Как устроена квантовая теплоэлектростанция

Мы уже рассматривали устройство теплогенератора "ЮСМАР" и схему его работы в предыдущих главах, поэтому сейчас будем рассматривать только изменения и дополнения к схеме его работы.
Процессы превращения внутренней энергии вещества (или его массы) в энергию излучений при ускорении вращения тел, а затем в тепло носят исключительно квантовый характер. Энергия новых связей, возникающих в веществе при его вращении, выделяется порциями - квантами. Величина этих квантов минимальна (<1эВ) при возникновении водородных связей и максимальна (до десятков МэВ) при связывании отдельных нуклонов в ядра атомов. Но во всех случаях это квантовые процессы. Поэтому мы и назвали энергетические установки, использующие такие процессы, квантовыми.
В вихревом теплогенераторе вода, приводимая во вращение, имеет большую кинетическую энергию, которая ещё возрастает на выходе из вихревой трубы в результате теплового расширения воды при ее нагреве. Утилизовать эту кинетическую энергию лишь путем торможения потока и получения тепла за счет трения при торможении нам представлялось не очень целесообразным. Было решено направить поток в турбину и с ее помощью приводить во вращение электрогенератор, который будет вырабатывать дополнительную электроэнергию. Так родилась идея квантовой теплоэлектростанции.

Рис. 19.1. Схема действия квантовой теплоэлектростанции, работающей на воде в роли топлива Патент Республики Молдовы № 649.

На схеме действия квантовой теплоэлектростанции, работающей на воде в роли топлива, мы видим четырнадцать процессов (рис. 19.1). Процесс сжатия необходим для увеличения скорости движения воды, подающейся на реактивную турбину. Вращение реактивной турбины передается электрогенератору, который вырабатывает электрическую энергию. Затем в верхней емкости аккумулируется вода, которая через сопло ускоряется и попадает на лопатки следующей турбины. Вращаясь, турбина приводит в действие второй электрогенератор, который дополнительно вырабатывает электрическую энергию. После этого вода накапливается в нижнем баке, где опять происходит ее аккумулирование. Затем электронасос подает воду в теплогенератор "ЮСМАР" и цикл повторяется по замкнутому энергетическому кольцу.
Эффективность квантовых теплоэлектрических станций такого типа может достигать значительных величин. При этом производится до 40% дополнительной электрической энергии без сжигания традиционного топлива. Дополнительная электрическая энергия может быть использована как по прямому назначению потребителями, так и для дополнительного нагрева воды (жидкости), используемой для отопления и горячего водоснабжения, с помощью дополнительных теплогенераторов "Юсмар".
Установка, содержащая теплогенератор с корпусом, ускорителем движения жидкости в виде циклона, тормозным устройством, донной частью с выходным отверстием, сообщающимся с выходным патрубком, а также электронасосом, оснащена двумя закрытыми емкостями, разнесенными по высоте. В каждой емкости установлена гидротурбина. В верхнюю емкость введен выходной патрубок теплогенератора, так что его сопло расположено по касательной к окружности турбины. В нижней емкости гидротурбина смонтирована на выходе патрубка, соединяющего обе емкости. Выходное отверстие соединительного патрубка имеет площадь поперечного сечения по крайней мере в два раза меньшую, чем площадь поперечного сечения самого патрубка. Каждая из гидротурбин кинематически связана с электрическим генератором, закрепленным на наружной стенке каждой емкости. Обе емкости дополнительно соединены дренажным трубопроводом, внутренний диаметр которого больше или равен внутреннему диаметру корпуса теплогенератора.
На рис. 19.2. показана принципиальная схема установки КТЭС в двух проекциях, на рис. 19.3. - схема одноступенчатой КТЭС.
Установка, изображенная на рис. 19.2, содержит вихревой теплогенератор 1 [251 ], включающий в себя корпус 2, ускоритель движения жидкости - циклон 3, соединенный посредством инжекционного патрубка 4 и трубопровода 5с насосом 6, приводимым в действие электромотором 7 В верхней части теплогенератора установлено тормозное устройство 8 и дно с выходным отверстием (на чертеже не приведены), соединенное с выходным патрубком - соплом 9. Выходной патрубок теплогенератора 1 установлен в емкости 10так, что его конец - сопло 9 - направлено по касательной к гидротурбине 11. Гидротурбина 11 кинематически соединена с генератором тока 12, закрепленным на наружной стенке емкости 10. Насос 6 и электромотор 7 установлены в другой емкости 13. Емкости 10 и 1З должны быть разнесены по высоте. В нижней емкости 13 установлена вторая гидротурбина 14, связанная с электрогенератором 15, а также насос 6 и электромотор 7. Верхняя и нижняя емкость связаны между собой соединительным патрубком 16 и дренажным трубопроводом 17. Площадь выходного

Рис. 19.2. Схема двухступенчатой квантовой теплоэлектростанции (КТЭС).

отверстия соединительного патрубка по крайней мере в 2 раза меньше площади поперечного сечения самого патрубка. В емкости 13 смонтирована перегородка 18, теплообменник для горячей воды 19 и подающая и обратная тепломагистрали 20. Установка может работать в автоматическом режиме, для чего оснащается датчиком температуры с блоком обратной связи, управляющими работой электрогенераторов и насоса, а также пультом управления.

1. Теплогенератор "ЮСМАР".
2. Электрогенератор.
3. Электронасос.
4. Корпус.
5. Пульт управления.
Рис. 19.3. Схема одноступенчатой квантовой теплоэлектростанции.

Электростанция работает следующим образом. При включении электромотора7 насосом 6 рабочая жидкость подается через трубопровод 5 в инжекционный патрубок 4, затем циклон 3 и в корпус теплогенератора 2, где расположено в верхней части тормозное устройство 8. При изменении физических параметров среды в корпусе теплогенератора возрастает давление и температура, и под давлением из сопла жидкость направляется на лопатки верхней гидротурбины 11, которая начинает вращать генератор 12, вырабатывающий электроэнергию. Горячая жидкость накапливается в верхней емкости 10 до определенного уровня, который поддерживается дренажным трубопроводом 17. Одновременно жидкость через соединительный патрубок 16 поступает из верхней емкости 10 под напором и со скоростью свободного падения на лопатки нижней гидротурбины 14, которая в свою очередь начинает вращать генератор тока 15. В это время через пульт управления 21 к нагрузке подключены оба электрогенератора 12 и 15. Горячая вода через подающую и обратную тепломагистрали 20 поступает в радиаторы отопления, а холодная вода поступает в теплообменник 19, находящийся за перегородкой 18, нагревается и передается потребителям для бытовых нужд. Для эффективной работы установки соединительный патрубок 76 должен иметь выходное отверстие с площадью в два-три раза меньшей, чем площадь сечения самого трубопровода, а диаметр дренажного трубопровода должен быть больше или равен диаметру корпуса теплогенератора.
На выходе из сопла вихревого теплогенератора температура рабочей среды составляет порядка 70-100°С и давление 8-10 атм. Благодаря воздействию выходящего из теплогенератора потока воды приводится в действие гидротурбина в верхней емкости. Гидротурбина в нижней емкости приводится в действие жидкостью, пе-

Рис. 19А Квантовая теплоэлектростанция мощностью 3,5 кВт

Рис. 19.5. Квантовая теплоэлектростанция мощностью 38 кВт.

ремещающейся под действием собственного веса из верхней емкости. Таким образом, одновременно с производством тепловой энергии, получение которой обеспечивает теплогенератор, в установке вырабатывается электрическая энергия. Получение этой электроэнергии не требует никаких затрат топлива, ее производство является экологически чистым, и она может быть использована для снижения потребления электроэнергии приводного электронасоса или в других целях, в частности:
- для дополнительного нагрева жидкости;
- для электроснабжения в бытовых целях;
- для обеспечения электроприводов различного оборудования трехфазным или постоянным током.

Рис. 19.6. Квантовая теплоэлектростанция мощностью 800 кВт.

В соответствии с описанной конструкцией КТЭС был изготовлен опытный образец (см. рис. 19.4) установки с теплогенератором, корпус которого имел диаметр 57 мм, и электронасосом мощностью 2,8 кВт. В установке находилось 100 литров воды. Мощность верхнего генератора составила 1 кВт, нижнего - 0,7 кВт. Начальная температура жидкости порядка 15°С, а рабочая температура в установке поддерживается около 80-90°С. Расход электрической энергии в час составил 3 кВт для привода насоса, а ее возврат в сеть составил 1,7 кВт в час. Таким образом, на нагрев 100 литров воды до 90°С из сети было использовано 2,6 кВт за 2 часа.
Основным преимуществом установки является снижение расхода традиционных видов топлива, уменьшение транспортных расходов на доставку топлива потребителям и улучшение экологической обстановки в жилых районах. Особенно ценным представляется использование установки, позволяющей создать автономную систему обеспечения горячей водой, отоплением и электроэнергией отдельно стоящих перерабатывающих цехов, коттеджей, фермерских хозяйств, где нет возможности проложить газопровод или теплоцентраль.
Еще одним преимуществом квантовых теплоэлектростанций оказалась их компактность по сравнению с традиционными установками, вырабатывающими такое же количество тепла для обогрева помещений. Оказалось, что с повышением мощности квантовой теплоэлектростанции её габариты растут лишь как корень кубически от мощности. Это можно увидеть уже из сравнения установок, фотографии которых приведены на рис. 19.4.-19.6. Конечно, для большинства потребителей это обстоятельство также оказывается немаловажным при выборе источника обогрева.
В НТФ "Юсмар" уже поставлены на серийное производство квантовые теплоэлектростанции, характеристики которых приведены в таблице 19.1

Таблица 19.1

Наименование установки	Потребляемая электрическая мощночть кВт	Вырабатываемая тепловая мощность, кВт	Вырабатываемая дополнительная электрическая мощность, кВт	Масса,кг	Цена,уе
КТЭС - З.Ср		› 11 16	3,6
КТЭС - 5Ср		›22 33	7,3
КТЭС - 7Ср		›44 66	14,6
КТЭС - 1		›195 293
КТЭС - 2		›225 338
КТЭС - 3		›300 450
КТЭС - 4		›600 900
КТЭС - 5		›2400 3600
КТЭС - 6		›3000 4500
КТЭС - 7		›6000 9000