиску (Фіг.3). Трубопровід 21 оснащений двопозиційними кранами 35, 36 з електродистанційним керуванням від системи автоматичного керування 17 (Фіг.1). Генератори-сорбери 19, 20 на трубопроводах, що з'єднують їх з теплообмінником 5 і акумулятором тепла 37, а також з насосами 38 і 39, встановленими в колодязях 40, 41, мають крани 43, 44, 45, 46 (Фіг.1) із трьома каналами а, б, в, золотником 47, каналом 48, важелем 49 (Фіг.6, 7), з'єднаним з електродистанційним приводом 50 системи автоматичного керування 17. Схема теплотехнічних процесів у тепловій транспортній системі представлена на Фіг.2. Спосіб передачі тепла від геотермального джерела - свердловини 2 до віддаленого споживача - бойлерної 15 селища і пристрій для його здійснення функціонує в такий спосіб. Виконують послідовно наступні технологічні операції: Попередньо заповнюють газоподібним воднем (H2) теплову транспортну систему 18, що складається з металогідридного генератора-сорбера 19 (№1) і з'єднуючий тр убопровід 21 високого тиску з генератором-сорбером 20 (№2) у бойлерній 15 селища. Подають теплоту в заряджений воднем генератор-сорбер 19 (№1). Відбувається ендотермічна реакція дисоціації металогідриду 27 з виділенням водню з тиском Рв. Тиск Рв по трубопроводу 21 високого тиску передається в незаряджений генератор-сорбер 20 (№2) у бойлерній 15 селища. Відбувається екзотермічна реакція сорбції водню металогідридом 27 з виділенням теплоти Q2с (Фіг.2), що виділяється в акумулятор теплоти 37 бойлерної 15 селища. Здійснюють регенерацію теплоти в генераторах-сорберах 19, 20. При цьому знижують темпе 6 ратур у збідненого металогідриду 27 до рівня Тс, і підвищують температуру збагаченого металогідриду 27 до рівню Тв (Фіг.2). Подають частину теплоти з акумулятора теплоти 37 у генератор-сорбер 20 у бойлерній 15 селища. Відбувається екзотермічна реакція дисоціації металогідриду 27 з виділенням водню при тиску Рс. Тиск Рс по трубопроводу 21 передається в генератор-сорбер 19. Відбувається екзотермічна реакція сорбції водню металогідридом 27 з виділенням теплоти Q1с (Фіг.2). Здійснюють регенерацію теплоти і далі повторюють процеси в автоматичному режимі за допомогою системи автоматичного керування 17. Відбувається циклічна передача тепла від геотермального комплексу 1 у бойлерну 12 селища. Пристрій для здійснення функціонує в такий спосіб. Для виконання операції подає теплоту в заряджений генератор–сорбер 19 система автоматичного керування 17 відкриває триканальний кран 44 (Фіг.6), перекриває триканальний кран 43 (Фіг.7) у генератора-сорбера 19, відкриває двопозиційні крани 35 і 36 на трубопроводі 21, відкриває триканальний кран 45, закриває триканальний кран 46 у генератора-сорбера 20. Для виконання операції регенерації система автоматичного керування 17 переводить триканальні крани 43, 44, 45, 46 у положення регенерації теплоти (Фіг.7), закриває крани 35, 36 і включає 38, 39 у колодязях 40, 41. Для виконання операції подає частину теплоти з акумулятора тепла 37 у генератор-сорбер 20 система автоматичного керування 17 відкриває триканальний кран 45 (Фіг.6), перекриває триканальний кран 46 у генератора-сорбера 20, відкриває двопозиційні крани 35, 36 на трубопроводі 21, відкриває триканальний кран 44, закриває триканальний кран 43 у генератора-сорбера 19. Пристрій для здійсненні способу функціонує в такий спосіб. При подачі теплоти у генератор-сорбер 19, (20) через патрубки 24 підведення-відводу теплоносія всередину кожуха 22 (Фіг.3, 4) здійснюється теплопередача теплоти зарядженому воднем металогідриду 27, розташованому всередині капсул 26. Відбувається ендотермічна реакція з виділенням водню з тиском Рв. Водень через радіальні отвори в 29, (Фіг.5), перекриті тканинним чохлом 30, надходить всередину труб 28, далі в колектор 31, патрубок 32, і через ніпельне з'єднання 34 водень під тиском надходить у трубопровід 21 і далі в генератор-сорбер (Фіг.2, 3). При регенерації теплоти в генераторахсорберах через патрубки 24 подають воду насосами 38, 39 з колодязів 40, 41 (Фіг.1). У результаті збагачений воднем металогідрид 27 у генераторісорбері здобуває температуру Тн, а збіднений металогидрид 27 у генераторі-сорбері здобуває температуру Тс (Фіг.2). У такий спосіб здійснюється передача тепла від геотермального джерела в бойлерну селища. Спосіб передачі тепла від геотермального джерела до віддаленого споживача дозволить використовува ти в народному господарстві Украї 7 ни великі запаси геотермального тепла з наявних свердловин у Криму, Карпатах, Чернігівській, Полтавській, Харківській і іншій областях. З'являється можливість транспортувати тепло з геотермальних свердловин на великі відстані (15-40км) з мініма 83276 8 льними втратами. Конкретно, таким способом планується передача тепла від геотермальної свердловини в селі Медведівка, Джанкойського району, селі Янтарне, АР Крим. 9 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 83276 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601