EA004597B1 - Способ получения механической энергии и тепловой осмотический двигатель для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к теплохимическим двигателям, в которых получение механической (электрической) энергии обусловлено процессом осмоса, которое может быть использовано на транспорте, на водном транспорте, в малой и большой энергетике. Способ получения механической энергии в результате процесса осмоса, происходящего за счёт смешения двух растворов с разными концентрациями через полупроницаемую мембрану и возвращаемых к первоначальным концентрациям за счёт охлаждения смешанного отработанного раствора и кристаллизации соли из отработанного раствора для разделения этого отработанного раствора на два раствора с первоначальными концентрациями с небольшим общим КПД процесса получения механической энергии, отличающийся тем, что для возвращения отработанного раствора в два раствора разных концентраций используется способ обратного осмоса, а также способ, отличающийся тем, что большая часть тепловой энергии отработанного раствора не теряется в окружающую среду, а передаётся вновь в систему двум растворам с первоначальной концентрацией, что повышает общий КПД способа до 56%, а также увеличивает удельную мощность двигателей, в которых используется такой способ. Устройство для получения механической энергии путём изменения концентрации растворимого вещества в растворителе или тепловой осмотический двигатель, содержащий первый рабочий реактор осмоса, связанный с генераторным устройством, второй реактор термического охлаждения отработанного раствора, замкнуто связывающие их трубы и дозирующее устройство, включённое в трубу после первого реактора осмоса, отличающийся тем, что второй реактор заменён

Description

Изобретение относится к теплохимическим двигателям, в которых получение механической (электрической) энергии обусловлено процессом осмоса. Изобретение может быть использовано на транспорте, на водном транспорте, в малой и большой энергетике.

Известно такое устройство для получения энергии путём изменения концентрации растворённого вещества в растворителе или такой осмотический двигатель в патенте XVО 9602749 Р03С 7/00 01.02.96, в котором возврат отработанного раствора в систему происходит за счёт способа его термического охлаждения. Способ термического разделения отработанного раствора заключается в следующем. В первый реактор поступают два раствора с высокой и низкой концентрацией соли. За счёт явления осмоса в этом реакторе через полупроницаемую мембрану они смешиваются, образуя третий раствор со средней концентрацией. За счёт этого процесса выделяется механическая энергия. Причём обязательно один из этих растворов в реакторе имеет повышенную температуру и способен растворять в себе большое количество соли. К первому реактору подаётся тепловая энергия.

Во втором реакторе происходит следующее. В него поступает отработанный горячий раствор со средней концентрацией. В нём происходит также разделение и охлаждение отработанного раствора. Причём разделение происходит именно за счёт охлаждения этого раствора во втором реакторе.

Разделение идёт следующим образом. Отработанный раствор разделяют на две части, одну из которых охлаждают. Причём при этом часть соли этого раствора кристаллизуется, т.е. этот охлаждённый раствор переходит в перенасыщенное состояние.

Вторая часть отработанного раствора не охлаждается. Но в неё добавляется выкристаллизованная соль первой части отработанного раствора.

В результате, во втором реакторе происходит разделение отработанного раствора со средней концентрацией, на два первоначальных раствора с большой и малой концентрацией соли, т.е. цикл возвращается в первоначальное состояние.

Надо повторить, что раствор со средней концентрацией во втором реакторе охлаждается, т.е. отводится тепло.

В том же патенте νθ 9602749 Р03С7/00 01.02.96 описана конструкция всей схемы устройства для получения энергии путём изменения концентрации растворённого вещества в растворителе. Она представляет собой первый реактор осмоса, связанный с генераторным устройством, второй реактор термического охлаждения, замкнуто связывающие их трубы и дозирующее устройство, включённое в трубопровод после первого реактора осмоса.

У этого известного устройства для получения энергии или у этого осмотического двигателя есть несколько недостатков.

Способ термического охлаждения отработанного раствора во втором реакторе очень энергозатратен. И как следствие, низкий КПД всего устройства. Низкие значения удельной и удельной массовой мощности (кВт/М³уст-ки)=то, (кВт/КГ уст-ки)= т₁₀ такого устройства.

Также недостаток конструкции схемы устройства для получения энергии, который не позволяет сберегать и возвращать тепловую энергию отработанного раствора в реакторе 2 вновь в систему, что тоже приводит к низкому КПД всей схемы такого устройства.

Задача изобретения - создание двигателя с КПД более высоким, чем у Дизеля (η=46%), с относительно высокими удельными мощностями то, т₁₀, более высокими, чем у тепловой электростанции и не сильно отстающими от удельных мощностей Дизеля.

Поставленная задача достигается тем, что изменён способ разделения отработанного раствора в реакторе 2, он разделяется на два раствора с высокой и низкой концентрацией соли. Способ заключается не в термическом охлаждении отработанного раствора, а в разделении этого раствора обратным осмосом на два раствора с высокой и низкой концентрацией соли, что более экономично и энергомалозатратно, в результате чего достигается увеличение КПД всей установки до 56% и увеличение удельной и удельной массовой мощности такой установки или теплового осмотического двигателя.

Поставленная задача достигается также тем, что изменена и дополнена конструкция схемы получения механической энергии, см. \νθ 9602749 Р03С 7/00 01.02.96, а именно, реактор 2 представляет собой реактор обратного осмоса, отсутствует дозирующее устройство врезанное в трубопровод. Дополнена схема внутренней замкнутой цепью, которая включает в себя рекуператор, связанный с реактором обратного осмоса, ребристый теплообменник или охладитель и рекуператор, связанный с реактором осмоса. Причём эта внутренняя замкнутая цепь включена параллельно основной схеме установки теплового осмотического двигателя (реактор осмоса 1, трубопровод, реактор обратного осмоса 2).

Улучшением является и то, что все аппараты, которые составляют конструкцию схемы теплового осмотического двигателя хорошо известны в теплоэнергетике и имеют КПД максимально известные в технике, т.е. близкие к 100%, что тоже обеспечивает высокий КПД всей схемы теплового осмотического двигателя.

Для увеличения удельной мощности схемы теплового осмотического двигателя предлагается поддерживать во время работы внутри реактора 1, реактора 2 и соединяющих их замкнутого трубопровода повышенное давление, вплоть до 226 атм, для увеличения температуры реагирующих растворов, вплоть до 370°С.

На фиг. 1.1 и 1.2 показаны все составляющие нашей технологической схемы.

Тепловые котлы 1, 2, которые могут работать на любом известном топливе (газ, мазут, уголь, солярка), соединены каждый своим трубопроводом 100, 101 с камерой (реактором 1) осмоса 3.

Надо сказать, что для меньшей массы всей установки можно заменить два котла на один котёл с бойлером, т.е. к котлу 1 присоединить бойлер 2.

Камера 3 соединена с гидротурбиной 4 трубопроводом 7. Гидротурбина 4 соединена с генератором переменного тока 6 с частотой 50 Гц и может иметь маховик 5. Гидротурбина 4 соединена трубопроводом 8 с рекуперативным подогревателем 9 и далее с камерой обратного осмоса 10. Эта камера представляет собой высокопроизводительную центрифугу для обратного осмоса. Её ротор механически связан с валом гидротурбины 4, а в трубопроводе 8 есть насос малой мощности Н₄.

Камера обратного осмоса 10 может также представлять собой комплекс из высокодавленческого поршневого насоса 10.2, который связан с турбиной 4 редуктором 10.1, и 10.2 также связан с разделительным реактором обратного осмоса 10.

Фигура 1.2.

Камера обратного осмоса 10 соединена двумя разными трубопроводами 11 и 12, через рекуперативный подогреватель (рекуператор) 13 с котлами 1, 2.

В трубопроводах 11, 12 есть циркуляционные насосы Н1, Н2.

Рекуператоры 13 и 9 соединены отдельным замкнутым трубопроводом, в который включён ребристый теплообменник 14 (охладитель) и циркуляционный насос Н3, причём замкнутый трубопровод состоит из части 15, которая соединяет ребристый охладитель и рекуператор 9. Из части 16, которая соединяет рекуператор 9 и рекуператор 13, и в которую врезан насос Н₃ и из части 17, которая соединяет рекуператор 13 и ребристый теплообменник 14.

Все составляющие схемы 1- 4,100,101, 713,15,16,17 теплоизолированы от окружающей среды. Для большего увеличения удельной мощности схемы1-17 можно объединить котёл 1, бойлер и рекуператор 13. И получить оптимальный котёл «Три в одном ».

Схема Т.О.Д. на фиг. 2.1, 2.2 работает в два этапа.

На первом этапе. Холодные солёный раствор с высокой концентрацией соли и пресная вода поступают по трубопроводам 11,12 (посредством насосов Н1, Н2) в котлы 1 и 2. В них концентрированный раствор соли С1 (грамм/литр) и вода (С₂=0) нагреваются с+18°С до +95°С,. где С1 и С₂ - концентрации соли. За тем они по трубам 101,100 поступают в камеру осмоса 3, где смешиваются в раствор со средней концентрацией соли С3 и поступают по трубе 7 в турбину 4, где отдают свою термохимическую энергию генератору 6, причём по трубе 7 раствор идёт с некоторым расходом под напором осмотического давления.

Раствор со средней концентрацией С3, отдав свою осмотическую энергию, которая была вызвана нагревом в котлах 1,2 в турбине 4 поступает по трубе 8 в центробежную камеру 10 (реактор 2) с помощью насоса малой мощности Н4, предварительно отдав свою тепловую энергию 1 = 95°С рекуператору 9.

В рекуператоре 9 происходит следующее.

По замкнутой цепи Н₃-13 - 14 - 9 циркуляционная вода с температурой окружающей среды 1 = 18°С входит в рекуператор 9 под влиянием насоса Н₃. Там она нагревается до 1 = 92, 62°С. А раствор со средней концентрацией остывает до 18,46°С и поступает по трубе в камеру 10, см. фиг. 2.1. Нагретая вода по замкнутой цепи поступает в рекуператор 13.

Раствор со средней концентрацией С3 1=18,46°С поступает в центробежную камеру обратного осмоса 10. В ней охлаждённый раствор разделяется на концентрированный раствор с прежней концентрацией соли С1 и на пресную воду С2, которые далее поступают по трубам 11, 12 обратно в котлы 1,2.

На втором этапе технологическая схема Т.О.Д. работает в установившемся режиме, который изображён на фиг. 3. От пускового этапа он отличается тем, что тепловой энергии в котлах 1, 2 тратится значительно меньше, что обеспечивает высокий КПД установки в целом.

Это происходит из-за того, что замкнутая цепь Н₃-13-14-9 начинает работать полностью, см. фиг. 3. Охлаждённый раствор в рекуператоре 9, через 10 перекачивается в 13 по трубам 11, 12. В результате на выходе из рекуператора 13 раствор С1 и пресная вода С2 имеют температуру 1=90,3°С, а циркуляционная вода 1=18,93°С. Далее она поступает в ребристые теплообменники где охлаждается до температуры окружающей среды 18°С. После 14 вода 1 = 18° опять поступает в рекуператор 9.

При установившемся режиме работы (фиг. 3) необходимо соблюдать равенство объёмов разделяемых и смешиваемых растворов в единицу времени.

Общая схема термохимических процессов, которые происходят в схеме Т.О.Д., в установившемся режиме показана на фиг. 4.

Чтобы рассмотреть схему фиг. 3 с точки зрения её общего КПД, т. е. с каким КПД тепловая энергия топлива котлов 1, 2 превращается в электрическую на клеммах генератора 6, введём схему замещения, эквивалентную технологической цепи см. фиг. 1.1 или 2.1. Эта схема замещения приведена на фиг. 5.

На ней изображены все те же элементы, что и на схеме фиг. 1.1. Только вменены составляющие 3, 4, 10 на механически и энергетически эквивалентные им элементы 15, 17, 16, т.е. реактор 3 заменён цилиндром-реактором 15, гидротурбина 4 заменена левым поршнем перемычки 17, а центрифуга 10 (фиг. 3) заменена правым цилиндром с поршнем 16. Ось, механически связывающая ротор турбины 4 и ротор центрифуги 10 (фиг. 3) заменёна перемычкой 17, которая механически соединяет левый и правый поршни цилиндров-реакторов 15, 16 (фиг. 5).

Схема на фиг. 5 работает так. Сначала часть концентрированного раствора соли С1 и пресная вода нагреваются в котлах 1, 2. При этом в горелке (топливе) котлов высвобождается 100% тепловой энергии, т.к. известный номинальный КПД угольного котла 93%.

(1) η=0,93 = η2;

то Οι=7% тепловой энергии теряется в котлах 1, 2 или в одном спаренном котле.

КПД котла на жидком топливе ещё больше

93%.

Далее попав в реактор 15, разделённый полупроницаемой перегородкой 19 концентрированный раствор С и вода С₂ имеют потенциальную термохимическую энергию осмоса, равную 93% от энергии сгоревшего топлива в котлах(е). В реакторе 15 молекулы воды С₂ через полупроницаемую перегородку 19 могут пройти через неё, т.к. размеры её пор больше размера молекулы воды и меньше размера молекул концентрированного раствора С₁. В результате межъядерного притяжения (тяготения) большие по массе молекулы раствора С1 извлекают молекулы воды через сито-полупроницаемую перегородку. С течением времени концентрированный раствор С1 разбавляется поступившими через перегородку 19 молекулами воды. И тогда концентрация соли падает на 8-10%, т.е. с(от) концентрации С1 до С₃, где С1 больше С₃. А следовательно падает и количество сил, обусловленных количеством молекул соли концентрированного раствора, которые и притягивают своей молекулярной массой молекулы воды через перегородку 19. Известно, что осмотическое давление прямо пропорционально концентрации соли в растворе С₁ и С₃ (грамм/литр). Поэтому значение осмотического давления тоже снизится на 8-10% (С₁ переходит в С₃). И общий КПД равен 96%.

(2) η3= 0,96;

Т.е. механическая энергия, вызванная процессом осмоса, будет равна только 96%. А значит ещё О₃=4% энергии котлов не перейдёт в механическую энергию. Тогда общая полезная энергия будет уже на 11% меньше. Смотри фиг. 8 п.1 и 2).

Т.е.

(3) О= 01+ 0₃;

а общий КПД равен 89%.

(4) побщ.(1-3)=(1-(0,07+0,04))=0,89;

Это можно увидеть из графика, расположенного на фиг. 6. На нём С1 и С3 соответственно концентрации (г/литр) концентрированного раствора в начале работы и концентрация разбавленного раствора в конце работы. Значения осмотических давлений на фиг. 6 в начале и конце процесса работы соответственно равны.

(5) Р = кС1 11;

При 11=95°С, где 1₁ - температура в градусах Цельсия.

(6) Р1= к1С₃11 ;

(7) С1> С₃ на 8%;

(8) к1«к;

(9) 81=82;

В итоге КПД, обусловленный потерями при разбавлении концентрированного раствора на 8-10%, равен 96%.

(10) η3= (Р+Р1)/2=(100%+92%)/2=96%;

Далее по схеме фиг. 3 учтём КПД гидротурбины 4 или перемычки 17 (фиг. 5). Он вытекает из потерь механической энергии струй в ней. Эти потери в турбине равны 04=5-7%, т.е. суммарные потери равны 16% (см. 3) фиг. 8).

(11) 0= 01+ 0₃+ 04=0,11+0,5=0,16=16%.

Следующими потерями в схеме фиг. 3 являются механические потери на привод центрифуги 10. Пусть они численно равны 2-3% от первоначальной тепловой энергии топлива сгоревшего в котлах 1,2 (см. 4) фиг. 8), т.е.

(12) 0центр = 2%;

А общие потери энергии и общий КПД на этой ступени соответственно равны.

(13) 0=01+0₃+04+0центр=0,16+0,02=0,18%.

Главная потеря энергии осмотического двигателя в целом происходит в камере обратного осмоса 16 (фиг. 5) или центрифуге 10 (фиг. 3), см. фиг. 8 п.5. Рассмотрим процесс работы пары реакторов 15, 16 и поршней. Схема, изображённая на фиг. 5, показывает схему замещения фиг. 3. На ней реактор 15 (фиг. 5) заменяет камеру осмоса 3 (фиг. 3). Перемычка 17 заменяет гидротурбину 4, учитывая механические потери в ней, и реактор 16 заменяет центрифугу 10.

Пусть реакторы 15, 16 работают в установившемся режиме. Вначале оба реактора заполнены своими растворами, а система поршней находится в левом положении (фиг. 5), причём реактор15 заполнен в начале концентрированным раствором С1 и водой с концентрацией С₂, близкой к нулю. А реактор 16 вначале заполнен раствором со средней концентрацией С3. К концу работы же содержание реакторов 15, 16 как бы меняется местами. Т.е. мы имеем в реакторе 15 раствор со средней концентрацией С3, а в реакторе 16 концентрированный раствор С1 и воду С2 в тех же пропорциях что и в начале, в реакторе 15 (см. также фиг. 4).

Во время работы перемычка 17 (гидротурбина 4) переходит из состояния а) в состояние

Ь), (А турбина крутится), под действием осмотического давления Р левой камеры 15. Причём Р переходит в Р₁ (см. фиг. 6). Этому движению мешает необходимый процесс обратного осмоса, который происходит в реакторе 16 или центрифуге 10. Причём считается, что механическая энергия, которую отдают на движение правого поршня камеры 16 и механическая энергия, которую отдают на вращение ротора центрифуги, равны.

Рассмотрим термохимический процесс, происходящий в реакторах 15, 16 более подробно (фиг. 5). Рассмотрим также тепловые затраты энергии в них, величину энергии на обратный осмос в реакторе 16 (центрифуге 10) и КПД, показывающий полезную работу процесса осмоса в результате нагрева в реакторе 15 (котлах 1, 2). Термический процесс в левом реакторе происходит так. Сообщив порции концентрированного раствора С1 и воде С₂ в реакторе 15 тепловую энергию Οι (кКал), мы добились некоторой потенциальной химической энергии (мощности) осмоса Р (атм), что можно видеть на графиках фигур 7.1, 7.2 в точках 11 (7.1) и Й₁ (7.2).

Причём (14) р1= 'У₁(1₁ - 1о). (кКалл);

Где ’У1 - удельная теплоёмкость концентрированного раствора С1 в начале процесса а) фиг. 5. ΐι - температура нагрева раствора и воды в котлах 1,2 (°С ). 1₀ - температура окружающей среды (°с ).

Пусть 1₀=18°С.

Тогда 91='У1(11-10)=(95°С-18°С)='У177°С

Далее выясним, сколько минимально уйдёт механической энергии на разделение раствора со средней концентрацией соли С₃ в правом реакторе 16 центрифуги 10.

Очевидно, что это значение механической энергии (давления) равно значению обратного осмоса Р2 реактора 16 и противоположно по направлению к Р₁ (см. фиг. 5.) Оно обусловлено температурой раствора со средней концентрацией С3 и повышенной температурой его нагрева на Δΐ=ΐ₂ - 1₀ =0,45°С по сравнению с температурой окружающей среды 1₀=18°С (см. фиг. 3). Точка Ш1 графика фиг. 7.2.

Поэтому, исходя из КПД рекуператора η₉= ηι₃=97,5% (см. ниже), температура раствора в реакторе 16 равна 18,45°С(1₂= 18,45°С ). И можно записать.

(15) С)₂ 'У₂(1₂- 10)=’У2(18,45°-18°)='У2 0,45°.

Где 'У₂-удельная теплоёмкость разбавленного раствора С3 в конце процесса Ь) фиг. 5.

(16) 'У2 « У (17) 'У2<'У1 на 8-10%;

(18) 'У2 = 'У1(1-0,08); 'У₂(С1) = 'У1(Сз) ;

А О₂ - является термическими, и как следствие, механическими потерями на обратный осмос в реакторе 16.

Посчитаем КПД процесса осмоса в реакторах 15, 16. Причём этот КПД учитывает потери механической энергии на обратный осмос, посчитанный через температурные потери и обусловленный давлением Р2.

(19) η 1₀(термический)=(91 -9₂)/91=('У177°'У₂0,45°С)/'У177°==/Если принять 'У₂«'У1 .Тогда./=(77°-0,45°С)/77°=0,994 =99,4%.

Значит, всего только 100-99,4=0,6% осмотической энергии уйдёт на приведение системы реакторов 15, 16 (фиг. 5) в исходное положение. Однако тепловые потери О₂='У₂0.45°С не могут разрушить межатомные связи молекул раствора соли концентрации С₃ реактора 16 (фиг. 5) и разделить молекулы раствора соли С3 на молекулы соли С1 и воды С₂, выжимая их через полупроницаемую мембрану 18, преодолев осмотическое давление Р₂ в камере 16. Т.е. при затратах 0,6% осмотической энергии можно только создать Р20 обратноосмотическое давление, равное осмотическому Р2, и добиться равновесия в системе фиг. 5.

Из практики создания обратноосмотических установок для успешного отделения воды С2 из раствора со средней концентрацией С3 надо приложить двойное значение Р2(С3) для обратного осмоса. Это двойное значение обусловлено конструкцией полупроницаемых мембран рулонного типа, которые используют в этих опреснительных установках. Надо сказать также, что в этих обратноосмотических установках на основе полупроницаемых мембран рулонного типа требуется большое количество опреснённой воды. И необходимо сделать при этом установку небольших размеров, при этом проигрывая в значении гидравлического сопротивления. Т. е. получают большое гидравлическое сопротивление этих рулонов , что и объясняет большие затраты механической энергии в насосах таких установок и необходимость двойного значения Р2.

Другими словами, чем больше гидравлическое сопротивление рулонов, тем их меньше при их параллельной работе. И наоборот, чем больше рулонов включено параллельно, тем гидравлическое сопротивление меньше.

Поэтому в нашей установке в реакторе 16 необходимо использовать относительно большое количество рулонов (в результате, имея малое гидравлическое сопротивление). И тогда можно будет получить относительно небольшое значение Р3. Или относительно небольшое значение механических потерь на обратный осмос и восстановление исходных концентраций.

Условимся, чтобы общий КПД схемы Т.О.Д был высоким. Нельзя отдавать больше 8%, (6%) первичной термической энергии топлива котлов или 8%*0,82=6,56%,(6%*0,775=4,65%) механической энергии, равной термической с учётом потерь 1),2),3),4) (фиг. 8) на обратный осмос в реакторе 16 (4,65% фиг. 9.). Причём эта механическая энергия обусловлена работой реактора 15 (см. фиг. 5).

(20) (100%-8%(ηι,+ η_;· η,· η η.( терм-ий) (21) 93,44% <р₁₀(терм-ий)

Далее, чтобы узнать, какую часть осмотической энергии реактора 15 необходимо отдать на обратный осмос, исходя из заданных расходных 8%, (6,56%), введём коэффициент к₁₀.

(22) кю=(Р1-Р2)/(Рз-Р2)= Δ Р/(Рз-Р2);

Для того, чтобы определить термическую энергию, которая должна уходить на обратный осмос, исходя из заданных расходных 8%,(6%), воспользуемся П1₀(т,рм-им).

Тогда Пю/юрм-ий^^^)^^^^^)/ 77°С=0,9344.

Распишем значение 0.₃ более подробно.

(23) рз='У2[((11-10)- Д10(терм-ий)(11-10))1 ='У₂[(77°С-0,9344 77°С)]='У₂ 5,05;

Теперь, зная значение 0.₃ более точно, мы можем найти значения Р1, Р2, Р3 и коэффициент к₁₀ через значения количества теплоты О|. О₂, О₃ соответственно (см. фиг. 7.1 и вытекающую из неё фиг. 7.2).

Надо ещё раз отметить, что коэффициент к₁₀ (22) точно отражает заданные значения (ограничения) расхода тепловой энергии в 8%,(6%) или η1₀(термический).

Тогда (24) Η0=(Ω1-Ω2)/(Ω3-Ω2)=(Ύ1(11-ί0)-Ύ2(ί210))/(’У25,05°С-'У2(12-1о))=/Пусть 'У₂«'У1/=(77°-

0,45°С)/(5,05°-0,45°С)=16,64

Далее из формулы (22) найдём значение Р3.

(25) ДР = к₁₀ Р₄; ДР = Р₁ - Р₂;

(26) Р3=Р2+Р4;

(27) где Р4=(Р1 - Р2)/к10=(Р1 - Р2)/16,64

Тогда значение Р3 равно (28) Р3= Р2+[(Р1-Р2)/к101;

Из формулы (28) можно посчитать значение Р3, зная осмотическое давление Р2, Р1 и к10. При к1₀=16,64; Р₂=60атм, Р₁=120 атм (см. фиг. 7.2). Имеем Р₃=60+[(120-60)/16,64]=63,6 атм; Т.е. на обратный осмос в камере 16, исходя из заданных 8% первоначальной тепловой энергии. Можно увеличить расходы на обратный осмос на 3,6 атм (см. фиг.5).

Другими словами, мы задаём значение тепловой энергии О₃ (фиг. 7.1), которое выражает (отражает) значение суммы осмотического давления Р₂ при температуре 18,45°С и осмотического давления Р4=Р3-Р2 или давления Р3 при температуре, равной 18°+5,05°С=23,05°С, причём значение Р5 отражает температурные затраты энергии на обратный осмос. Т.е. 61₀=8%,(6%) от 100% первоначальной тепловой энергии сгоревшего топлива в котлах (см. блок схемы фиг. 8, п.5; фиг. 9, п.6) или 6ι₀=6,56%, (4,65%) с учётом потерь 1),2),3),4) (см. фиг. 8).

Далее найдём общий КПД схемы ТОД на ступени 5 потерь на обратный осмос (см. фиг. 8). Он равен (29) О= 01+ 63+ 64+ Оцентр⁺ С10= 26%;

(30) η₁₀= (100% - 6 ) = 100 - 26=74%;

Второй по потерям энергии в схеме Т.О.Д. (фиг. 3) является внутренняя цепь, включающая в себя рекуперативный подогреватель 9, рекуператор 13 и ребристый теплообменник 14 (охладитель). Причём эта цепь служит для переноса тепла и для охлаждения.

Очевидно, что при равном КПД рекуператоров 9 и 13 потери в цепи 9-13-14 равны сумме потерь в её каждом составляющем. Или КПД всей внутренней цепи 9-13-14 равен КПД рекуператора 9 в четвёртой степени (см. фиг. 8, п.6).

Или ^{(31) 6}9^,14^,13= ⁶9^{+ 6}13⁺²⁶14;

(32) 2614= 69+613;

при 69=63; η9= η13.

(33) 69,14,13= 469=2,5% 4=10%;

при η9= η13=97,5%;

⁽³⁴⁾ η9,14,13=η⁴9^;

С учётом потерь во внутренней цепи 9,14,13 6₉,ι₄,ι₃= 10% КПД схемы Т.О.Д. равен (35) 6=61+6₃+6₄+6_цен1р+61₀+69,1₄,1₃=26+10=36%;

(36) η... 100% - 6 = 100-36=64%;

Из формулы (34) следует, что для общего высокого КПД технологической схемы Т.О.Д. (фиг. 3) необходимо высокое значение рекуператоров 9,13. Он должен быть не ниже 96%.

(37) η9=η13^ 96%;

Пусть потери энергии на собственные нужды или потери на привод насосов Н₁, Н₂, Н₃, Н₄ равны 6_С._Н = 6% от первоначальной энергии (п.7 фиг. 8). Тогда с учётом этой ступени потери и КПД схемы Т.О.Д. равны.

(38) 6=61+63+64+6центр+610+69,14,13+6С.Н.=36+6=42%;

(39) по6щ= 100% - 6 = 100- 42=58%;

А на клеммах генератора 6 значение мощности (энергии) достигнет 56% от первоначальной (фиг. 8 п.8), т.е. общий КПД технологической схемы Т.О.Д. равен 56%.

(40) 6=61+63+64+6це_Шр+610+69,14,13+6сн+6б=42+2=44% (41) По6щ= 100% - 6 = 100 - 44=56%;

Значение КПД, равное 56%, вполне реально и не противоречит трактату Карно о тепловых и химических двигателях.

Необходимо отметить также следующее. Для того, чтобы увеличить удельную мощность схемы Т.О.Д. и оставить расходы тепловой энергии для обратного осмоса на прежнем уровне 8%, (6%), воспользуемся следующим физическим явлением, что при повышенном давлении над раствором или водой его температура кипения увеличивается вплоть до 374,15°С при Р0=225,65 атм. Причём известно, что увеличение осмотического давления прямо пропорционально увеличению температуры раствора и воды.

Как может работать технологическая схема Т. О.Д. при повышенной температуре, можно видеть на фиг. 10. Для схемы на фиг. 10 сохра няются те же энергетические соотношения и КПД, которые изображены на фиг. 8.

Все КПД элементов, составляющих схему фиг. 3, можно видеть на фиг. 11.

Далее в табл. 1 посчитаны ориентировочные параметры схемы Т.О.Д., его оптимальная удельная мощность Шо и Шю при различных температурах концентрированного раствора и воды.

Таблица 1

	П1о (кВт/Μ усг-ки)	тюСВт/КГуст-ки)	Примечание
При 1=95°С	0,046-0,202	0,68-3,01	1-й тип установки
При 1=95°С	0,057-0,258	0,86-3,85	2-й тип установки
1=370°с Р0=226 атм	0,208-0,96	2,7-12,5	1-й тип установки
1=370°с Р0=226атм	0,26-1,25	3,4-16,1	2-й тип установки

Claims (2)

1. Способ получения механической энергии, заключающийся в смешении двух растворов с разными концентрациями в реакторе осмоса, содержащем полупроницаемую мембрану, преобразовании внутренней энергии смешанно-

Фиг. 1.1

Фиг. 1.2 го раствора в механическую энергию, охлаждении смешанного отработанного раствора и разделения его на два раствора с соответствующими первоначальными концентрациями, отличающийся тем, что для разделения отработанного раствора на два раствора разных концентраций используют реактор обратного осмоса, при этом часть тепловой энергии отработанного раствора передают двум растворам с первоначальной концентрацией перед их смешением.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее реактор осмоса, связанный с генераторным устройством, отличающееся тем, что оно содержит реактор обратного осмоса, внутреннюю замкнутую цепь, установленную между реактором обратного осмоса и реактором осмоса и состоящую из первого рекуператора, ребристого теплообменника и второго рекуператора, соединенных замкнуто трубами, а также средств для поддержания во время работы в реакторе осмоса, обратного осмоса и в соединительных трубах давления вплоть до 226 атм для увеличения температуры реагирующих растворов в реакторе осмоса до 370°С.