RS20120178A1 - Eko generator - Google Patents

Description

EKO GENERATOR

Oblast tehnike na koju se pronalazak odnosi

Eko generator ima višestruku primenu medju kojima su dobijanje električne energije čistim postupkom (bez zagadjenja), prečišćavanje otpadnih voda, dobijanje pitke vode iz morske ili druge vode koja nije za piće, kao i za odstranjenje tečnosti, odnosno za povećanje koncentracije rastvora u raznim industrijskim ili proizvodnim procesima.

Patent se odnosi na korišćenje male razlike u temperaturi izmedju okolnih (prirodnih ili veštačkih, jednog ili više) toplotnih izvora i okolnih (prirodnih ili veštačkih, jednog ili više) toplotnih ponora za isparavanje tečnosti (medijuma) u Toričelijevim cevima, medjusobno povezanim u delu iznad stuba tečnosti, tako što tečnost isparava u nižoj i toplijoj cevi, a kondenzuje u drugoj, jednoj ili više, čiji se stubovi tečnosti nalaze na većoj visini.

Kondenzat, u odnosu na polaznu tečnost, ima veću potencijalnu energiju, što se koristi za proizvodnju električne energije. S druge strane, kondenzat je oslobodjen svih primesa koje su prisutne u polaznoj tečnosti, pa se to može koristiti za hladne destilacije, prečišćavanje otpadnih voda, dobijanje pitke vode iz morske ili druge vode koja nije za piće ili za povećanje koncentrscije rastvora u polaznoj tečnosti, na primer za odstranjenje vode u cilju dobijanja soli iz morske vode ili za hladne frakcione destilacije bilo kojih tečnih mešavina ili rastvora.

Sa takvim osobinama patent, prema Medjunarodnoj klasifikaciji patenata (MKP) ima oznaku F99Z 99/00.

Tehnički problem

Pronalazak pripada grupi čistih izvora energije, jer omogućuje dobijanje električne energije bez zagadjenja okoline. Dodatna ekološka vrednost je u tome što se električna energija dobija na račun smanjenja toplote okoline čime se smanjuju efekti globalnog zagrevanja planete, kao i u tome što se tokom procesa (u kome se voda koristi kao medijum) obavlja prečišćavanje otpadnih voda ili se dobija pitka vode iz vode koja nije za piće.

Svaka od tih osobina pronalaska može da bude primarna u njegovoj upotrebi.

Stanje tehnike

Trenutno je poznato i uvedeno u primenu više načina dobijanja električne energije iz čistih izvora (sunce, vetar,...) ali je malo onih koji koriste razliku u temperaturi okoline (na primer izmedju vode u moru i vazduha ili vode na površini i u dubini mora, izduvnih gasova u dimnjaku i okolnog vazduha,...), kao i onih koji imaju mogućnost pročišćavanja vode ili drugih tečnosti tokom procesa zasnovanom na razlici u temperaturi okruženja.

Sadašnji uredjaji koji postupkom vakuumske destilacije (WD) od morske vode prave vodu za piće odlikuju se izuzetno visokom potrošnjom energije za odvijanje procesa sa potrošnjom od 23 do 27 kWh za jedan kubni metar slatke vode.

Izlaganje suštine pronalaska

Eko generator, kao što je prikazano na slici 1, sastavljen je od dve Toričelijeve cevi koje su zaronjene u dva različita rezervoara i kojima su nivoi slobodne tečnosti na različitim visinama, dok su im prostori iznad stuba tečnosti medjusobno povezani u zajednički komoru.

Suština pronalaska je u tome da se, radi uštede energije, u veoma malom pritisku, bliskom vakuumu, dovodjenjem i odvodjenjem toplote, tečnost iz niže, a toplije cevi, usled zagrevanja i isparavanja, a potom hladjenja i kondenzacije, posredstvom Braunovskog kretanja molekula pare i uticaja zemljine teže na kapljice rose, prevodi u višu - hladniju cev, čime se postiže nekoliko osnovnih efekata koji podjednako konkurišu za osnovnu namenu uredjaja i to: 1) Protok toplote i isparavanje u jednoj, a kondenzacija u drugoj cevi, na većoj visini, dovodi do povećanja potencijalne energije tečnosti, što se može koristiti za dobijanje električne energije. 2) Isparavanjem i kondenzacijom se postiže izdvajanje čistog destilata iz polazne tečnosti (koja može da bude mešavina ili rastvor) i njegovo skladištenje u poseban rezervoar. Time ujedno povećavamo koncentraciju rastvora u polaznom rezervoaru što će nam biti od koristi, ako želimo da se oslobodimo viška tečnosti. 3) Ako je polazna tečnost mešavina ili rastvor više tečnosti, svaka od njih će se, usled atmosferskog pritiska, u Toričelijevoj cevi popeti do odredjene visine, u zavisnosti od toga kolika joj je specifična težina. Time će na površini tečnog stuba biti najlakša tečnost i samo će ona da isparava (grejač će biti smešten iznad visine do koje se penje sledeća tečnost) i samo će ona da prelazi u drugu cev. Postavljanjem grana na ulaznoj cevi (kao na slici 5d) na različitim visinama možemo da kontrolišemo separaciju tečnosti i obavljamo frakcionu destilaciju polazne mešavine.

S obzirom na to da se isparavanje obavlja na veoma niskom pritisku ostvarujemo ogromnu uštedu, jer se pri isparavanju tečnosti pri veoma niskom pritisku temperatura ključanja svodi na temperaturu okoline (intenzivno isparabanje) i potrebno daleko manje toplote od one koju bismo upotrebili u normalnim uslovima, pri čemu se postizanje tako niskog pritiska, pomoću Toričelijevih cevi, ostvaruje bez ulaganja dodatne energije.

Bez dovodjenja i odvodjenja toplote sistem je u dinamičkoj ravnoteži i broj molekula koji isparavaju jednak je broju molekula koji kondenzuju (u obe cevi). Da bi se ta dinamička i fazna ravnoteža poremetila i pokrenuo jednosmerni proces (isparavanje u jednoj cevi i kondenzacija iznad druge) potrebno je veoma malo odstupanje temperature - zagrevanje u nižoj cevi i hladjenje iznad više.

Radne temperature i pritisak prikazani su na PT dijagramu (za vodu) na slici 2.

Kratak opis slika nacrta

Slika1 predstavlja osnovnu šemu Eko generatora

Slika2 predstavlja PT dijagram za vodu i prikaz radne temperature i pritiska na kome radi Eko generator

Slika3 predstavlja šemu ventila čijim se otvaranjem i zatvaranjem pri puštanju uredjaja u rad obezbedjuje vakuum u komori za isparavanje

Slika 4prikazuje primenu uredjaja isključivo za dobijanje pitke vode iz morske vode - Česmu za pitku vodu iz morske vode

Slika5 prikazuje razne konstruktivne oblike uredjaja u zavisnosti od namene.

5a-osnovna šema Eko generatora

5b- uredjaj sa hladjenjem zidova komore hladnom okolinom 5c-Tip „uvučene"gornje cevi kakav se koristi u priloženom projektu česme za pijacu vodu iz morske vode

5d- Uredjaj za hladnu frakcionu destilaciju mešavine ili rastvora dve tečnosti sa dva grejača, dva hladnjaka, dve komore za isparavanje-kondenzaciju i dva prihvatna rezervoara, svaki za po jednu tečnost. Mehaničke primese i preostale tečnosti većih specifičnih težina ostaju u početnom rezervoaru.

Detaljan opis pronalaska

Eko generator, kao što je prikazano na slici 1, sastavljen je od dve Toričelijeve cevi (pozicije 1 i 2) koje su zaronjene u dva medjusobno nepovezana rezervoara (3) i (4), kojima su nivoi__ slobodne^tečnosti na različitim visinama, dok su_im prostori iznad stuba tečnosti medjusobno povezani u zajednički komoru.

Nivo^sjobodne tečnosti u rezervoarima (3) i (4) nalaze se na različitim visinama i njihovo medjusobno rastojanje je na slici označeno sa Hl. Za sistem koji koristi vodu, kod koga je visina vodenog stuba u Toričelijevoj cevi oko 10 metara, visina Hl iznosi nekoliko metara. Za sistem koji koristi, recimo, živu, visina Hl može da bude i veća od visine živinog stuba./

Prostori jznad tečnosti obe cevi (1) i (2) su medjusobno povezani (ili je to, prema i konstrukcipnom zahteVM/jedinstven prostor), tako da je u ćelom prostoru isti pritisak. Taj pritisak je jednak pritisku pare tečnosti i u normalnim uslovima veoma je blizak vakuumu,

U stacionarnom stanju, kada se toplota ne dovodi i ne odvodi iz sistema, bezvazdušni (ušTovno vakuumski) prostor iznad tečnosti je ravnomerno popunjen molekulima pare tečnosti koja stvaraju pritisak pare (pp). Izmedju tečnosti u obe cevi i njene pare vlada dinamička i fazna ravnoteža tako da se ista količina tečnosti pretvara u paru i vraća nazad kao kondenzat, pa temperatura i pritisak pare u sistemu, kao i novoi tečnosti u obe cevi i u oba rezervoara, pri konstantnoj temperaturi okoline i konstantnom atmosferskom pritisku, ostaju nepromenjeni.

Uvodjenjem toplote u nižu cev isparavanje na njenoj površini će se povećati što će izazvati povećanje pritiska pare u ćelom bezvazdušnom prostoru, time i pritiska iznad tečnosti u višoj cevi. Postavljanjem hladnjaka u tom delu bezvazdušnog prostora, para će u kontaktu sa rebrima hladnjaka početi da kondenzuje i da stvara kapljice rose ili tečni film u zavisnosti od toga koliko korišćena tečnost „kvasi" materijal od koga su mapravljena rebra.

Hladjenje i kondenzacija dovode do smanjenja pritiska pare u ćelom sistemu, što uz dalje dovodjenje toplote u nižoj cevi izaziva novo isparavanje.

Daljim zagrevanjem vode u nižoj cevi i odvodjenjem toplote iz sistema preko hladnjaka, količina kondenzata na rebrima hladnjaka će biti sve veća, pa će se pod dejstvom zemljine teže slivati u levak za prikupljanje kondenzata i odlaziće dalje isključivo u cev koja je na većoj visini (2). Isparavanje u višoj cevi će biti manje nego u nižoj cevi, jer je temperatura tečnosti u njoj niža, usled rashladjivanja u direktnom kontaktu sa hladnjakom i zbog odsustva spoljnog zagrevanja. Tečnost na hladnjaku će, takodje, manje isparavati od tečnosti u nižoj cevi, jer ima nižu temperaturu od temperature isparenja na pritiskupp(Slika 2).

Za slučaj kada je uredjaj namenjen izdvajanju čistog kondenzata iz mešavine ili rastvora, važno je naglasiti da će u nižoj cevi, usled pada pritiska sa visinom, doći i do smanjenja rastvorljivosti ma koje čvrste materije u tečnosti, pa će zbog toga, ali i zbog stalnog isparavanja tečnosti, doći do taloženja te (tih) materije na zidovima niže cevi (1) (kamenac). Preduzimanjem odredjenih aktivnosti (oblaganje zidova, naelektrisanje zidova,...) sprečiće se pojava kamenca u samom sistemu, a sva količina primese će ostajati u rezervoaru (3) gde će po dostizanju odredjene koncentracije biti usmerena ka nekom drugom predvidjenom procesu (na primer dobijanje soli iz morske vode) ili će se kristalizacija izazvati na za to predvidjenim mestima u cevi (ciljano postavljeni centri kristalizacije).

Ukoliko je medijumska tečnost mešavina više tečnosti, u nižoj cevi (1) će doći do raslojavanja i na veću visinu će se popeti lakša tečnost, što znači da će na površinu stići i isparavati samo najlakša i da će samo ona prelaziti u višu cev.

U opštem slučaju, u stacionarnom režimu rada, sa dovodjenjem i odvodjenjem toplote, tečnost isparava iz niže cevi, kondenzuje se na hladnjaku i sliva u višu cev. Pritisak pare iznad niže cevi je nešto veći od pritiska u okolini hladnjaka, ali to ne utiče na visine stubova tečnosti u cevima, već (zbog manjeg otpora) isključivo na usmeravanje pare od niže ka višoj cevi, odnosno od grejača ka hladnjaku.

Nivo tečnosti u nižoj cevi (1) bi trebalo da opada usled odlaska tečnosti u paru, ali se on zadržava na istoj visini usled atmosferskog pritiska i dotoka nove tečnosti u rezervoar (3).

Nivo tečnosti u višoj cevi (2) bi trebalo da se povećava usled dotoka kondenzata, ali i on ostaje na istoj visini, jer se sav priliv odvodi dalje do rezervoara (4), a odatle izlazi preko prelivne cevi i slobodnim padom vraća nazad u rezervoar (3).

Na putu od višeg rezervoara (4) do nižeg rezervoara (3) tečnost nailazi na vitlo (6) povezano sa strujnim generatorom i okreće ga, stvarajući električnu energiju.

Koliko će tečnosti preći iz niže (1) u višu cev (2) zavisi prvenstveno od gabarita celog sistema, posebno od gabarita hladnjaka na kome tečnost kondenzuje, a onda i od količine toplote koju dovodimo i odvodimo iz sistema.

Koliko će se struje dobiti u strujnom generatoru, pored količine tečnosti, zavisi i od razlike u visini rezervoara i posebno od specifične težine tečnosti koja se koristi. Na raspolaganju nam je potencijalna energija koja iznosi:

Za jedan kilogram tečnosti, potencijalna energija iznosi 9,81 J/m za svaki metar razlike u visini.

Temperatura grejača i temperatura hladnjaka, koje su potrebne za odvijanje procesa, nemaju posebna ograničenja, osim što temperatura grejanja mora da bude iznad temperature isparavanja za radni pritisakpp(desno od fazne linije tečnost-para na PT dijagramu prikazanom na slici 2), a temperatura hladnjaka ispod (levo od iste linije). Njihova razlika može da bude minimalna: stepen-dva, što pruža širok izbor mogućih toplotnih izvora i toplotnih ponora u prirodi.

Česma sa pijacom vodom iz morske vode

Jedan od primera primene Eko generatora, u kome je osnovna namena dobijanje pijaće vode iz morske vode prikazan je na slici 4.

Polazni rezervoar (10) potopljen je more i zaštićen je od talasanja, kako visina u cevima ne bi oscilovala sa naletom svakog talasa.

Usled vakuuma u komori (1) voda dostiže visinu vodenog stuba Hvsi radi povećanja površine isparavanja, delimično ulazi u komoru (1).

S obzirom na to da topla voda ima manju specifičnu težinu od hladne vode i da temperatura vode raste od dna ka površini (ako površina nije zaledjena) najtopliji deo vodenog stuba će biti upravo na površini tečnosti u komori (1). Radi intenzivnijeg isparavanja, vodu na putu od mora do komore možemo dodatno da zagrevamo. To može da se čini foto ćelijama ili jednostavnim farbanjem cevi i donjeg dela komore crnom bojom koja upija sunčevu svetlost ili na bilo koji drugi prirodan ili veštački način.

Cela komora postavljena je na masivan, termički izolovan, stub (3) zabijen u dno mora, koji

pored uloge nosača ima i ulogu provodnika toplote od hladnjaka do morske vode. U komori, vezana za stub (3), nalaze se rebra hladnjaka (4) koja imaju ulogu da se na njima kondenzuje vodena para prisutna u komori. Toplota koju prime pri kondenzaciji difuzno se prenosi preko stuba (3) do donjih slojeva vode koji su uvek hladniji od površine. Pri dnu mora, za stub su vezana rebra još jednog hladnjaka (11) koji ima zadatak da toplotu sa stuba što pre i što bolje prenese na vodu.

Umesto masivnog stuba može da se koristi i šuplja cev čiji će otvor biti iznad komore i koja će pri vrhu, takodje, biti obojena u crno. Kod površine mora, ta šiplja cev ima otvore kroz koje mogu da prodju i voda i vazduh. Kako sunce zagreva crnu površinu na vrhu cevi tako se zagreva i vazduh unutar cevi u blizini te oblasti, pa će on, kao lakši od okolnog vazduha, poput dima, izlaziti iz nje. Izašli vazduh se nadoknadjuje novim vazduhom koji ulazi kroz otvore pri površini mora. Pošto je unutrašnjost cevi stalno vlažna usled talasanja vode, strujanje vazduha će izazvati isparavanje vlage sa zidova cevi što će dovesti do rashladjivanja vazduha i same cevi. Pre nego što dodje do vrha koji se zagreva, rashladjeni vlažni vazduh će, preko šuplje cevi kao kontakta ili dodatnih rebara u šupljini cevi, rashladiti rebra hladnjaka (4) u komori i obezbediti kondenzaciju unutar komore.

Tokom noći, odnosno kada je temperatura vazduha niža od temperature vode, kondenzacija će se obavljati i na unutrašnjem delu „vazdušnog hladnjaka" (5) kome spoljna rebra (6) hlade vetar i hladan noćni vazduh. Kada je temperatura vazduha veća od temperature isparavanja, unutrašnja rebra „vazdušnog hladnjaka" (5) ostaju suva.

Destilovana voda koja se usled kondenzacije nakupila na rebrima „vodenog hladnjaka" (4) ili rebrima „vazdušnog hladnjaka" (5) slivaće se i kapati u levak za prihvat kondenzata koji se nalazi na vrhu više cevi (2). Donji deo više cevi potpoljen je u rezervoar (7) na doku (obali) koji u sebi ima šoder i pesak odabranih lakorastvorljivih stena radi mineralizacije. Tu može da se obavi i hlorisanje, fluorisanje i drugo obogaćenje vode, koja će biti oslobodjena od soli i

R

moći će da se pije. Radi stvaranja rezerve i kontrole potrošnje pitke vode na prelivnu cev rezervoara mogu da se dodaju i drugi spremnici za vodu (8) i slavine (9).

Ako za hladnjak u komori postavimo limove dimenzija metar puta metar na medjusobnom rastojanju od 5 milimetara dobićemo hladnjak zapremine jednog kubnog metra koji će imati 200 tabli i ukupnu površinu (s obe strane lima) od 400 m<2>(4 ara) sa koje sakupljamo rosu tokom celog dana.

Ukoliko vremenski uslovi ne budu obezbedili dovoljnu količinu kondenzata, zagrevanje i hladjenje u komori možemo pojačati veštačkim izvorima i ponorima toplote (toplotne pumpe).

Puštanje u rad i održavanje sistema

Najveći neprijatelj procesu isparenja i kondenzacije u komori je gas (vazduh) koji je rastvoren u vodi i koji će se iz nje, u vidu mehurića, izdvajati čim se tečnost popne do odredjene visine (s visinom opada pritisak u tečnosti, pa se gasovi, isto kao i čvrste materije, izdvajaju iz tečnosti). Oslobodjeni gas sakupljače se u komori i dovesti do smanjenja vodenih stubova u cevima, ali i do pogoršanja uslova rada, odnosno otežanog isparenja zbog povećanja pritiska i komori povećanja temperature ključanja.

Da bi se to sprečilo trebalo bi da se pre ulaska tečnosti u cev za isparenje postave ultrazvučne kade, klopke za gasove ili drugi uredjaji za vadjenje gasova iz tečnosti.

Odstanjenje gasa koji je ušao u komoru obavlja se s vremena na vreme (po potrebi) i to na isti način kao što se uredjaj pušta u rad: Prema šemi datoj na Slici 3, zatvorićemo ventile na cevima A i B, a otvoriti ventil C iznad komore. U rezervoar (3) iznad komore, sipaćemo čistu tečnost sve dok ne napunimo komoru (i istisnemo sav vazduh iz nje). Posle toga zatvaramo ventil C, a otvaramo ventile A i B i puštamo da vazduh iz cevi ode u komoru. Kada se uspostavi ravnoteža izmedju pritiska u komori i težine stuba tečnosti s jedne i atmosferskog pritiska s druge strane, zatvaraju se ventili A i B, a ponovo otvara ventil C i dopunjuje tečnošću sve dok i sav pristigli gas ne izadje. Po potrebi, postupak se ponavlja više puta ukoliko je zapremina cevi veća od zapremine komore, pa se vazduh iz cevi mora izvlačiti u nekoliko navrata.

Kada se iz komore istisne sav vazduh (gas) ventil C ostaje zatvoren, a otvaraju se ventili A i B. Tečnost iz komore će se spustiti do nivoa visine stuba tečnosti za trenutni atmosferski pritisak, a u komori će ostati vakuum koji će se vrlo brzo popuniti parom tečnosti iz obe cevi, sve do fizičke i fazne ravnoteže. Kada se to postigne može se započeti sa dodatnim zagrevanjem i hladjenjem.

Claims (1)

1. Eko generator, čija je osnovna šema prikazana na Slici 1, naznačen je time što su dve Toričelijeve cevi (pozicije 1 i 2) zaronjene u dva medjusobno nepovezana rezervoara (3) i (4), kojima su nivoi slobodne tečnosti na različitim visinama, dok su im prostori iznad stuba tečnosti medjusobno povezani u zajedničku komoru. U takvom uredjaju vlada ravnoteža izmedju atmosferskog pritiska sjedne i težine stuba tečnosti i pritiska pare s druge strane. Remećenje te ravnoteže i uspostavljanje jednosmernog kretanja tečnosti od niže ka višoj cevi naznačeno je time što se u nižu cev (2) dovodi toplota iz jednog ili više, prirodnih ili veštačkih, toplotnih izvora i time što se toplota iz sistema odvodi preko hladnjaka, smeštenog u zajedničkoj komori iznad više cevi (2), u jedan ili više, prirodan ili veštački toplotni ponor, pa se kondenzat sliva u višu cev (2). Time se postiže nekoliko osnovnih efekata: 1) Kondenzat se podiže na veću visinu od polazne tečnosti, pa se njegova potencijalna energija može koristiti za proizvodnju električne energije 2) Kondenzat je oslobodjen svih primesa koje su bile prisutne u polaznoj tečnosti i skladišti se u posebnom rezervoaru, što se može koristiti za dobijanje prečišćene tečnosti iz smeše ili rastvora. 3) U polaznoj tečnosti (mešavini ili rastvoru) se izdvajanjem tečnosti povećava koncentracija primesa, što se može koristiti kao faza u proizvodnim procesima gde je potrebno odstranjenje suvišne tečnosti. 4) Ako je polazna tečnost mešavina ili rastvor više tečnosti, svaka od njih će se, usled atmosferskog pritiska, u Toričelijevoj cevi popeti do odredjene visine, u zavisnosti od toga kolika joj je specifična težina. Time će na površini tečnog stuba biti najlakša tečnost i samo će ona da isparava (grejač će biti smešten iznad visine do koje se penje sledeća tečnost) i samo će ona da prelazi u drugu cev. Postavljanjem grana na ulaznoj cevi (kao na slici 5d) na različitim visinama možemo da kontrolišemo separaciju tečnosti i obavljamo frakcionu destilaciju polazne mešavine.