WO2010008357A1 - Method and device for redistributing heat energy into high and low energy levels and a plant for converting heat energy into mechanical energy (variants) - Google Patents

Method and device for redistributing heat energy into high and low energy levels and a plant for converting heat energy into mechanical energy (variants) Download PDF

Info

Publication number
WO2010008357A1
WO2010008357A1 PCT/UA2009/000033 UA2009000033W WO2010008357A1 WO 2010008357 A1 WO2010008357 A1 WO 2010008357A1 UA 2009000033 W UA2009000033 W UA 2009000033W WO 2010008357 A1 WO2010008357 A1 WO 2010008357A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat exchanger
working agent
energy
heat
thermal energy
Prior art date
Application number
PCT/UA2009/000033
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Дмытро Ивановыч ЗИНЧЕНКО
Original Assignee
Zinchenko Dmytro Ivanovych
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from UAA200809250A external-priority patent/UA91394C2/en
Application filed by Zinchenko Dmytro Ivanovych filed Critical Zinchenko Dmytro Ivanovych
Publication of WO2010008357A1 publication Critical patent/WO2010008357A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/10—Alleged perpetua mobilia

Definitions

  • the invention relates to the field of engineering and can be used in energy, transport, aviation and astronautics.
  • the intention of the author of this group of inventions was to create a fundamentally new methods and devices for redistributing thermal energy to a high and low energy level, and to create, on the basis of these new methods and devices, a fundamentally new installation for converting thermal energy into mechanical energy.
  • a known method and device for the redistribution of thermal energy to a high and low energy level using thermodynamic cycles in accordance with which the transfer of thermal energy from the external environment located in a closed volume of the working agent and the subsequent transfer of the converted thermal energy from the working agent to the external environment.
  • Known devices include: a compressor, a first heat exchanger, a throttle and a second heat exchanger connected by pipelines and filled with a working agent, a system for supplying and removing thermal energy of a working agent, which includes a first heat exchanger for removing heat energy from the working agent into the external environment and a second heat exchanger for supplying heat energy from the external environment to the working agent (V. A. Malyarenko, L. V. Lisak: “Energy, environment, energy conservation", Kharkov, Rubicon, 2004, pp. 222-233 - prototype).
  • this device is called a heat pump or thermal transformer.
  • the first characteristic of the heat pump is the transformation coefficient k t , which is determined by the formula:
  • T k t ⁇ > F 1 > F 2 , where T x - temperature in the first, warm, heat exchanger.
  • the transformation coefficient k t can be determined both during idle operation of the device and under load.
  • the second characteristic of the heat pump operation is the power conversion coefficient p , which is determined by the formula:
  • P ⁇ is the mechanical (electrical) power supplied to the compressor.
  • the third characteristic of the heat pump operation is the loss coefficient of mechanical (electrical) power k L , which is determined by the formula:
  • P mech is the maximum mechanical (electrical) power that can be obtained from using the temperature difference from the heat pump
  • the temperature range which depends on the working agent used. In the case when the working agent is air, the temperature range is from -5O 0 C to + 5O 0 C, which covers almost any point on the globe.
  • the transformation coefficient k g is maximum during idle operation of the device and decreases under load, depends on the working agent used and on the pressure difference before and after the compressor.
  • the power conversion coefficient k p is maximum only if, with other fixed parameters, if the phases (vapor-liquid) of the working agent are converted in the first and second heat pump heat exchanger.
  • the power conversion coefficient k p is not more than 10 units, which also depends on temperature differences of the medium, which is heated and cooled, and k L is always positive and less than unity.
  • the disadvantages of the known method of redistributing thermal energy to a high and low energy level is that the work spent on the redistribution of thermal energy is always more than the work that can be obtained from using the temperature difference of this redistribution.
  • the disadvantages of the known device for redistributing heat energy to a high and low energy level is the mandatory presence of a compressor with a rotary drive that performs the function of compression — transferring to a high energy level and moving the working agent through the pipeline, and the work brought to the compressor is always more than the work received from using temperature differences of this redistribution.
  • thermodynamic cycle A known method of converting thermal energy into mechanical energy, in accordance with which the refrigerant is compressed (hereinafter referred to as the working agent), the thermal energy is transferred from an external source to the working agent, it is converted into mechanical energy by applying a thermodynamic cycle and the subsequent conversion of mechanical energy, if necessary, into electrical energy using the laws of electrodynamics (RF patent 2162161 C2 F 03 G 7/06, F 01 K 27/00 from 04/20/1998 - prototype).
  • a known installation is the conversion of thermal energy into mechanical energy, which contains a compression device for the working agent, a heat exchanger for supplying thermal energy from an external source to the working agent, an expansion device for the working agent (expander, turbine) and an electric generator that can be connected to the shaft of the working agent expansion device ( RF patent 2162161 C2 F 03 G 7/06, F 01 K 27/00 dated 04/20/1998 - prototype).
  • the basis of the invention is the task: by using a quasipotential field - a gravitational field and / or a field of centrifugal forces, taking into account the Archimedes law on the condition for the floating of bodies, Maxwell's law on the distribution of molecules over velocities and the law of dependence of the density of a substance on its temperature, which allow one part of the macroscopically energetically homogeneous state of a substance (gas, liquid, vapor-liquid mixture) to a higher energy level due to another part of this substance, which will switch to n zshy energy level with a minimum expenditure of energy fields at this redistribution, a method and heat redistribution device to a high and a low energy level without the use of compression and rarefaction process gas with minimal use of external work and to create a more simple devices.
  • the basis of the invention is also the task: due to thermal energy (for example, thermal energy of the environment: air, water, soil) using thermodynamic cycles and the principle of redistribution (transformation) of thermal energy by a quasipotential field to obtain mechanical energy, while using environmentally friendly working agent pure substances (refrigerants) and without burning hydrocarbon fuels; to create a method and installation for converting transformed thermal energy into mechanical energy.
  • thermal energy for example, thermal energy of the environment: air, water, soil
  • the problem is solved in that in the method of redistributing thermal energy to a high and low energy level, in accordance with which the transfer of thermal energy from the external environment to a working agent located in a closed volume and the subsequent transfer of converted thermal energy from the working agent to the external environment.
  • the working agent which is enclosed in a confined space, is in a gravitational field and redistributes thermal energy from level to level: heat is supplied to the lower, cold part of the working agent, and heat is removed from the upper, warm part of the working agent .
  • the external surface of the volume with the working agent in addition to heat exchange surfaces, can be insulated to maintain a temperature gradient.
  • Various methods of supply and removal of thermal energy of the working agent are allowed, for example:
  • - heat energy can be supplied by passing the coolant flow through the lower, cold part of the working agent, and heat energy can be removed by passing the coolant flow through the upper, warm, part of the working agent; - heat energy can also be supplied by irradiating the lower, cold part of the working agent, and heat can also be removed by absorbing the radiation of the upper, warm part of the working agent;
  • the problem is also solved by the fact that in the device for redistributing heat energy to a high and low energy level, which contains one or more tanks filled with a working agent, a system for supplying and removing heat energy from a working agent, which includes a first heat exchanger for supplying heat energy from an external medium to the working agent and a second heat exchanger for removing heat energy from the working agent to the external environment in accordance with the invention, the heat exchangers are in contact with the working agent, with which the reservoir is filled, the first heat exchanger in contact with the denser, colder formations of the working agent, and the second heat exchanger in contact with the less dense, warm, formations of the working agent.
  • the reservoir with the working agent is located in a gravitational field and can be insulated from the external environment to maintain the temperature gradient.
  • the device can be made in the form of a system of connected reservoirs. Various options for connecting devices to cascades are allowed.
  • the problem is also solved by the fact that in the method of redistributing thermal energy to a high and low energy level, in accordance with which the transfer of thermal energy from the external environment to the working agent and the subsequent transfer of converted thermal energy from the working agent to the external environment in accordance with the invention redistribution of thermal energies are carried out through a working agent, which is enclosed in a closed volume and for which an artificial quasipotential field is created by rotating bound volume around the axis and redistribute heat from level to level: the peripheral, the cold part of thermal energy of working fluid is fed, and from the centerline, the warm part of the heat energy of the working agent is removed.
  • the external surface of the volume with the working agent in addition to heat exchange surfaces, can be insulated to maintain a temperature gradient.
  • the supply of thermal energy can be achieved by passing the flow of coolant through the peripheral, cold part of the working agent, and the removal of heat energy can be achieved by passing a coolant flow through the axial, warm part of the working agent;
  • - heat energy can also be supplied by irradiating the peripheral, cold part of the working agent, and heat energy can also be removed by absorbing radiation from the axial, warm part of the working agent;
  • the device for redistributing heat energy to a high and low energy level which contains a housing in which a tank is installed filled with a working agent
  • a system for supplying and removing thermal energy of the working agent which, for example, includes a first heat exchanger for supplying thermal energy from the external environment to the working agent and a second heat exchanger for removing heat from the working agent into the external environment
  • the specified tank in the form of a body of revolution with a hollow axis, which is mounted on bearings in a housing filled with refrigerant, the cavity of the housing is connected to the first heat exchanger, and the internal cavity of the hollow axis is connected to the second heat exchanger and also filled with refrigerant, and the axis with the reservoir is connected to the rotation drive.
  • Both the external surface of the housing and the external surface of the tank, in addition to heat exchange surfaces, can be insulated to maintain a temperature gradient.
  • the device can be made in the form of a system of connected devices, each of which is connected to a rotation drive. Various options for connecting devices to cascades are allowed.
  • the proposed devices redistribute thermal energy (for example, thermal energy of the environment: air, water, soil) to a high and low energy level.
  • the principle of operation of the devices is similar to the principle of operation of an electric AC transformer. Therefore, the device created by the author can be called a thermal transformer.
  • environmentally friendly substances refrigerants
  • Known devices that experimentally confirm the main idea a hydraulic ram, an electric AC transformer, a span multi-cavity klystron.
  • the installation comprises a device for redistributing thermal energy to a high and low energy level (thermal transformer of a quasipotential field), Each one has two heat exchangers, one cold and one warm, the cold heat exchanger inlet connected to the expander outlet, the cold heat exchanger outlet connected to the input of the working agent compression device, the warm heat exchanger input connected to the output of the working agent compression device, the output of the warm heat exchanger connected to the input of the first heat exchanger channel for supply thermal energy from an external source, and the output of the first channel of the heat exchanger for supplying thermal energy from an external source is connected to the input of the expander.
  • all components of the installation is connected to the input of the expander.
  • the installation comprises a device for redistributing thermal energy to a high and low energy level (thermal transformer of a quasipotential field), ond has two heat exchangers, cold and warm, cold heat exchanger input connected to the output of the first channel a heat exchanger for supplying heat energy from an external source, the output of the cold heat exchanger is connected to the input of the working agent compression device, the input of the warm heat exchanger is connected to the output of the working agent compression device, the output of the warm heat exchanger is connected to the input of the expander, and the output of the expander is connected to the input of the first channel of the heat exchanger for supply thermal energy from an external source.
  • a device for redistributing thermal energy to a high and low energy level thermo transformer of a quasipotential field
  • all components of the installation are connected by pipelines to a working agent and can be insulated, except for a heat exchanger designed to supply thermal energy from an external source, in order to avoid loss of thermal energy from the installation.
  • the main difference between the proposed method and installation from the known methods and installations of converting thermal energy into mechanical energy is the application of the principle of redistribution (transformation) of thermal energy by a quasipotential field, which makes it possible to obtain a gain in mechanical power, since the coefficient of power loss to the device of redistribution of thermal energy (thermal transformer of a quasipotential field) can be negative and, as a result, there is no need for the presence of temperature Nogo capacity at two different energy levels, but rather on only one power level for the installation.
  • Thermal transformer of a quasipotential field (a thermal transformer in a gravitational field and a centrifugal type thermal transformer) according to the patent of Ukraine N ° 36191 dated 10.10.2008, verified experimentally.
  • Expansion devices for the working agent as part of air separation plants, thermal and nuclear power plants.
  • FIG. 1 shows a diagram of a device and a cascade of devices for redistributing thermal energy to a high and low energy level in accordance with the first embodiment (thermal transformer in a gravitational field);
  • FIG. 2 shows a diagram of a device for redistributing thermal energy to a high and low energy level in accordance with a second embodiment (centrifugal type thermal transformer);
  • FIG. 3 is an axial view of FIG. 2, top view;
  • FIG. 4 is a view along the axis of FIG. 2 is a sectional view;
  • FIG. 5 shows a rotor baffle of a centrifugal type device;
  • FIG. 6 shows a cascade of centrifugal type devices;
  • FIG. 1 shows a diagram of a device and a cascade of devices for redistributing thermal energy to a high and low energy level in accordance with the first embodiment (thermal transformer in a gravitational field);
  • FIG. 2 shows a diagram of a device for redistributing thermal energy to a
  • FIG. 7 is a graph explaining Maxwell's law on the distribution of molecules by velocity (1859) for an arbitrary substance
  • FIG. 8 is a graph illustrating the dependence of the density of a substance p on its temperature t at various pressures using atmospheric air as an example
  • FIG. 9 shows a generalized block diagram of a plant for converting thermal energy into mechanical energy, in accordance with the first embodiment, with a heat exchanger for supplying thermal energy from an external source that is installed in front of the expansion device of the working agent (in front of the expander, turbine);
  • FIG. 10, FIG. 11, FIG. 12 and FIG. 13 shows the variations of FIG. 9;
  • FIG. 14 shows a generalized block diagram of a plant for converting thermal energy into mechanical energy, in accordance with a second embodiment, with a heat exchanger for supplying thermal energy from an external source, which is installed after the expansion device of the working agent
  • FIG. 15, FIG. 16 and FIG. 17 shows variants of FIG. fourteen
  • FIG. 18 shows a variant of FIG. 14 with a detailed diagram of a device for redistributing thermal energy, with a heat transformer in a gravitational field
  • FIG. 19 shows a variant of FIG. 14 with a detailed diagram of a device for redistributing thermal energy, with a centrifugal type thermal transformer
  • FIG. 20 is a generalized T-S diagram for an arbitrary working agent, which illustrates the operation of the installation of converting thermal energy into mechanical energy in accordance with FIG. 9, 10, 11, 12, 13
  • FIG. 21 is a generalized T-S diagram for an arbitrary working agent, which illustrates the operation of the installation of converting thermal energy into mechanical energy in accordance with FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19.
  • the first version of the method and device for the redistribution of thermal energy A method of redistributing thermal energy to a high and low energy level in a gravitational field with a minimum expenditure of field energy for this redistribution can be implemented in the device shown in FIG. one.
  • the patented device for redistributing thermal energy to a high and low energy level in accordance with the first embodiment contains at least one reservoir 1 filled with a working agent 4 (gas, liquid, vapor-liquid mixture).
  • the first heat exchanger 6 is installed in the lower, cold part of the working agent 4 in the tank 1, and the second heat exchanger 7 is installed in the upper, warm, part of the working agent 4 in the tank 7.
  • the tank 1 with the working agent 4 is located in the gravitational field 5.
  • the cascade of devices for redistributing thermal energy to a high and low energy level in accordance with the first embodiment contains several connected tanks.
  • the number of reservoirs in the cascade, as well as the number of cascades themselves is not limited and depends on the size, mass of the system and on the desired temperature gradient.
  • FIG. 1 shows a cascade of three reservoirs, respectively designated by the positions 1, 2, 3, which are located in the gravitational field 5.
  • Each reservoir is filled with a working agent 4, and each of them has at least one heat exchanger 6, 8, 10 in the lower part of the volume of the working agent 4 and at least one heat exchanger 7, 9, 11 in the upper part of the volume of the working agent 4.
  • the lower heat exchanger 6 of the first tank 1 is connected to a cooling stream of coolant 12 from the external environment.
  • Each upper heat exchanger, except the last, is connected by a pipe to the refrigerant 13 or heat pipe 14 with the next lower heat exchanger.
  • the upper heat exchanger and the last tank 3 is connected to the heating stream of the coolant 15 from the external environment.
  • Tanks with a working agent can be coated with a heat insulator 16 to maintain a temperature gradient.
  • the patented method in accordance with the first embodiment is as follows.
  • the working agent is in a macroscopically energetically homogeneous state: each small part of the volume of the working agent, but significantly larger than the volume of the molecule of the substance of the working agent, has the same average temperature as the entire working agent as a whole. But at the same time, Maxwell’s distribution law holds molecules in speed, the law of the dependence of the density of a substance on its temperature and the Archimedes law on the condition for swimming bodies. Therefore, 3 cases are possible:
  • the weight of the body is greater than the weight of the displaced gas (liquid): the body is drowning - moving along the field vector. 2).
  • the weight of the body is exactly equal to the weight of the displaced gas (liquid): the body is in equilibrium with the gas (liquid) - it does not move either in or against the field vector.
  • the weight of the body is less than the weight of the displaced gas (liquid): the body pops up - moves against the field vector.
  • the method is implemented in the process of the device.
  • a system based on a cascade of patentable devices in accordance with the first embodiment operates as follows.
  • all tanks with a working agent and heat exchangers are in the gravitational field 5.
  • the working agent in order to transfer a working agent from a low to a high energy level, it is compressed in a compressor with external work supply, and to transfer a high to a low energy level, the working agent is throttled, in the first version of the proposed device, heat energy is redistributed achieved due to the quasipotential - gravitational field.
  • the second version of the method and device for the redistribution of thermal energy The second version of the method and device for the redistribution of thermal energy.
  • a patented method of redistributing thermal energy to a high and low energy level in a centrifugal force field with minimal field energy costs for this redistribution can be implemented in the devices shown in FIG. 2 and FIG. 6. Further, for clarity, the numbering of the positions of the following FIG. 2 start with 21.
  • the patented device for redistributing heat energy to a high and low energy level comprises a housing 21 in which a tank 22 is installed, made in the form of a body of revolution, for example, a cylinder, in the closed volume of which there is a working agent 23.
  • the tank 22 contains a hollow an axial tube 24 that intersects it in the axial direction.
  • the axial tube is mounted in the housing 21 on bearings 25, 26, hermetically isolated by the axleboxes 27, 28, 29 and is a rotation shaft.
  • a heat insulator 30 As the outer surface of the housing 21, and the outer surface of the tank 22, in addition to heat exchange surfaces, can be covered with a heat insulator 30 to maintain a temperature gradient.
  • Auxiliary components are used only for universalization of the used heat carrier: gas, liquid, loose and motionless heat carriers, as rotating parts are present in the device. These components are optional. Furthermore, with reference to FIG. 2 are indicated: 38 - mounting flange of the rotational drive of the device, 39 - plug, 40 - direction of action of the centrifugal force field vector, 41 - direction of movement of the working agent, 42 - cooling fluid flow, 43 - heating fluid flow, 44 - cooling fluid flow from the external environment, 45 - heating fluid flow from the external environment.
  • a design feature of the rotor is the presence of partitions (Fig. 4, item 46; Fig. 5) with slots (Fig. 5, item 47). Partitions are installed to hold the working agent during rotation of the rotor, and the slots are made to evenly place the working agent throughout the cavity of the rotor.
  • the cascade of devices for redistributing heat energy to a high and low energy level in accordance with the second embodiment comprises several connected devices 51, 52, ..., 53.
  • the first heat exchanger 61 is connected to the peripheral, cold circuit of the first device 51 and to a cooling coolant stream 54 of the external environment.
  • Each axial circuit of the device, except the last, is connected to the peripheral circuit of the next device and filled with refrigerant 33.
  • the axial, warm circuit of the last device 53 is connected to the second heat exchanger 62, through which the heating stream of the heat carrier 55 from the external environment passes.
  • reference numeral 56 denotes a cooling coolant flow
  • reference numeral 57 denotes a heating coolant flow
  • the number of devices in the cascade, as well as the number of cascades themselves is not limited and depends on the size, mass of the system and on the desired value of the temperature gradient.
  • the patented method in accordance with the second embodiment is similar to the patented method of redistribution in the gravitational field in accordance with the first embodiment. Centrifugal force only models, to a certain extent, the gravity field.
  • centrifugal forces over gravitational is that the gravitational acceleration is fixed and amounts to 9.81 m / s, and the normal component of centrifugal acceleration can reach 1000 m / s 2 or more.
  • the patented method in accordance with the second embodiment is as follows.
  • the working agent is in a macroscopically energetically homogeneous state: each small part of the volume of the working agent, but much larger than the volume of the molecule of the substance of the working agent, has the same average temperature as the entire working agent as a whole.
  • the Maxwell law on the distribution of molecules by velocities, the law of the dependence of the density of matter on its temperature, and Archimedes' law on the condition of swimming bodies Therefore, 3 cases are possible:
  • the weight of the body is greater than the weight of the displaced gas (liquid): the body moves along the field vector.
  • the weight of the body is exactly equal to the weight of the displaced gas (liquid): the body is in equilibrium with the gas (liquid) - it does not move either in or against the field vector.
  • the weight of the body is less than the weight of the displaced gas (liquid): the body moves against the field vector.
  • the device is centrifugal type due to the difference in the density of warm and cold formations (the presence of these formations is due to Maxwell's law on the distribution of molecules by speed) there is an energy separation: during operation, the devices are less dense, warm, the formations move against the field vector - to the axis of rotation, while denser, colder formations move along the field vector - from the axis of rotation to the periphery.
  • the magnitude of the vector of centrifugal forces is directly proportional to the square of the number of revolutions of the tank per unit time.
  • a system based on a cascade of patented devices in accordance with the second embodiment operates as follows.
  • heat energy from the external medium is supplied to the working agent 23 the device using a cooling coolant flow 54.
  • Converted heat energy is removed from the axial circuit of the first device 51 from the working agent 23 to the peripheral circuit of the second device 52 using refrigerant 33.
  • the converted heat energy is taken from the axial circuit of the second device 52 from the working agent 23 to the peripheral circuit the next device 53 using the refrigerant 33.
  • the process is similarly repeated for all subsequent devices.
  • the second heat exchanger 62 connected to the axial, warm circuit of the last device 53, the converted thermal energy is removed from the working agent 23 to the external environment using a heating coolant stream 55.
  • the work of the compressor rotation drive is spent on compressing the working agent — transferring the working agent to a high energy level and moving the working agent through pipelines, in contrast to the proposed centrifugal type device, in which the rotation drive work is spent on overcoming friction when rotating the parts of the device.
  • Maxwell’s Law on the distribution of molecules by velocity states that in a closed volume filled with a large number of molecules of a certain substance, despite their chaotic motion, not all particles move at the same speed: most particles move at a certain average speed, but there is also a low probability of particles at zero and infinitely high speed (at the speed of light).
  • AN is the number of molecules in a substance that have a temperature (energy) in the range of T + AT (E + AE);
  • N is the total number of molecules in a substance.
  • Stern is the experimentally determined experiment on the average velocity of gas molecules using the example of gas from silver molecules.
  • Silver atoms (“silver gas”) evaporate from the surface of a heated wire passing along the axis of rotation of the system and through the slits of the inner cylinder move to the inner surface of the outer cylinder (the gas pressure inside the inner cylinder is greater than the pressure in the rest of the cavity of the outer cylinder).
  • the outer and inner cylinders together with the screen and slots rotate with a certain frequency n.
  • the outer cylinder rotates, so the fast silver atoms will be to the right of the atoms of those that have lower speed, on the inner surface of the outer cylinder, in the direction of rotation clockwise when viewed in the direction of motion of the atoms.
  • a silver layer of variable thickness with a maximum in the middle settles on the inner surface of the outer cylinder.
  • the envelope of the surface of a silver layer lying in a plane perpendicular to the axis of rotation is similar to the Maxwell distribution curve.
  • the average velocity of gas molecules is determined by the formula:
  • L is the blur width of the silver strip.
  • the installation of converting thermal energy into mechanical energy comprises a thermal energy redistribution device 101 (a thermal transformer of a quasi-potential field; hereinafter referred to as a thermal transformer 101), a working agent compression device 102 (hereinafter referred to as a feed hydraulic pump 102), a working agent expansion device 103 (expander, turbine; further - expander 103), an electric generator 104, a heat exchanger 105 for supplying thermal energy to the working agent from an external source, a cold heat exchanger 106 directly of the thermal transformer Ator 101, warm heat exchanger 107 of the heat directly to the transformer 101, additional heat exchanger 108 cold heat transformer circuit 101, additional heat exchanger 109 the warm heat of the transformer circuit 101, hydraulic pump 110 circulating cold heat transformer circuit 101, hydraulic pump 111 circulating warm heat transformer circuit 101.
  • a thermal energy redistribution device 101 a thermal transformer of a quasi-potential field; hereinafter referred to as a thermal transformer 101
  • a working agent compression device 102 hereinafter
  • Thermal transformer 101 is designed to redistribute the thermal energy of the working agent from a low energy level to a higher one (and vice versa).
  • 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 of position 101 corresponds to the symbol of the thermal transformer of the quasipotential field, which refers to the thermal transformer in the gravitational field, indicated by 101 in FIG. 18 and / or a centrifugal type heat transformer, also indicated by 101 in FIG. 19. Since the functional purposes of both of the above types of thermal transformer and their components are the same, the same reference signs are respectively given to both devices and their components.
  • the heat transformer 101 has a cold heat exchanger 106 and a warm heat exchanger 107 (Fig. 18, 19).
  • the inlet 112 of the cold heat exchanger 106 is connected by a pipe 113: to the outlet 114 of the expander 103 in accordance with FIG. 9, 11, 12 or with output 115 the circulating hydraulic pump according to FIG. 10 or with the exit 116 of the first channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 13.
  • the outlet 117 of the cold heat exchanger 106 is connected by conduit 118: to the inlet 119 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 9, 11, 12 or with the input 120 of the first channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 10, 13.
  • the inlet 121 of the warm heat exchanger 107 is connected by conduit 122: to the outlet 123 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 9, 10 or with the output 124 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 11, 12, 13.
  • the outlet 125 of the warm heat exchanger 107 is connected by conduit 126: to the inlet 127 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 9, 10 or with the inlet 128 of the circulation pump 111 in accordance with FIG. 11, 12 or with the input 129 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 13.
  • the process of operation of the thermal transformer 101 shown in FIG. 9, 10, 11, 12, 13, corresponds to section 1-2-3 and section 4-5-6-7 in the T-S diagram of FIG. 20.
  • the inlet 112 of the cold heat exchanger 106 is connected by a pipe 113: to the output 130 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 14, 16, 18 or with the outlet 115 of the software circulation pump in accordance with FIG. 15, 19 or with the exit 116 of the first channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 17.
  • the outlet 117 of the cold heat exchanger 106 is connected by conduit 118: to the inlet 119 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 14, 16, 18 or with the input 120 of the first channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 15, 17, 19.
  • the inlet 121 of the warm heat exchanger 107 is connected by conduit 122: to the outlet 123 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 14, 15, 18 or with the output 124 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 16, 17, 19.
  • the outlet 125 of the warm heat exchanger 107 is connected by conduit 126: to the inlet 131 of the expander 103 in accordance with FIG. 14, 15, 18 or with the inlet 128 of the circulation pump 11 1 in accordance with FIG. 16, 19 or with the input 129 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 17.
  • the feed pump 102 is designed to compress the working agent.
  • the feed pump 102 has an input 119 and an output 123.
  • the input 119 is connected: by a pipe 118 to the output 117 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 9, 11, 12 or pipeline 132 with the output 133 of the second channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with figure 10, 13.
  • the output 123 is connected: by a pipe 122 to the input 121 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIGS. 9, 10 or by a pipe 134 with an input 135 of the second channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIGS. 11, 12, 13.
  • the input 119 is connected: by a pipe 118 to the output 117 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIGS. 14, 16, 18 or by a pipe 132 with the output 133 of the second channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIGS. 15, 17, 19.
  • the output 123 is connected: by a pipe 122 to the input 121 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIGS. 14, 15, 18 or by a pipe 134 with the input 135 of the second channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIGS. 16, 17, 19.
  • the expander 103 is designed to take power from the vaporous working agent stream and convert this thermal power into mechanical shaft rotation power.
  • the expander 103 has an input 131 and an output 114.
  • the input 131 is connected by a pipe 136: with the output 130 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with Fig.9, 10, 11, 13 or with the output 137 of the second channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with Fig.12.
  • the output 114 is connected: by a pipe FROM the input 112 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIGS. 9, 11, 12, or by a pipe 138 with an input 139 of the second channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIGS. 10, 13.
  • the inlet 131 is connected: by a pipe 126 to the output 125 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIGS. 14, 15, 18 or by a pipe 136 with the output 137 of the second channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIGS. 16, 17, 19.
  • the outlet 114 is connected by a pipe 138 to the inlet 127 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19.
  • the operation process of the expander 103 shown in FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19, corresponds to section 8-1 in the T-S diagram of FIG. 21.
  • the generator 104 is designed to convert the mechanical energy of rotation of the shaft of the expander 103 into electrical energy.
  • the generator 104 may be: a direct current generator, a synchronous alternating current generator, an asynchronous alternating current generator, or other similar device and a combination thereof;
  • the heat exchanger 105 is designed to supply thermal energy to the working agent from an external source.
  • the heat exchanger 105 has an input 127 and an output 130 of the first channel, an input 140 and an output 141 of the second channel. Through the first channel passes the flow of the working agent, and through the second channel passes the flow of coolant from an external source. Heat exchanger 105 may be optionally installed in the installation.
  • connection order of the inputs and outputs of the heat exchanger 105 is as follows.
  • the inlet 127 of the first channel is connected: by a pipe 126 to the outlet 125 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 9, 10 or pipe 142 with the exit 137 of the second channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 11, 13 or pipe 142 with the outlet 143 of the circulation pump 111 in accordance with FIG. 12.
  • the output 130 of the first channel is connected: by a pipe 136 to the input 131 of the expander 103 in accordance with FIG. 9, 10, 11, 13 or pipe 144 with an input 129 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 12.
  • the order of connection of the inputs and outputs of the heat exchanger 105 is as follows.
  • the inlet 127 of the first channel is connected by a pipe 138 to the outlet 114 of the expander 103 in accordance with FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19.
  • the output 130 of the first channel is connected: by a pipe 113 to the inlet 112 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 14, 16, 18 or pipe 144 with an inlet 139 of the second channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 15, 17, 19.
  • the process of operation of the heat exchanger 105 shown in FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19, corresponds to section 1-2 in the TS diagram of FIG. 21.
  • the heat exchanger 105 is installed, optionally, in the cold circuit of the heat transformer 101 in the case of the presence of an additional heat exchanger 108, this will also lead to an increase in the temperature range of the operation of the heat transformer 101 with respect to the case when the heat exchanger 105 is installed in front of the expander 103, and it is also not advisable from the standpoint of condensation of the working agent in the additional heat exchanger 108, this option is also not acceptable.
  • the heat exchanger 105 is installed in the warm circuit of the heat transformer 101 on the pipe 122 in the case of the presence of an additional heat exchanger 109, this will lead to a decrease in the heat transfer efficiency in the heat exchanger 107 of the heat transformer 101, this option is also not acceptable.
  • An additional heat exchanger 108 is designed to condense the working agent using heat transformer 101, and the use of which occurs when using a centrifugal type heat transformer, if in the absence of this additional heat exchanger 108 the temperature redistribution efficiency (temperature gradient) is significantly reduced, since the working agent stream is in contact with rotating parts of thermal transformer 101.
  • the additional heat exchanger 108 has an input 120 and an output 116 of the first channel, an input 139 and an output 133 of the second channel.
  • the inlet 120 is connected by conduit 118 to the outlet 117 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 10, 13.
  • the outlet 116 is connected: by a pipeline 145 to the inlet 146 of the software circulation pump in accordance with FIG. 10 or pipe 113 with an inlet 112 of a cold heat exchanger 106 of a heat transformer 101 in accordance with FIG. 13.
  • the inlet 139 is connected by a pipe 138 to the outlet 114 of the expander 103 in accordance with FIG. 10, 13.
  • the outlet 133 is connected by conduit 132 to the inlet 119 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 10, 13.
  • the process of operation of the additional heat exchanger 108 shown in FIG. 10, 13 corresponds to section 1-2-3 in the T-S diagram of FIG. twenty.
  • the inlet 120 is connected by conduit 118 to the outlet 117 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 15, 17, 19.
  • the outlet 116 is connected: by a pipeline 145 to the inlet 146 of the software circulation pump in accordance with FIG. 15, 19 or pipe 113 with the inlet 112 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 17.
  • the inlet 139 is connected by a pipe 144 to the outlet 130 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 15, 17, 19.
  • the outlet 133 is connected by conduit 132 to the inlet 119 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 15, 17, 19.
  • An additional heat exchanger 109 is designed to supply the converted heat energy to the working agent (refrigerant) from the heat transformer 101, and the use of which takes place when using a centrifugal type heat transformer, if in the absence of this additional heat exchanger 109 the temperature redistribution efficiency is significantly reduced (temperature gradient), so how the flow of the working agent is in contact with the rotating parts of the thermal transformer 101, and also, if significant the loss of the working agent through granbuks due to the large pressure difference.
  • the additional heat exchanger 109 has an input 129 and an output 124 of the first channel, an input 135 and an output 137 of the second channel.
  • the inlet 129 is connected: by a pipe 147 to the outlet 143 of the circulation pump 111 in accordance with FIG. 11 or pipe 144 with output 130 heat exchanger 105 in accordance with FIG. 12 or pipe 126 with the outlet 125 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 13.
  • Output 124 is connected by conduit 122 to input 121 of heat exchanger 107 of heat transformer 101 in accordance with FIG. 11, 12, 13.
  • the inlet 135 is connected by a conduit 134 to the outlet 123 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 11, 12, 13.
  • the outlet 137 is connected: by a pipe 142 to the inlet 127 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 11, 13 or pipe 136 with the inlet 131 of the expander 103 in accordance with FIG. 12.
  • the operation process of the additional heat exchanger 109 shown in FIG. 11, 12, 13, corresponds to section 4-5-6-7 in the T-S diagram of FIG. twenty.
  • the inlet 129 is connected: by a pipe 147 to the outlet 143 of the circulation pump 111 in accordance with FIG. 16, 19 or pipe 126 with the outlet 125 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 17.
  • the outlet 124 is connected by a pipe 122 to the inlet 121 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 16, 17, 19.
  • the inlet 135 is connected by conduit 134 to the outlet 123 of the feed pump 102 in accordance with FIG. 16, 17, 19.
  • Output 137 is connected by conduit 136 to inlet 131 of expander 103 in accordance with FIG. 16, 17, 19.
  • the PO circulation pump is designed to circulate the refrigerant in the cold circuit of the heat transformer 101.
  • the expediency of using the PO circulation pump is appropriate only if an additional heat exchanger 108 is available.
  • the PO circulation pump can be installed arbitrarily in the cold circuit of the heat transformer 101.
  • the software circulation pump has an input 146 and an output 115.
  • the inlet 146 is connected by a pipe 145 to the outlet 116 of the first channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 10, 15, 19.
  • the outlet 115 is connected by a pipe 1 13 to the inlet 112 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 10, 15, 19.
  • the additional heat exchanger 108 is used without the PO circulation pump, then in this case the heat exchange between the heat exchanger 106 of the heat transformer 101 and the additional heat exchanger 108 occurs only after due to the thermal conductivity of the refrigerant in the pipelines that connect these heat exchangers.
  • the circulation pump 11 1 is designed to circulate the refrigerant in the warm circuit of the heat transformer 101.
  • the advisability of using a circulation pump 111 is only relevant if there is an additional heat exchanger 109.
  • the circulation pump 111 can be installed arbitrarily in the warm circuit of the thermal transformer 101.
  • the circulation pump 111 has an input 128 and an output 143.
  • the inlet 128 is connected by conduit 126 to the outlet 125 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 11, 12, 16, 19.
  • the outlet 143 is connected: by a pipe 147 to the inlet 129 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 11, 16, 19 or pipe 142 with an inlet 127 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 12.
  • an additional heat exchanger 109 is used without a circulation pump 111, then in this case the heat exchange between the heat exchanger 107 of the heat transformer 101 and the additional heat exchanger 109 occurs only due to the thermal conductivity of the refrigerant in the pipelines that connect these heat exchangers.
  • arrows indicate the directions of movement of the flows of thermal energy, and not the directions of movement of the flows of refrigerant, as in all other cases.
  • the method of converting thermal energy into mechanical energy in accordance with FIG. 20 is as follows.
  • the working agent is in the vapor phase at a low energy level under pressure Pi and at temperature Ti, point 1 in FIG. 20.
  • the thermal energy of the working agent is selected at a constant pressure Pi, for example, using the method of redistribution (transformation) of thermal energy by a quasipotential field until the working agent is completely condensed, while the temperature drops to the value of Tz, section 1-2-3.
  • the converted thermal energy is supplied to the working agent (section 4-5-6-7) using the above-described method of redistribution (transformation) of thermal energy a quasipotential field and the supply of thermal energy from an external source (section 7-8), while the temperature of the working agent rises significantly to Ts, section 4-5-6-7-8.
  • Ts and pressure P the vaporous working agent expands to a pressure P] and the temperature T] corresponding to this pressure with the conversion of the thermal energy of the working agent into mechanical energy and its subsequent conversion, if necessary, into electrical energy using the laws of electrodynamics, section 8-1.
  • the cycle closes.
  • the method is implemented during the operation of the installation.
  • the installation and its variants of converting thermal energy into mechanical energy in accordance with FIG. 9, 10, 11, 12, 13 work in this way.
  • the working agent In the initial state, the working agent is in the vapor phase at a low energy level under pressure P] and at temperature T ;, point 1 in FIG. 20. Next, the thermal energy of the working agent is taken at a constant pressure P] until it is completely condensed in the cold heat exchanger 106, 108 of the heat transformer 101, while the temperature of the working agent will drop to the value Tj, section 1-2-3.
  • Thermal transformer 101 can be made in at least two versions:
  • a heat transformer redistributes the temperature potential of the working substance from a low energy level to a higher (and vice versa) without the expenditure of energy from outside to this redistribution.
  • the device and principles of operation of thermal transformers are described above. In the process of operation of a heat transformer, less dense, warm, formations of its working substance move against the field vector, while more dense, cold, formations move along the field vector.
  • the condensation temperature under pressure P] and the evaporation temperature under pressure P 2 of the operating agent of the recovery (expander, turbine) cycle should be within the temperature gradient obtained from the heat transformer.
  • the vaporous working agent in the expander 103 expands to a pressure Pi and the temperature Ti corresponding to this pressure with the conversion of the thermal energy of the working agent into mechanical energy of rotation of the expander shaft 103 and its subsequent transformation, if necessary, into electrical energy in an electric generator 104, which can be connected to the shaft of the expander 103, section 8-1.
  • the cycle closes.
  • the method of converting thermal energy into mechanical energy in accordance with FIG. 21 is as follows.
  • the working agent is in the vapor phase at a low energy level under pressure Pi and at temperature Ti, point 1 in FIG. 21.
  • thermal energy is supplied to the working agent from an external source, while its temperature will increase to a value of T 2 , section 1-2.
  • the thermal energy of the working agent is sampled at a constant pressure P; for example, using the above-described method of redistributing (transforming) thermal energy with a quasi-potential field until the working agent is completely condensed, while the temperature drops to T 4 , section 2-3-4.
  • the working agent In the initial state, the working agent is in the vapor phase at a low energy level under pressure P / and at temperature Ti, point 1 in FIG. 21.
  • Next is the supply to the working agent of thermal energy from an external source in heat exchanger 105, while the temperature of the working agent rises to a value of T 2 , section 1-2.
  • the thermal energy of the working agent is sampled at a constant pressure Pi until it is completely condensed in the cold heat exchanger 106, 108 of the above-described thermal transformer 101, while the temperature drops to 7V, section 2-3-4.
  • the vaporous working agent in the expander 103 expands to a pressure Pi and the temperature G / corresponding to this pressure, with the conversion of the thermal energy of the working agent into mechanical energy of rotation of the expander shaft 103 and its subsequent transformation, if necessary, into electrical energy in an electric generator 104, which can be connected to the shaft of the expander 103, section 8-1.
  • the cycle closes.
  • U x is the voltage
  • J x is the current in the primary winding of the transformer
  • the first characteristic of a patented device is the transformation coefficient k ⁇ , which is determined by the formula:
  • T x temperature in the first, cold, heat exchanger.
  • T 2 temperature in the second, warm, heat exchanger.
  • the transformation coefficient k t can be determined both during idle operation of the device and under load.
  • the second characteristic (not characteristic of the known thermal energy redistribution devices) of the patented device, both in the gravitational field and in the centrifugal type (after the first and second options) is the intensity of the quasipotential field vector E:
  • F is the force acting on a particle of mass m.
  • the third characteristic of the work is not characteristic of a patentable device in a gravitational field, but typical of a patentable device of a centrifugal type - power conversion coefficient k p , which is determined by the formula:
  • P 1n en - mechanical (electrical) power which is spent on overcoming the friction forces during rotation of the parts of the device.
  • P mech is the maximum mechanical (electrical) power that can be obtained from the use of the temperature difference from the heat transformer
  • the temperature range which depends on the working agent used. In the case when the working agent is air, the temperature range is from -5O 0 C to + 5O 0 C, which covers almost any point on the globe.
  • the transformation coefficient k ⁇ is maximum during idle operation of the device and decreases under load, depends on the working agent used and on the intensity of the quasipotential field.
  • the power conversion coefficient k p can reach 100 units, and the loss coefficient of mechanical (electrical) power k L can be either positive or negative, and the modulus can be more than one.
  • the device is in the heat pump operation mode. If k L ⁇ 0, then gain in mechanical power is possible.
  • the presence of a temperature gradient in atmospheric air in a gravitational field was verified experimentally: when the height changed by 4 meters, the temperature changed from 20 ° C to 21 ° C.
  • the presence of a temperature gradient in atmospheric air in the field of centrifugal forces was also experimentally verified: the diameter of the centrifuge was 250 mm, the rotation frequency was about 3000 rpm. / min the temperature was varied from 18 ° C to 25 ° C along the radius at a distance of 90 mm from the periphery.
  • Patented devices for redistributing heat energy to a high and low energy level, heat transformers, can be used as stand-alone devices, both for domestic and industrial purposes, to produce heat and cold. 5
  • the installation and its variants according to the type of utilization thermodynamic cycle can be classified into 2 types: 10 1). Closed loop installation.
  • Pum - the power that is spent on powering the installation components: a heat transformer, hydraulic pumps and electronic components of control systems.
  • ⁇ losses - total loss power thermal losses of thermal insulation of pipelines and installation components and losses of the working agent in the movable 20 components of the installation.
  • the first main characteristic of the installation and its variants is the specific energy consumption, which is measured in kW / (kg / m 3 ).
  • 25 P is the maximum net power that can be obtained from the installation.
  • t is the mass of the installation.
  • V is the installation volume.
  • the second main characteristic of the installation and its variants is the power conversion efficiency, which is determined by the formula: p
  • P omob is the power taken by the installation from the energy flow that passed through the installation.
  • ⁇ mts is the maximum power that can be obtained from the energy carrier flow that passed through the installation.
  • P mp is the power obtained due to the specific heat of the steam when its temperature changes from the initial value to the temperature at which condensation begins.
  • the temperature range of operation which depends on the working agent used. In the case when the working agent is air, the temperature range is from -5O 0 C to + 5O 0 C, which covers almost any place on the globe.
  • a distinctive feature of the installation and its variants from existing prototypes is the use of the principle of operation of a thermal transformer of a quasipotential field.

Abstract

The inventions relate to mechanical engineering and can be used for energetics, transport, aviation and space exploration. The inventive method and device make it possible to redistribute heat energy into high and low energy levels via a working agent arranged in a closed volume which is in a gravitational field or for which an artificial quasi-potential field is formed by rotating said volume about an axis. A plant for converting heat energy into mechanical energy by using the device for redistributing heat energy into high and low energy levels, operating on ecologically clean substances and without burning a hydrocarbon fuel, is also disclosed.

Description

Способ и устройства перераспределения и низкий преобразования тепловой энергии Method and device redistribution and low conversion of thermal energy
Изобретения относятся к области машиностроения и могут использоваться в энергетике, транспорте, авиации и космонавтике.The invention relates to the field of engineering and can be used in energy, transport, aviation and astronautics.
В связи с ростом стоимости топлива и его дефицитом происходит поиск альтернативных источников энергии, в частности, способы и устройства перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, а также установки преобразования тепловой энергии в механическую энергию.In connection with the increase in the cost of fuel and its deficit, a search for alternative energy sources is taking place, in particular, methods and devices for redistributing heat energy to a high and low energy level, as well as installations for converting heat energy into mechanical energy.
Поэтому замысел автора данной группы изобретений состоял в создании принципиально новых способов и устройств перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, и создании на основе этих новых способов и устройств принципиально новой установки преобразования тепловой энергии в механическую.Therefore, the intention of the author of this group of inventions was to create a fundamentally new methods and devices for redistributing thermal energy to a high and low energy level, and to create, on the basis of these new methods and devices, a fundamentally new installation for converting thermal energy into mechanical energy.
Известны способ и устройство перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень с использованием термодинамических циклов, в соответствии с которыми осуществляют передачу тепловой энергии от внешней среды расположенному в замкнутом объеме рабочему агенту и последующую передачу преобразованной тепловой энергии от рабочего агента во внешнюю среду. Известные устройства содержат: компрессор, первый теплообменник, дроссель и второй теплообменник, соединенные трубопроводами и заполненные рабочим агентом, систему подвода и отвода тепловой энергии рабочего агента, которая включает первый теплообменник для отвода тепловой энергии от рабочего агента во внешнюю среду и второй теплообменник для подвода тепловой энергии от внешней среды рабочему агенту (В.А. Маляренко, Л.В. Лисак: "Энергетика, окружающая среда, энергосбережение", г. Харьков, "Рубикон", 2004 г., стр. 222-233 — прототип). В приведенной публикации это устройство называется тепловой насос или термотрансформатор.A known method and device for the redistribution of thermal energy to a high and low energy level using thermodynamic cycles, in accordance with which the transfer of thermal energy from the external environment located in a closed volume of the working agent and the subsequent transfer of the converted thermal energy from the working agent to the external environment. Known devices include: a compressor, a first heat exchanger, a throttle and a second heat exchanger connected by pipelines and filled with a working agent, a system for supplying and removing thermal energy of a working agent, which includes a first heat exchanger for removing heat energy from the working agent into the external environment and a second heat exchanger for supplying heat energy from the external environment to the working agent (V. A. Malyarenko, L. V. Lisak: "Energy, environment, energy conservation", Kharkov, Rubicon, 2004, pp. 222-233 - prototype). In the above publication, this device is called a heat pump or thermal transformer.
Первая характеристика работы теплового насоса — коэффициент трансформации kт , который определяется по формуле:The first characteristic of the heat pump is the transformation coefficient k t , which is determined by the formula:
T kт = ~> F1 > F2 , где Tx — температура в первом, теплом, теплообменнике.T k t = ~ > F 1 > F 2 , where T x - temperature in the first, warm, heat exchanger.
T2 — температура во втором, холодном, теплообменнике.T 2 - temperature in the second, cold, heat exchanger.
Коэффициент трансформации kт может быть определен как при холостой работе устройства, так и под нагрузкой. Вторая характеристика работы теплового насоса — коэффициент преобразованиямощности кp , который определяется по формуле:The transformation coefficient k t can be determined both during idle operation of the device and under load. The second characteristic of the heat pump operation is the power conversion coefficient p , which is determined by the formula:
kp = — — -, гдe "Кk p = - - -, where "K
Pтo — тепловая мощность, переданная первым теплообменником во внешнюю среду или тепловая мощность передана внешней средой второму теплообменнику; Pκ — механическая (электрическая) мощность, подведенная к компрессору.P to - heat power transferred by the first heat exchanger to the external environment or heat power transferred by the external environment to the second heat exchanger; P κ is the mechanical (electrical) power supplied to the compressor.
Третья характеристика работы теплового насоса — коэффициент потерь механической (электрической) мощности kL , который определяется по формуле:
Figure imgf000004_0001
The third characteristic of the heat pump operation is the loss coefficient of mechanical (electrical) power k L , which is determined by the formula:
Figure imgf000004_0001
P мех — максимальная механическая (электрическая) мощность, которая может быть получена от использования разницы температур от теплового насоса;P mech is the maximum mechanical (electrical) power that can be obtained from using the temperature difference from the heat pump;
Pк — механическая (электрическая) мощность, подведенная к компрессору.P to - mechanical (electrical) power, supplied to the compressor.
Еще одна характеристика работы теплового насоса — температурный диапазон, который зависит от используемого рабочего агента. В случае, когда рабочим агентом является воздух, температурный диапазон составляет от -5O0C до +5O0C, который перекрывает почти любую точку Земного шара.Another characteristic of the operation of a heat pump is the temperature range, which depends on the working agent used. In the case when the working agent is air, the temperature range is from -5O 0 C to + 5O 0 C, which covers almost any point on the globe.
Коэффициент трансформации kг максимальный при холостой работе устройства и уменьшается под нагрузкой, зависит от используемого рабочего агента и от разницы давлений перед и после компрессора.The transformation coefficient k g is maximum during idle operation of the device and decreases under load, depends on the working agent used and on the pressure difference before and after the compressor.
Коэффициент преобразования мощности kp максимальный только в том случае, при прочих фиксированных параметрах, если происходит преобразование фаз (пар-жидкость) рабочего агента в первом и во втором теплообменнике теплового насоса.The power conversion coefficient k p is maximum only if, with other fixed parameters, if the phases (vapor-liquid) of the working agent are converted in the first and second heat pump heat exchanger.
В реальных конструкциях современных тепловых насосов коэффициент преобразования мощности kp составляет не более 10 единиц, который к тому же зависит от разницы температур среды, которая нагревается и охлаждается, а kL всегда положительный и меньше единицы.In real designs of modern heat pumps, the power conversion coefficient k p is not more than 10 units, which also depends on temperature differences of the medium, which is heated and cooled, and k L is always positive and less than unity.
Недостатками известного способа перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень является то, что работа, затраченная на перераспределение тепловой энергии, всегда больше работы, которую можно получить от использования разницы температур этого перераспределения.The disadvantages of the known method of redistributing thermal energy to a high and low energy level is that the work spent on the redistribution of thermal energy is always more than the work that can be obtained from using the temperature difference of this redistribution.
Недостатками известного устройства перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень является обязательное наличие компрессора с приводом вращения, выполняющего функцию сжатия — перевода на высокий энергетический уровень и продвижения рабочего агента по трубопроводу, а работа, подведенная к компрессору, всегда больше работы, полученной от использования разницы температур этого перераспределения.The disadvantages of the known device for redistributing heat energy to a high and low energy level is the mandatory presence of a compressor with a rotary drive that performs the function of compression — transferring to a high energy level and moving the working agent through the pipeline, and the work brought to the compressor is always more than the work received from using temperature differences of this redistribution.
Известен способ преобразования тепловой энергии в механическую энергию, в соответствии с которым осуществляют сжатие хладагента (в дальнейшем - рабочего агента), передачу тепловой энергии от внешнего источника рабочему агенту, ее преобразование в механическую энергию путем применения термодинамического цикла и последующее преобразование механической энергии, если это необходимо, в электрическую энергию с применением законов электродинамики (патент РФ 2162161 C2 F 03 G 7/06, F 01 К 27/00 от 20.04.1998 — прототип). Известна установка преобразования тепловой энергии в механическую энергию, которая содержит устройство сжатия рабочего агента, теплообменник для подвода тепловой энергии от внешнего источника рабочему агенту, устройство расширения рабочего агента (детандер, турбина) и электрогенератор, который может быть соединен с валом устройства расширения рабочего агента (патент РФ 2162161 C2 F 03 G 7/06, F 01 К 27/00 от 20.04.1998 — прототип).A known method of converting thermal energy into mechanical energy, in accordance with which the refrigerant is compressed (hereinafter referred to as the working agent), the thermal energy is transferred from an external source to the working agent, it is converted into mechanical energy by applying a thermodynamic cycle and the subsequent conversion of mechanical energy, if necessary, into electrical energy using the laws of electrodynamics (RF patent 2162161 C2 F 03 G 7/06, F 01 K 27/00 from 04/20/1998 - prototype). A known installation is the conversion of thermal energy into mechanical energy, which contains a compression device for the working agent, a heat exchanger for supplying thermal energy from an external source to the working agent, an expansion device for the working agent (expander, turbine) and an electric generator that can be connected to the shaft of the working agent expansion device ( RF patent 2162161 C2 F 03 G 7/06, F 01 K 27/00 dated 04/20/1998 - prototype).
Вышеприведенные способ и установка получения механической энергии из тепловой энергии состоят из двух циклов:The above method and installation for producing mechanical energy from thermal energy consists of two cycles:
1). Теплонасосного (компрессорного).one). Heat pump (compressor).
2). Утилизационного (детандерного, турбинного). Недостатками известных способа и установки, есть то, что мощность, полученная от утилизационного цикла (от детандера, турбины), не может быть больше, а в реальных условиях всегда меньше, мощности, подведенной в теплонасосном цикле (к устройству сжатия рабочего агента), что и не позволяет получить выигрыш в механической мощности и как следствие — необходимость наличия температурного потенциала на двух различных энергетических уровнях для работы установки. В основу изобретения поставлена задача: за счет использования квазипотенциального поля — гравитационного поля и/или поля центробежных сил с учетом закона Архимеда про условие плавания тел, закона Максвелла о распределении молекул по скоростям и закона зависимости плотности вещества от его температуры, которые и позволяют распределить одну часть макроскопически энергетически однородного состояния вещества (газ, жидкость, паро-жидкостная смесь) на высший энергетический уровень за счет другой части этого вещества, которая перейдет на низший энергетический уровень с минимальной затратой энергии поля на это перераспределение, создать способ и устройство перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень без использования процессов сжатия и разрежения газа с минимальным использованием внешней работы и с созданием более простых устройств.2). Recycling (expander, turbine). The disadvantages of the known method and installation, is that the power received from the utilization cycle (from the expander, turbine) cannot be greater, but in real conditions it is always less than the power supplied in the heat pump cycle (to the compression device of the working agent), which and does not allow gaining a gain in mechanical power and, as a consequence, the need for a temperature potential at two different energy levels for the operation of the installation. The basis of the invention is the task: by using a quasipotential field - a gravitational field and / or a field of centrifugal forces, taking into account the Archimedes law on the condition for the floating of bodies, Maxwell's law on the distribution of molecules over velocities and the law of dependence of the density of a substance on its temperature, which allow one part of the macroscopically energetically homogeneous state of a substance (gas, liquid, vapor-liquid mixture) to a higher energy level due to another part of this substance, which will switch to n zshy energy level with a minimum expenditure of energy fields at this redistribution, a method and heat redistribution device to a high and a low energy level without the use of compression and rarefaction process gas with minimal use of external work and to create a more simple devices.
В основу изобретения также поставлена задача: за счет тепловой энергии (например тепловой энергии окружающей среды: воздух, вода, грунт) с использованием термодинамических циклов и принципа перераспределения (трансформации) тепловой энергии квазипотенциальным полем получать механическую энергию, применяя при этом в качестве рабочего агента экологически чистые вещества (хладагенты) и не сжигая углеводородного топлива; создать способ и установку преобразования трансформированной тепловой энергии в механическую энергию.The basis of the invention is also the task: due to thermal energy (for example, thermal energy of the environment: air, water, soil) using thermodynamic cycles and the principle of redistribution (transformation) of thermal energy by a quasipotential field to obtain mechanical energy, while using environmentally friendly working agent pure substances (refrigerants) and without burning hydrocarbon fuels; to create a method and installation for converting transformed thermal energy into mechanical energy.
Поставленная задача решается тем, что в способе перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, в соответствии с которым осуществляют передачу тепловой энергии от внешней среды расположенному в замкнутом объеме рабочему агенту и последующую передачу преобразованной тепловой энергии от рабочего агента во внешнюю среду. В соответствии с изобретением рабочий агент, который заключен в замкнутый объем, находится в гравитационном поле и перераспределяет тепловую энергию с уровня на уровень: к нижней, холодной, части рабочего агента тепловую энергию подводят, а от верхней, теплой, части рабочего агента тепловую энергию отводят.The problem is solved in that in the method of redistributing thermal energy to a high and low energy level, in accordance with which the transfer of thermal energy from the external environment to a working agent located in a closed volume and the subsequent transfer of converted thermal energy from the working agent to the external environment. In accordance with the invention, the working agent, which is enclosed in a confined space, is in a gravitational field and redistributes thermal energy from level to level: heat is supplied to the lower, cold part of the working agent, and heat is removed from the upper, warm part of the working agent .
Внешняя поверхность объема с рабочим агентом, кроме поверхностей теплообмена, может быть теплоизолирована для сохранения градиента температур. Допускаются различные способы подвода и отвода тепловой энергии рабочего агента, например:The external surface of the volume with the working agent, in addition to heat exchange surfaces, can be insulated to maintain a temperature gradient. Various methods of supply and removal of thermal energy of the working agent are allowed, for example:
— подвод тепловой энергии можно осуществить путем пропускания потока теплоносителя через нижнюю, холодную, часть рабочего агента, а отвод тепловой энергии можно осуществить путем пропускания потока теплоносителя через верхнюю, теплую, часть рабочего агента; — подвод тепловой энергии можно также осуществить путем облучения нижней, холодной, части рабочего агента, а отвод тепловой энергии можно также осуществить путем поглощения излучения верхней, теплой, части рабочего агента;- heat energy can be supplied by passing the coolant flow through the lower, cold part of the working agent, and heat energy can be removed by passing the coolant flow through the upper, warm, part of the working agent; - heat energy can also be supplied by irradiating the lower, cold part of the working agent, and heat can also be removed by absorbing the radiation of the upper, warm part of the working agent;
— и другие. Поставленная задача решается также тем, что в устройстве перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, которое содержит один или несколько резервуаров, заполненных рабочим агентом, систему подвода и отвода тепловой энергии рабочего агента, которая, включает первый теплообменник для подвода тепловой энергии от внешней среды рабочему агенту и второй теплообменник для отвода тепловой энергии от рабочего агента во внешнюю среду в соответствии с изобретением теплообменники контактируют с рабочим агентом, которым заполнен резервуар, причем первый теплообменник контактирует с более плотными, холодными, формированиями рабочего агента, а второй теплообменник контактирует с менее плотными, теплыми, формированиями рабочего агента. Резервуар с рабочим агентом находится в гравитационном поле и может быть теплоизолирован от внешней среды для сохранения градиента температур.- and others. The problem is also solved by the fact that in the device for redistributing heat energy to a high and low energy level, which contains one or more tanks filled with a working agent, a system for supplying and removing heat energy from a working agent, which includes a first heat exchanger for supplying heat energy from an external medium to the working agent and a second heat exchanger for removing heat energy from the working agent to the external environment in accordance with the invention, the heat exchangers are in contact with the working agent, with which the reservoir is filled, the first heat exchanger in contact with the denser, colder formations of the working agent, and the second heat exchanger in contact with the less dense, warm, formations of the working agent. The reservoir with the working agent is located in a gravitational field and can be insulated from the external environment to maintain the temperature gradient.
Устройство может быть выполнено в виде системы соединенных резервуаров. Допускаются различные варианты соединения устройств в каскады.The device can be made in the form of a system of connected reservoirs. Various options for connecting devices to cascades are allowed.
Поставленная задача решается также тем, что в способе перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, в соответствии с которым осуществляют передачу тепловой энергии от внешней среды рабочему агенту и последующую передачу преобразованной тепловой энергии от рабочего агента во внешнюю среду в соответствии с изобретением перераспределение тепловой энергии осуществляют через рабочий агент, который заключен в замкнутый объем и для которого создают искусственное квазипотенциальное поле, путем вращения указанного объема вокруг оси и перераспределяют тепловую энергию с уровня на уровень: к периферийной, холодной части рабочего агента тепловую энергию подводят, а от осевой, теплой части рабочего агента тепловую энергию отводят.The problem is also solved by the fact that in the method of redistributing thermal energy to a high and low energy level, in accordance with which the transfer of thermal energy from the external environment to the working agent and the subsequent transfer of converted thermal energy from the working agent to the external environment in accordance with the invention redistribution of thermal energies are carried out through a working agent, which is enclosed in a closed volume and for which an artificial quasipotential field is created by rotating bound volume around the axis and redistribute heat from level to level: the peripheral, the cold part of thermal energy of working fluid is fed, and from the centerline, the warm part of the heat energy of the working agent is removed.
Внешняя поверхность объема с рабочим агентом, кроме поверхностей теплообмена, может быть теплоизолирована для сохранения градиента температур.The external surface of the volume with the working agent, in addition to heat exchange surfaces, can be insulated to maintain a temperature gradient.
Допускаются различные способы подвода и отвода тепловой энергии рабочего агента, например:Various methods of supply and removal of thermal energy of the working agent are allowed, for example:
— подвод тепловой энергии можно осуществить путем пропускания потока теплоносителя через периферийную, холодную часть рабочего агента, а отвод тепловой энергии можно осуществить путем пропускания потока теплоносителя через осевую, теплую часть рабочего агента;- the supply of thermal energy can be achieved by passing the flow of coolant through the peripheral, cold part of the working agent, and the removal of heat energy can be achieved by passing a coolant flow through the axial, warm part of the working agent;
— подвод тепловой энергии можно также осуществить путем облучения периферийной, холодной части рабочего агента, а отвод тепловой энергии можно также осуществить путем поглощения излучения осевой, теплой части рабочего агента;- heat energy can also be supplied by irradiating the peripheral, cold part of the working agent, and heat energy can also be removed by absorbing radiation from the axial, warm part of the working agent;
— и другие.- and others.
Поставленная задача решается также тем, что в устройстве перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, которое содержит корпус, в котором установлен резервуар, заполненный рабочим агентом, систему подвода и отвода тепловой энергии рабочего агента, которая, например, включает первый теплообменник для подвода тепловой энергии от внешней среды рабочему агенту и второй теплообменник для отвода тепловой энергии от рабочего агента во внешнюю среду, в соответствии с изобретением указанный резервуар выполнен в виде тела вращения с полой осью, которая установлена на подшипниках в корпусе, заполненном хладагентом, причем полость корпуса соединена с первым теплообменником, а внутренняя полость полой оси соединена со вторым теплообменником и также заполнена хладагентом, а ось с резервуаром соединена с приводом вращения.The problem is also solved by the fact that in the device for redistributing heat energy to a high and low energy level, which contains a housing in which a tank is installed filled with a working agent, a system for supplying and removing thermal energy of the working agent, which, for example, includes a first heat exchanger for supplying thermal energy from the external environment to the working agent and a second heat exchanger for removing heat from the working agent into the external environment, in accordance with the invention, the specified tank in the form of a body of revolution with a hollow axis, which is mounted on bearings in a housing filled with refrigerant, the cavity of the housing is connected to the first heat exchanger, and the internal cavity of the hollow axis is connected to the second heat exchanger and also filled with refrigerant, and the axis with the reservoir is connected to the rotation drive.
Как внешняя поверхность корпуса так и внешняя поверхность резервуара, кроме поверхностей теплообмена, может быть теплоизолирована для сохранения градиента температур.Both the external surface of the housing and the external surface of the tank, in addition to heat exchange surfaces, can be insulated to maintain a temperature gradient.
Устройство может быть выполнено в виде системы соединенных устройств, каждое из которых соединено с приводом вращения. Допускаются различные варианты соединения устройств в каскады.The device can be made in the form of a system of connected devices, each of which is connected to a rotation drive. Various options for connecting devices to cascades are allowed.
Предложенные устройства перераспределяют тепловую энергию (например, тепловую энергию окружающей среды: воздух, вода, грунт) на высокий и низкий энергетический уровень. Принцип работы устройств аналогичен принципу работы электрического трансформатора переменного тока. Поэтому, созданное автором устройство можно назвать тепловым трансформатором. Как рабочий агент устройств применяются экологически чистые вещества (хладагенты). Известны устройства, экспериментально подтверждающие основную идею: гидротаран, электрический трансформатор переменного тока, пролетный многорезонаторный клистрон.The proposed devices redistribute thermal energy (for example, thermal energy of the environment: air, water, soil) to a high and low energy level. The principle of operation of the devices is similar to the principle of operation of an electric AC transformer. Therefore, the device created by the author can be called a thermal transformer. As a working agent of devices, environmentally friendly substances (refrigerants) are used. Known devices that experimentally confirm the main idea: a hydraulic ram, an electric AC transformer, a span multi-cavity klystron.
Следующая поставленная задача решается тем, что в способе преобразования тепловой энергии в механическую энергию в соответствии с которым в установке преобразования тепловой энергии в механическую энергию ocyщecтвj[яют сжатие рабочего агента, передачу тепловой энергии от внешнего источника рабочему агенту и ее преобразование в механическую энергию путем применения термодинамического цикла, в соответствии с изобретением внутри установки осуществляю! перераспределение (трансформацию) тепловой энергии квазипотенциальным полем. Допускаются различные способы подвода тепловой энергии к рабочему агенту, например:The next task is solved by the fact that in the method of converting thermal energy into mechanical energy, according to which the installation of converting thermal energy into mechanical energy takes place [compression of the worker agent, the transfer of thermal energy from an external source to a working agent and its conversion into mechanical energy by applying a thermodynamic cycle, in accordance with the invention, I carry out inside the installation! redistribution (transformation) of thermal energy by a quasipotential field. Various methods of supplying thermal energy to the working agent are allowed, for example:
— путем подогрева рабочего агента с помощью потока теплоносителя от внешнего источника;- by heating the working agent using a coolant stream from an external source;
— путем облучения рабочего агента; — и другие.- by irradiation of the working agent; - and others.
Поставленная задача решается также тем, что в установке преобразования тепловой энергии в механическую энергию, которая содержит устройство сжатия рабочего агента, например гидронасос, теплообменник для подвода тепловой энергии от внешнего источника рабочему агенту и устройство расширения рабочего агента (детандер, турбина; далее — детандер), в соответствии с изобретением установка содержит устройство перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень (тепловой трансформатор квазипотенциального поля), которое имеет два теплообменника, холодный и теплый, вход холодного теплообменника соединен с выходом детандера, выход холодного теплообменника соединен со входом устройства сжатия рабочего агента, вход теплого теплообменника соединен с выходом устройства сжатия рабочего агента, выход теплого теплообменника соединен со входом первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника, а выход первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника соединен с входом детандера. В соответствии с изобретением все компоненты установки соединены трубопроводами с рабочим агентом и могут быть теплоизолированы, кроме теплообменника предназначенного для подвода тепловой энергии от внешнего источника, во избежание потерь тепловой энергии из установки.The problem is also solved by the fact that in the installation of converting thermal energy into mechanical energy, which contains a compression device for the working agent, for example a hydraulic pump, a heat exchanger for supplying thermal energy from an external source to the working agent and an expansion device for the working agent (expander, turbine; hereinafter, the expander) , in accordance with the invention, the installation comprises a device for redistributing thermal energy to a high and low energy level (thermal transformer of a quasipotential field), Each one has two heat exchangers, one cold and one warm, the cold heat exchanger inlet connected to the expander outlet, the cold heat exchanger outlet connected to the input of the working agent compression device, the warm heat exchanger input connected to the output of the working agent compression device, the output of the warm heat exchanger connected to the input of the first heat exchanger channel for supply thermal energy from an external source, and the output of the first channel of the heat exchanger for supplying thermal energy from an external source is connected to the input of the expander. In accordance with the invention, all components of the installation are connected by pipelines to a working agent and can be insulated, except for a heat exchanger designed to supply thermal energy from an external source, in order to avoid loss of thermal energy from the installation.
Поставленная задача решается также тем, что в установке преобразования тепловой энергии в механическую энергию, которая содержит устройство сжатия рабочего агента, например гидронасос, теплообменник для подвода тепловой энергии от внешнего источника рабочему агенту и устройство расширения рабочего агента (детандер, турбина; далее — детандер), в соответствии с изобретением установка содержит устройство перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень (тепловой трансформатор квазипотенциального поля), которое имеет два теплообменника, холодный и теплый, вход холодного теплообменника соединен с выходом первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника, выход холодного теплообменника соединен с входом устройства сжатия рабочего агента, вход теплого теплообменника соединен с выходом устройства сжатия рабочего агента, выход теплого теплообменника соединен со входом детандера, а выход детандера соединен с входом первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника.The problem is also solved by the fact that in the installation of converting thermal energy into mechanical energy, which contains a compression device for the working agent, for example a hydraulic pump, a heat exchanger for supplying thermal energy from an external source to the working agent and an expansion device for the working agent (expander, turbine; hereinafter, the expander) , in accordance with the invention, the installation comprises a device for redistributing thermal energy to a high and low energy level (thermal transformer of a quasipotential field), ond has two heat exchangers, cold and warm, cold heat exchanger input connected to the output of the first channel a heat exchanger for supplying heat energy from an external source, the output of the cold heat exchanger is connected to the input of the working agent compression device, the input of the warm heat exchanger is connected to the output of the working agent compression device, the output of the warm heat exchanger is connected to the input of the expander, and the output of the expander is connected to the input of the first channel of the heat exchanger for supply thermal energy from an external source.
В соответствии с изобретением все компоненты установки соединены трубопроводами с рабочим агентом и могут быть теплоизолированы, кроме теплообменника предназначенного для подвода тепловой энергии от внешнего источника, во избежание потерь тепловой энергии из установки. Главное отличие предлагаемых способа и установки от известных способов и установок преобразования тепловой энергии в механическую энергию заключается в применении принципа перераспределения (трансформации) тепловой энергии квазипотенциальным полем, что и позволяет получить выигрыш в механической мощности, поскольку коэффициент потерь мощности кι устройства перераспределения тепловой энергии (теплового трансформатора квазипотенциального поля) может быть отрицательным и как следствие — отсутствие необходимости наличия температурного потенциала на двух различных энергетических уровнях, а достаточно лишь на одном энергетическом уровне для работы установки.In accordance with the invention, all components of the installation are connected by pipelines to a working agent and can be insulated, except for a heat exchanger designed to supply thermal energy from an external source, in order to avoid loss of thermal energy from the installation. The main difference between the proposed method and installation from the known methods and installations of converting thermal energy into mechanical energy is the application of the principle of redistribution (transformation) of thermal energy by a quasipotential field, which makes it possible to obtain a gain in mechanical power, since the coefficient of power loss to the device of redistribution of thermal energy (thermal transformer of a quasipotential field) can be negative and, as a result, there is no need for the presence of temperature Nogo capacity at two different energy levels, but rather on only one power level for the installation.
Известны устройства, экспериментально подтверждающие основную идею: 1). Тепловой трансформатор квазипотенциального поля (тепловой трансформатор в гравитационном поле и тепловой трансформатор центробежного типа) по патенту Украины N° 36191 от 10.10.2008 г., проверенный экспериментально.Known devices that experimentally confirm the main idea: 1). Thermal transformer of a quasipotential field (a thermal transformer in a gravitational field and a centrifugal type thermal transformer) according to the patent of Ukraine N ° 36191 dated 10.10.2008, verified experimentally.
2). Устройства расширения рабочего агента (детандеры, турбины) в составе воздухоразделительных установок, тепловых и атомных электростанций.2). Expansion devices for the working agent (expanders, turbines) as part of air separation plants, thermal and nuclear power plants.
Изобретение поясняется чертежами, на которых на: фиг. 1 изображены схема устройства и каскад устройств перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень в соответствии с первым вариантом исполнения (тепловой трансформатор в гравитационном поле); фиг. 2 изображена схема устройства перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень в соответствии со вторым вариантом исполнения (тепловой трансформатор центробежного типа); фиг. 3 — вид по оси фиг. 2, вид сверху; фиг. 4 — вид по оси фиг. 2, вид в сечении; фиг. 5 изображена перегородка ротора устройства центробежного типа; фиг. 6 изображен каскад устройств центробежного типа; фиг. 7 изображен график, поясняющий закон Максвелла о распределении молекул по скоростям (1859 г.) для произвольного вещества; фиг. 8 изображен график, поясняющий зависимость плотности вещества р от его температуры t при различных давлениях на примере атмосферного воздуха; фиг. 9 изображена обобщенная структурная схема установки преобразования тепловой энергии в механическую энергию, в соответствии с первым вариантом исполнения, с теплообменником, предназначенным для подвода тепловой энергии от внешнего источника, который установлен перед устройством расширения рабочего агента (перед детандером, турбиной); фиг. 10, фиг. 11, фиг. 12 и фиг. 13 изображены варианты фиг. 9; фиг. 14 изображена обобщенная структурная схема установки преобразования тепловой энергии в механическую энергию, в соответствии со вторым вариантом исполнения, с теплообменником, предназначенным для подвода тепловой энергии от внешнего источника, который установлен после устройства расширения рабочего агентаThe invention is illustrated by drawings, in which: FIG. 1 shows a diagram of a device and a cascade of devices for redistributing thermal energy to a high and low energy level in accordance with the first embodiment (thermal transformer in a gravitational field); FIG. 2 shows a diagram of a device for redistributing thermal energy to a high and low energy level in accordance with a second embodiment (centrifugal type thermal transformer); FIG. 3 is an axial view of FIG. 2, top view; FIG. 4 is a view along the axis of FIG. 2 is a sectional view; FIG. 5 shows a rotor baffle of a centrifugal type device; FIG. 6 shows a cascade of centrifugal type devices; FIG. 7 is a graph explaining Maxwell's law on the distribution of molecules by velocity (1859) for an arbitrary substance; FIG. 8 is a graph illustrating the dependence of the density of a substance p on its temperature t at various pressures using atmospheric air as an example; FIG. 9 shows a generalized block diagram of a plant for converting thermal energy into mechanical energy, in accordance with the first embodiment, with a heat exchanger for supplying thermal energy from an external source that is installed in front of the expansion device of the working agent (in front of the expander, turbine); FIG. 10, FIG. 11, FIG. 12 and FIG. 13 shows the variations of FIG. 9; FIG. 14 shows a generalized block diagram of a plant for converting thermal energy into mechanical energy, in accordance with a second embodiment, with a heat exchanger for supplying thermal energy from an external source, which is installed after the expansion device of the working agent
(после детандера, турбины); фиг. 15, фиг. 16 и фиг. 17 изображены варианты фиг. 14; фиг. 18 изображен вариант фиг. 14 с развернутой схемой устройства перераспределения тепловой энергии, с тепловым трансформатором в гравитационном поле; фиг. 19 изображен вариант фиг. 14 с развернутой схемой устройства перераспределения тепловой энергии, с тепловым трансформатором центробежного типа; фиг. 20 изображена обобщенная T-S диаграмма для произвольного рабочего агента, которая поясняет работу установки преобразования тепловой энергии в механическую энергию в соответствии с фиг. 9, 10, 11, 12, 13; фиг. 21 изображена обобщенная T-S диаграмма для произвольного рабочего агента, которая поясняет работу установки преобразования тепловой энергии в механическую энергию в соответствии с фиг. 14, 15, 16, 17, 18, 19.(after expander, turbine); FIG. 15, FIG. 16 and FIG. 17 shows variants of FIG. fourteen; FIG. 18 shows a variant of FIG. 14 with a detailed diagram of a device for redistributing thermal energy, with a heat transformer in a gravitational field; FIG. 19 shows a variant of FIG. 14 with a detailed diagram of a device for redistributing thermal energy, with a centrifugal type thermal transformer; FIG. 20 is a generalized T-S diagram for an arbitrary working agent, which illustrates the operation of the installation of converting thermal energy into mechanical energy in accordance with FIG. 9, 10, 11, 12, 13; FIG. 21 is a generalized T-S diagram for an arbitrary working agent, which illustrates the operation of the installation of converting thermal energy into mechanical energy in accordance with FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19.
Первый вариант способа и устройства перераспределения тепловой энергии. Способ перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень в гравитационном поле с минимальной затратой энергии поля на это перераспределение может реализоваться в устройстве, показанном фиг. 1.The first version of the method and device for the redistribution of thermal energy. A method of redistributing thermal energy to a high and low energy level in a gravitational field with a minimum expenditure of field energy for this redistribution can be implemented in the device shown in FIG. one.
Патентуемое устройство перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень в соответствии с первым вариантом исполнения содержит, по крайней мере, один резервуар 1, заполненный рабочим агентом 4 (газ, жидкость, паро-жидкостная смесь). В нижней, холодной, части рабочего агента 4 в резервуаре 1 установлен первый теплообменник 6, а в верхней, теплой, части рабочего агента 4 в резервуаре 1 установлен второй теплообменник 7. Резервуар 1 с рабочим агентом 4 находится в гравитационном поле 5. В рабочем агенте 4 за счет разницы плотности теплых и холодных формирований (наличие этих формирований обусловлено законом Максвелла о распределении молекул по скоростям) и с учетом закона Архимеда про условие плавания тел происходит энергетическое разделение: в процессе работы устройства менее плотные, теплые, формирования двигаются против вектора поля — поднимаются вверх, в то время как более плотные, холодные, формирования двигаются по вектору поля — опускаются вниз. Целесообразно использование каскада однотипных устройств (фиг. 1). Допускаются различные варианты соединения устройств в каскады.The patented device for redistributing thermal energy to a high and low energy level in accordance with the first embodiment contains at least one reservoir 1 filled with a working agent 4 (gas, liquid, vapor-liquid mixture). The first heat exchanger 6 is installed in the lower, cold part of the working agent 4 in the tank 1, and the second heat exchanger 7 is installed in the upper, warm, part of the working agent 4 in the tank 7. The tank 1 with the working agent 4 is located in the gravitational field 5. In the working agent 4 due to the difference in the density of warm and cold formations (the presence of these formations is due to Maxwell’s law on the distribution of molecules over velocities) and, taking into account Archimedes’s law on the condition for swimming of bodies, energy separation occurs: during the operation of the device, e dense, warm forming moving against field vector - move upward, while the more dense cold forming moving along vector field - move down. It is advisable to use a cascade of similar devices (Fig. 1). Various options for connecting devices to cascades are allowed.
Каскад устройств перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень в соответствии с первым вариантом исполнения содержит несколько соединенных резервуаров. Количество как резервуаров в каскаде, так и количество самих каскадов не ограничивается и зависит от размеров, массы системы и от желаемой величины градиента температур. На приведенном примере в соответствии с фиг. 1 показан каскад из трех резервуаров, обозначенных соответственно позициями 1, 2, 3, которые находятся в гравитационном поле 5. Каждый резервуар заполнен рабочим агентом 4, и в каждом из них расположено, по крайней мере, по одному теплообменнику 6, 8, 10 в нижней части объема рабочего агента 4 и, по крайней мере, по одному теплообменнику 7, 9, 11 в верхней части объема рабочего агента 4. Нижний теплообменник 6 первого резервуара 1 соединен с охлаждающимся потоком теплоносителя 12 из внешней среды. Каждый верхний теплообменник, кроме последнего, соединен трубопроводом с хладагентом 13 или теплотрубкой 14 со следующим нижним теплообменником. Верхний теплообменник и последнего резервуара 3 соединен с нагревающимся потоком теплоносителя 15 из внешней среды.The cascade of devices for redistributing thermal energy to a high and low energy level in accordance with the first embodiment contains several connected tanks. The number of reservoirs in the cascade, as well as the number of cascades themselves is not limited and depends on the size, mass of the system and on the desired temperature gradient. In the example shown in accordance with FIG. 1 shows a cascade of three reservoirs, respectively designated by the positions 1, 2, 3, which are located in the gravitational field 5. Each reservoir is filled with a working agent 4, and each of them has at least one heat exchanger 6, 8, 10 in the lower part of the volume of the working agent 4 and at least one heat exchanger 7, 9, 11 in the upper part of the volume of the working agent 4. The lower heat exchanger 6 of the first tank 1 is connected to a cooling stream of coolant 12 from the external environment. Each upper heat exchanger, except the last, is connected by a pipe to the refrigerant 13 or heat pipe 14 with the next lower heat exchanger. The upper heat exchanger and the last tank 3 is connected to the heating stream of the coolant 15 from the external environment.
Резервуары с рабочим агентом могут быть покрыты теплоизолятором 16 для сохранения градиента температур.Tanks with a working agent can be coated with a heat insulator 16 to maintain a temperature gradient.
Патентуемый способ в соответствии с первым вариантом исполнения заключается в следующем.The patented method in accordance with the first embodiment is as follows.
Сначала рабочий агент находится в макроскопически энергетически однородном состоянии: каждая малая часть объема рабочего агента, но значительно большая объема молекулы вещества рабочего агента, имеет такую же среднюю температуру, как и весь рабочий агент в целом. Но в то же время имеет место закон Максвелла о распределении молекул по скоростям, закон зависимости плотности вещества от его температуры и закон Архимеда про условие плавания тел. Следовательно, возможны 3 случая:First, the working agent is in a macroscopically energetically homogeneous state: each small part of the volume of the working agent, but significantly larger than the volume of the molecule of the substance of the working agent, has the same average temperature as the entire working agent as a whole. But at the same time, Maxwell’s distribution law holds molecules in speed, the law of the dependence of the density of a substance on its temperature and the Archimedes law on the condition for swimming bodies. Therefore, 3 cases are possible:
1). Вес тела больше веса вытесненного газа (жидкости): тело тонет — двигается по вектору поля. 2). Вес тела точно равняется весу вытесненного газа (жидкости): тело находится в равновесии с газом (жидкостью) — не двигается ни по, ни против вектора поля.one). The weight of the body is greater than the weight of the displaced gas (liquid): the body is drowning - moving along the field vector. 2). The weight of the body is exactly equal to the weight of the displaced gas (liquid): the body is in equilibrium with the gas (liquid) - it does not move either in or against the field vector.
3). Вес тела меньше веса вытесненного газа (жидкости): тело всплывает — двигается против вектора поля.3). The weight of the body is less than the weight of the displaced gas (liquid): the body pops up - moves against the field vector.
Иначе можно переформулировать так: более плотные формирования двигаются по вектору поля, а менее плотные против вектора поля. В случае с однокомпонентным веществом те формирования более плотные, которые холодные, а менее плотные — теплые (фиг. 8).Otherwise, it can be reformulated as follows: denser formations move along the field vector, and less dense against the field vector. In the case of a single-component substance, those formations are more dense, which are cold, and less dense - warm (Fig. 8).
Имея теплые и холодные формирования на микроуровне можно получить градиентHaving warm and cold formations at the micro level, you can get a gradient
(распределение) температур вдоль действия вектора гравитационного поля на макроуровне. Чем сильнее поле, тем больше разница температур. Если рабочий агент находится в замкнутом объеме и после перераспределения не изменилось положение центра масс системы или произошло движение по замкнутой траектории, то работа поля равняется нулю.(distribution) of temperatures along the action of the gravitational field vector at the macro level. The stronger the field, the greater the temperature difference. If the working agent is in a closed volume and after the redistribution the position of the center of mass of the system has not changed or there has been movement along a closed path, then the field is zero.
Способ реализуется в процессе работы устройства.The method is implemented in the process of the device.
Система, построенная на основе каскада патентуемых устройств в соответствии с первым вариантом исполнения, работает следующим образом.A system based on a cascade of patentable devices in accordance with the first embodiment, operates as follows.
К первому, нижнему, теплообменнику 6, который расположен в первом резервуаре 1, подводится охлаждающийся поток теплоносителя 12 из внешней среды рабочему агенту 4 устройства, а от следующего, верхнего теплообменника 7, который также расположен в первом резервуаре 1 , отводится преобразованная тепловая энергия от рабочего агента 4 с помощью трубопровода с хладагентом 13 или теплотрубки 14 к следующему нижнему теплообменнику 8, который расположен во втором резервуаре 2. Далее от следующего, верхнего теплообменника 9, который также расположен во втором резервуаре 2, отводится преобразованная тепловая энергия от рабочего агента 4 с помощью трубопровода с хладагентом 13 или теплотрубки 14 к следующему нижнему теплообменнику 10, который расположен в следующем резервуаре 3. Процесс аналогично повторяется для всех последующих резервуаров. А от последнего, верхнего теплообменника 11 , который расположен в последнем резервуаре 3, отводится преобразованная тепловая энергия от рабочего агента 4 во внешнюю среду с помощью нагревающегося потока теплоносителя 15.To the first, lower, heat exchanger 6, which is located in the first tank 1, a cooling stream of heat carrier 12 from the external medium is supplied to the working agent 4 of the device, and the converted heat from the working heat is removed from the next, upper heat exchanger 7, which is also located in the first tank 1 agent 4 using a pipeline with refrigerant 13 or heat pipe 14 to the next lower heat exchanger 8, which is located in the second tank 2. Next from the next, upper heat exchanger 9, which is also located in In the secondary tank 2, the converted heat is removed from the working agent 4 using a pipeline with refrigerant 13 or a heat pipe 14 to the next lower heat exchanger 10, which is located in the next tank 3. The process is similarly repeated for all subsequent tanks. And from the last, upper heat exchanger 11, which is located in the last tank 3, the converted thermal energy is removed from the working agent 4 to the external environment using a heating fluid flow 15.
Согласно предложенного устройства в соответствии с первым вариантом исполнения все резервуары с рабочим агентом и теплообменниками находятся в гравитационном поле 5. В отличие от известных устройств, в которых для перевода рабочего агента с низкого на высокий энергетический уровень проводится его сжатие в компрессоре с подводом внешней работы, а для перевода с высокого на низкий энергетический уровень проводится дросселирование рабочего агента, в первом варианте предложенного устройства перераспределение тепловой энергии достигается за счет квазипотенциального — гравитационного поля.According to the proposed device in accordance with the first embodiment, all tanks with a working agent and heat exchangers are in the gravitational field 5. In contrast to the known devices, in order to transfer a working agent from a low to a high energy level, it is compressed in a compressor with external work supply, and to transfer a high to a low energy level, the working agent is throttled, in the first version of the proposed device, heat energy is redistributed achieved due to the quasipotential - gravitational field.
Кроме того, в известных устройствах тепловых насосов обязательно наличие компрессора с приводом вращения, а в предложенном устройстве в соответствии с первым вариантом исполнения, компрессор и привод вращения отсутствуют, так как отпадает необходимость в них — работу компрессора выполняет гравитационное поле.In addition, in known devices of heat pumps, it is necessary to have a compressor with a rotation drive, and in the proposed device in accordance with the first embodiment, there is no compressor and rotation drive, since there is no need for them - the gravitational field performs the compressor operation.
Второй вариант способа и устройства перераспределения тепловой энергии. Патентуемый способ перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень в поле центробежных сил с минимальными затратами энергии поля на это перераспределение может реализоваться в устройствах, показанных фиг. 2 и фиг. 6. Далее, для наглядности, нумерацию позиций следующей фиг. 2 начнем с 21.The second version of the method and device for the redistribution of thermal energy. A patented method of redistributing thermal energy to a high and low energy level in a centrifugal force field with minimal field energy costs for this redistribution can be implemented in the devices shown in FIG. 2 and FIG. 6. Further, for clarity, the numbering of the positions of the following FIG. 2 start with 21.
Патентуемое устройство перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень в соответствии со вторым вариантом исполнения содержит корпус 21, в котором установлен резервуар 22, выполненный в виде тела вращения, например, цилиндром, в замкнутом объеме которого находится рабочий агент 23. Резервуар 22 содержит полую осевую трубку 24, которая пересекает его в осевом направлении. Осевая трубка установлена в корпусе 21 на подшипниках 25, 26, герметически изолирована гранбуксами 27, 28, 29 и является валом вращения.In accordance with the second embodiment, the patented device for redistributing heat energy to a high and low energy level comprises a housing 21 in which a tank 22 is installed, made in the form of a body of revolution, for example, a cylinder, in the closed volume of which there is a working agent 23. The tank 22 contains a hollow an axial tube 24 that intersects it in the axial direction. The axial tube is mounted in the housing 21 on bearings 25, 26, hermetically isolated by the axleboxes 27, 28, 29 and is a rotation shaft.
Как внешняя поверхность корпуса 21, так и внешняя поверхность резервуара 22, кроме поверхностей теплообмена, может быть покрыта теплоизолятором 30 для сохранения градиента температур.As the outer surface of the housing 21, and the outer surface of the tank 22, in addition to heat exchange surfaces, can be covered with a heat insulator 30 to maintain a temperature gradient.
Вспомогательными компонентами устройства центробежного тиαа являются:Auxiliary components of the device centrifugal tiαa are:
— холодный теплообменник 31, замкнутый через патрубок 34 и патрубок 35 на периферийный контур устройства, который заполнен жидким хладагентом 33;- a cold heat exchanger 31, closed through the pipe 34 and pipe 35 to the peripheral circuit of the device, which is filled with liquid refrigerant 33;
— теплый теплообменник 32, замкнутый через патрубок 36 и патрубок 37 на осевой контур устройства, который также заполнен жидким хладагентом 33.- a warm heat exchanger 32, closed through a pipe 36 and a pipe 37 on the axial circuit of the device, which is also filled with liquid refrigerant 33.
Вспомогательные компоненты применяются только для универсализации используемого теплоносителя: газ, жидкость, сыпучие и неподвижные теплоносители, поскольку в устройстве присутствуют вращающиеся детали. Эти компоненты не являются обязательными. Кроме того позициями на фиг. 2 обозначены: 38 — фланец крепления привода вращения устройства, 39 — заглушка, 40 — направление действия вектора поля центробежных сил, 41 — направление движения рабочего агента, 42 — охлаждающийся поток теплоносителя, 43 — нагревающийся поток теплоносителя, 44 — охлаждающийся поток теплоносителя из внешней среды, 45 — нагревающийся поток теплоносителя из внешней среды.Auxiliary components are used only for universalization of the used heat carrier: gas, liquid, loose and motionless heat carriers, as rotating parts are present in the device. These components are optional. Furthermore, with reference to FIG. 2 are indicated: 38 - mounting flange of the rotational drive of the device, 39 - plug, 40 - direction of action of the centrifugal force field vector, 41 - direction of movement of the working agent, 42 - cooling fluid flow, 43 - heating fluid flow, 44 - cooling fluid flow from the external environment, 45 - heating fluid flow from the external environment.
Конструктивной особенностью выполнения ротора является наличие перегородок (фиг. 4, поз. 46; фиг. 5) с прорезями (фиг. 5, поз. 47). Перегородки устанавливаются для удержания рабочего агента при вращении ротора, а прорези выполнены для равномерного размещения рабочего агента по всей полости ротора.A design feature of the rotor is the presence of partitions (Fig. 4, item 46; Fig. 5) with slots (Fig. 5, item 47). Partitions are installed to hold the working agent during rotation of the rotor, and the slots are made to evenly place the working agent throughout the cavity of the rotor.
Целесообразно использование каскада однотипных устройств (фиг. 6). Допускаются различные варианты соединения устройств в каскады.It is advisable to use a cascade of similar devices (Fig. 6). Various options for connecting devices to cascades are allowed.
Далее, для наглядности, нумерацию позиций следующей фиг. 6 начнем с 51.Further, for clarity, the numbering of the positions of the following FIG. 6 start with 51.
Каскад устройств перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень в соответствии со вторым вариантом исполнения содержит несколько соединенных устройств 51, 52, ..., 53. Первый теплообменник 61 соединен с периферийным, холодным контуром первого устройства 51 и с охлаждающимся потоком теплоносителя 54 из внешней среды. Каждый осевой контур устройства, кроме последнего, соединен с периферийным контуром следующего устройства и заполнен хладагентом 33. Осевой, теплый контур последнего устройства 53 соединен со вторым теплообменником 62, через который проходит нагревающийся поток теплоносителя 55 из внешней среды.The cascade of devices for redistributing heat energy to a high and low energy level in accordance with the second embodiment comprises several connected devices 51, 52, ..., 53. The first heat exchanger 61 is connected to the peripheral, cold circuit of the first device 51 and to a cooling coolant stream 54 of the external environment. Each axial circuit of the device, except the last, is connected to the peripheral circuit of the next device and filled with refrigerant 33. The axial, warm circuit of the last device 53 is connected to the second heat exchanger 62, through which the heating stream of the heat carrier 55 from the external environment passes.
Кроме того на фиг. 6 позицией 56 обозначен охлаждающийся поток теплоносителя, а позицией 57 — нагревающийся поток теплоносителя.Furthermore, in FIG. 6, reference numeral 56 denotes a cooling coolant flow, and reference numeral 57 denotes a heating coolant flow.
Количество как устройств в каскаде, так и количество самих каскадов не ограничивается и зависит от размеров, массы системы и от желаемой величины градиента температур.The number of devices in the cascade, as well as the number of cascades themselves is not limited and depends on the size, mass of the system and on the desired value of the temperature gradient.
Патентуемый способ в соответствии со вторым вариантом исполнения аналогичен патентуемому способу перераспределения в гравитационном поле в соответствии с первым вариантом исполнения. Центробежная сила только моделирует, в определенной мере, поле тяжести.The patented method in accordance with the second embodiment is similar to the patented method of redistribution in the gravitational field in accordance with the first embodiment. Centrifugal force only models, to a certain extent, the gravity field.
Преимущество центробежных сил над гравитационными заключается в том, что ускорение свободного падения величина фиксированная и составляет 9.81 м/с , а нормальная составляющая центробежного ускорения может достигать величин 1000 м/с2 и более.The advantage of centrifugal forces over gravitational is that the gravitational acceleration is fixed and amounts to 9.81 m / s, and the normal component of centrifugal acceleration can reach 1000 m / s 2 or more.
Патентуемый способ в соответствии со вторым вариантом исполнения заключается в следующем. Сначала рабочий агент находится в макроскопически энергетически однородном состоянии: каждая малая часть объема рабочего агента, но значительно большая объема молекулы вещества рабочего агента, имеет такую же среднюю температуру как и весь рабочий агент в целом. Но в то же время имеет место закон Максвелла о распределении молекул по скоростям, закон зависимости плотности вещества от его температуры и закон Архимеда про условие плавания тел. Следовательно, возможны 3 случая:The patented method in accordance with the second embodiment is as follows. First, the working agent is in a macroscopically energetically homogeneous state: each small part of the volume of the working agent, but much larger than the volume of the molecule of the substance of the working agent, has the same average temperature as the entire working agent as a whole. But at the same time, the Maxwell law on the distribution of molecules by velocities, the law of the dependence of the density of matter on its temperature, and Archimedes' law on the condition of swimming bodies. Therefore, 3 cases are possible:
1). Вес тела больше веса вытесненного газа (жидкости): тело двигается по вектору поля.one). The weight of the body is greater than the weight of the displaced gas (liquid): the body moves along the field vector.
2). Вес тела точно равняется весу вытесненного газа (жидкости): тело находится в равновесии с газом (жидкостью) — не двигается ни по, ни против вектора поля.2). The weight of the body is exactly equal to the weight of the displaced gas (liquid): the body is in equilibrium with the gas (liquid) - it does not move either in or against the field vector.
3). Вес тела меньше веса вытесненного газа (жидкости): тело двигается против вектора поля.3). The weight of the body is less than the weight of the displaced gas (liquid): the body moves against the field vector.
Иначе можно переформулировать так: более плотные формирования двигаются по вектору поля, а менее плотные против вектора поля. В случае с однокомпонентным веществом те формирования более плотные, которые холодные, а менее плотные — теплые (фиг. 8).Otherwise, it can be reformulated as follows: denser formations move along the field vector, and less dense against the field vector. In the case of a single-component substance, those formations are more dense, which are cold, and less dense - warm (Fig. 8).
Имея теплые и холодные формирования на микроуровне можно получить градиент (распределение) температур вдоль действия вектора поля центробежных сил на макроуровне. Чем сильнее поле, тем больше разница температур. Если рабочий агент находится в замкнутом объеме и после перераспределения не изменилось положение центра масс системы или произошло движение по замкнутой траектории, то работа поля равняется нулю. Способ реализуется в процессе работы устройства.Having warm and cold formations at the micro level, it is possible to obtain a gradient (distribution) of temperatures along the action of the field vector of centrifugal forces at the macro level. The stronger the field, the greater the temperature difference. If the working agent is in a closed volume and after the redistribution the position of the center of mass of the system has not changed or there has been movement along a closed path, then the field is zero. The method is implemented in the process of the device.
В резервуаре 22 с рабочим агентом 23 устройства центробежного типа за счет разницы плотности теплых и холодных формирований (наличие этих формирований обусловлено законом Максвелла о распределении молекул по скоростям) происходит энергетическое разделение: в процессе работы устройства менее плотные, теплые, формирования двигаются против вектора поля — к оси вращения, в то время как более плотные, холодные, формирования двигаются по вектору поля — от оси вращения к периферии. Величина вектора центробежных сил прямопропорциональна квадрату количества оборотов резервуара в единицу времени.In the tank 22 with the working agent 23, the device is centrifugal type due to the difference in the density of warm and cold formations (the presence of these formations is due to Maxwell's law on the distribution of molecules by speed) there is an energy separation: during operation, the devices are less dense, warm, the formations move against the field vector - to the axis of rotation, while denser, colder formations move along the field vector - from the axis of rotation to the periphery. The magnitude of the vector of centrifugal forces is directly proportional to the square of the number of revolutions of the tank per unit time.
Система, построенная на основе каскада патентуемых устройств в соответствии со вторым вариантом исполнения, работает следующим образом.A system based on a cascade of patented devices in accordance with the second embodiment, operates as follows.
К первому теплообменнику 61, соединенному с периферийным, холодным контуром первого устройства 51 , подводится тепловая энергия от внешней среды рабочему агенту 23 устройства с помощью охлаждающегося потока теплоносителя 54. От осевого контура первого устройства 51 отводится преобразованная тепловая энергия от рабочего агента 23 к периферийному контуру второго устройства 52 с помощью хладагента 33. От осевого контура второго устройства 52 отводится преобразованная тепловая энергия от рабочего агента 23 к периферийному контуру следующего устройства 53 с помощью хладагента 33. Процесс аналогично повторяется для всех последующих устройств. А от второго теплообменника 62, соединенного с осевым, теплым контуром последнего устройства 53, отводится преобразованная тепловая энергия от рабочего агента 23 во внешнюю среду с помощью нагревающегося потока теплоносителя 55. В известных устройствах для перевода рабочего агента с низкого на высокий энергетический уровень проводится его сжатие в компрессоре с подводом внешней работы, а для перевода с высокого на низкий энергетический уровень проводится дросселирование рабочего агента, в отличие от предложенного устройства центробежного типа в соответствии со вторым вариантом исполнения, в котором перераспределение тепловой энергии достигается за счет квазипотенциального поля — поля центробежных сил.To the first heat exchanger 61 connected to the peripheral cold circuit of the first device 51, heat energy from the external medium is supplied to the working agent 23 the device using a cooling coolant flow 54. Converted heat energy is removed from the axial circuit of the first device 51 from the working agent 23 to the peripheral circuit of the second device 52 using refrigerant 33. The converted heat energy is taken from the axial circuit of the second device 52 from the working agent 23 to the peripheral circuit the next device 53 using the refrigerant 33. The process is similarly repeated for all subsequent devices. And from the second heat exchanger 62, connected to the axial, warm circuit of the last device 53, the converted thermal energy is removed from the working agent 23 to the external environment using a heating coolant stream 55. In known devices for compressing the working agent from a low to a high energy level, it is compressed in a compressor with external work supply, and for transferring from a high to a low energy level, a throttling of the working agent is carried out, in contrast to the proposed centrifugal device about the type in accordance with the second embodiment, in which the redistribution of thermal energy is achieved due to the quasipotential field - the field of centrifugal forces.
В известных устройствах работа привода вращения компрессора тратится на сжатие рабочего агента — перевод на высокий энергетический уровень и продвижение рабочего агента по трубопроводам, в отличие от предложенного устройства центробежного типа, в котором работа привода вращения тратится на преодоление сил трения при вращении деталей устройства.In known devices, the work of the compressor rotation drive is spent on compressing the working agent — transferring the working agent to a high energy level and moving the working agent through pipelines, in contrast to the proposed centrifugal type device, in which the rotation drive work is spent on overcoming friction when rotating the parts of the device.
В зависимости от конструктивного выполнения работу на преодоление сил трения можно приблизить к нулю, в отличие от работы, которую тратит компрессор на сжатие газа. Работа компрессора значительно больше работы против сил трения.Depending on the design, the work on overcoming the friction forces can be brought closer to zero, in contrast to the work that the compressor spends on gas compression. Compressor operation is much more work against friction.
В основу способа и устройства перераспределения тепловой энергии заложены следующие законы и экспериментальные данные:The following laws and experimental data are the basis of the method and device for the redistribution of thermal energy:
1). Закон Архимеда про условие плавания тел (200 годы до н.э.).one). Archimedes' Law on the condition of swimming bodies (200 BC).
2). Закон Максвелла о распределении молекул по скоростям (1859 г.).2). Maxwell's law on the distribution of molecules by velocity (1859).
3). Закон зависимости плотности вещества от его температуры.3). The law of dependence of the density of a substance on its temperature.
4). Опыт Штерна (1920 г.). 1). Закон Архимеда про условие плавания тел гласит: "На тело, погруженное в газ или жидкость, действует сила прямопропорциональная объему вытесненного газа или жидкости". Закон применим только при наличии гравитационного поля, поля центробежных сил и/или других квазипотенциальных и потенциальных полей.four). The Stern Experience (1920). one). Archimedes' law on the condition for swimming bodies says: "A force directly proportional to the volume of the displaced gas or liquid acts on a body immersed in a gas or liquid." The law is applicable only in the presence of a gravitational field, a field of centrifugal forces and / or other quasipotential and potential fields.
2). Закон Максвелла о распределении молекул по скоростям гласит, что в замкнутом объеме, заполненном большим количеством молекул какого-то определенного вещества, несмотря на их хаотическое движение, не все частицы двигаются с одинаковой скоростью: больше всего частиц двигаются с некоторой средней скоростью, но также существует малая вероятность наличия частиц с нулевой и бесконечно большой скоростью (со скоростью света). На приведенной фиг. 7: AN — это количество молекул в веществе, которые имеют температуру (энергию) в интервале Т+АТ (E+ A E);2). Maxwell’s Law on the distribution of molecules by velocity states that in a closed volume filled with a large number of molecules of a certain substance, despite their chaotic motion, not all particles move at the same speed: most particles move at a certain average speed, but there is also a low probability of particles at zero and infinitely high speed (at the speed of light). In FIG. 7: AN is the number of molecules in a substance that have a temperature (energy) in the range of T + AT (E + AE);
N — общее количество молекул в веществе.N is the total number of molecules in a substance.
3). Закон зависимости плотности вещества от его температуры экспериментально установлен для многих веществ, как газов, так и жидкостей. В нашем случае более интересна есть зависимость плотности газа от его температуры, которая с повышением температуры уменьшается.3). The law of dependence of the density of a substance on its temperature has been experimentally established for many substances, both gases and liquids. In our case, the more interesting is the dependence of the gas density on its temperature, which decreases with increasing temperature.
4). Опыт Штерна — опыт экспериментального определения средней скорости движения молекул газа на примере газа из молекул серебра.four). Stern’s experience is the experimentally determined experiment on the average velocity of gas molecules using the example of gas from silver molecules.
Атомы серебра ("серебряный газ") испаряющиеся с поверхности накаленного провода, проходящего по оси вращения системы, и через щели внутреннего цилиндра двигаются к внутренней поверхности внешнего цилиндра (давление газа внутри внутреннего цилиндра больше чем давление в остальной полости внешнего цилиндра). Внешний и внутренний цилиндры вместе с экраном и щелями вращаются с некоторой частотой п. За время пробега атомов от внешней щели внешний цилиндр проворачивается, поэтому быстрые атомы серебра будут находиться правее атомов тех, которые имеют меньшую скорость, на внутренней поверхности внешнего цилиндра, при направлении вращения по часовой стрелке, если смотреть по направлению движения атомов. Таким образом, на внутренней поверхности внешнего цилиндра оседает слой серебра переменной толщины с максимумом посередине. Огибающая поверхности слоя серебра, лежащая в плоскости перпендикулярной оси вращения, подобна кривой распределения Максвелла.Silver atoms (“silver gas”) evaporate from the surface of a heated wire passing along the axis of rotation of the system and through the slits of the inner cylinder move to the inner surface of the outer cylinder (the gas pressure inside the inner cylinder is greater than the pressure in the rest of the cavity of the outer cylinder). The outer and inner cylinders together with the screen and slots rotate with a certain frequency n. During the run of atoms from the outer slit, the outer cylinder rotates, so the fast silver atoms will be to the right of the atoms of those that have lower speed, on the inner surface of the outer cylinder, in the direction of rotation clockwise when viewed in the direction of motion of the atoms. Thus, a silver layer of variable thickness with a maximum in the middle settles on the inner surface of the outer cylinder. The envelope of the surface of a silver layer lying in a plane perpendicular to the axis of rotation is similar to the Maxwell distribution curve.
Средняя скорость движения молекул газа определяется по формуле:The average velocity of gas molecules is determined by the formula:
2m(R - r)R < v >= — , где2m (R - r) R <v> = -, where
п — частота вращения цилиндров R — радиус внешнего цилиндра г — радиус внутреннего цилиндраn - cylinder speed R - radius of the outer cylinder r - radius of the inner cylinder
L — ширина размытости полоски серебра.L is the blur width of the silver strip.
В нашем случае опыт Штерна не важен как определение средней скорости, а важна его обратная сторона — подтверждение наличия в системе, которая состоит из большого числа молекул, молекул с разными скоростями и этого состояния системы как устойчивое (время проведения опыта значительно больше среднего времени свободного пробега молекул) и как следствие — экспериментальное подтверждение закона Максвелла о распределении молекул по скоростям.In our case, Stern’s experience is not important as determining the average speed, but its downside is important - confirmation of the presence in the system, which consists of a large the number of molecules, molecules with different speeds and this state of the system as stable (the experiment time is much longer than the average free path of the molecules) and, as a result, the experimental confirmation of Maxwell's law on the distribution of molecules over velocities.
Установка преобразования тепловой энергии в механическую энергию. Далее, для наглядности, нумерацию следующих позиций компонентов установок преобразования тепловой энергии в механическую энергию начнем со 101.Installation of converting thermal energy into mechanical energy. Further, for clarity, we will begin numbering the following positions of the components of the units for converting thermal energy into mechanical energy from 101.
Способ и его варианты преобразования тепловой энергии в механическую энергию могут реализоваться в установках, показанных на фиг. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19.The method and its options for converting thermal energy into mechanical energy can be implemented in the installations shown in FIG. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19.
Установка преобразования тепловой энергии в механическую энергию содержит устройство 101 перераспределения тепловой энергии (тепловой трансформатор квазипотенциального поля; далее — тепловой трансформатор 101), устройство 102 сжатия рабочего агента (далее — питательный гидронасос 102), устройство 103 расширения рабочего агента (детандер, турбина; далее — детандер 103), электрогенератор 104, теплообменник 105 для подвода тепловой энергии к рабочему агенту от внешнего источника, холодный теплообменник 106 непосредственно самого теплового трансформатора 101, теплый теплообменник 107 непосредственно самого теплового трансформатора 101, дополнительный теплообменник 108 холодного контура теплового трансформатора 101, дополнительный теплообменник 109 теплого контура теплового трансформатора 101, циркуляционный гидронасос 110 холодного контура теплового трансформатора 101, циркуляционный гидронасос 111 теплого контура теплового трансформатора 101.The installation of converting thermal energy into mechanical energy comprises a thermal energy redistribution device 101 (a thermal transformer of a quasi-potential field; hereinafter referred to as a thermal transformer 101), a working agent compression device 102 (hereinafter referred to as a feed hydraulic pump 102), a working agent expansion device 103 (expander, turbine; further - expander 103), an electric generator 104, a heat exchanger 105 for supplying thermal energy to the working agent from an external source, a cold heat exchanger 106 directly of the thermal transformer Ator 101, warm heat exchanger 107 of the heat directly to the transformer 101, additional heat exchanger 108 cold heat transformer circuit 101, additional heat exchanger 109 the warm heat of the transformer circuit 101, hydraulic pump 110 circulating cold heat transformer circuit 101, hydraulic pump 111 circulating warm heat transformer circuit 101.
Тепловой трансформатор 101 предназначен для перераспределения тепловой энергии рабочего агента с низкого энергетического уровня на более высокий (и наоборот). На фиг. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 позиции 101 соответствует условное обозначение теплового трансформатора квазипотенциального поля, которое имеет в виду тепловой трансформатор в гравитационном поле, обозначенный позицией 101 на фиг. 18 и/или тепловой трансформатор центробежного типа, также обозначенный позицией 101 на фиг. 19. Поскольку функциональные назначения обоих вышеупомянутых типов теплового трансформатора и их компонентов одинаковы, то обоим устройствам и их компонентам соответственно даны одинаковые позиционные обозначения.Thermal transformer 101 is designed to redistribute the thermal energy of the working agent from a low energy level to a higher one (and vice versa). In FIG. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 of position 101 corresponds to the symbol of the thermal transformer of the quasipotential field, which refers to the thermal transformer in the gravitational field, indicated by 101 in FIG. 18 and / or a centrifugal type heat transformer, also indicated by 101 in FIG. 19. Since the functional purposes of both of the above types of thermal transformer and their components are the same, the same reference signs are respectively given to both devices and their components.
Тепловой трансформатор 101 имеет холодный теплообменник 106 и теплый теплообменник 107 (фиг. 18, 19).The heat transformer 101 has a cold heat exchanger 106 and a warm heat exchanger 107 (Fig. 18, 19).
Вход 112 холодного теплообменника 106 соединен трубопроводом 113: с выходом 114 детандера 103 в соответствии с фиг. 9, 11, 12 или с выходом 115 циркуляционного гидронасоса ПО в соответствии с фиг. 10 или с выходом 116 первого канала дополнительного теплообменника 108 в соответствии с фиг. 13.The inlet 112 of the cold heat exchanger 106 is connected by a pipe 113: to the outlet 114 of the expander 103 in accordance with FIG. 9, 11, 12 or with output 115 the circulating hydraulic pump according to FIG. 10 or with the exit 116 of the first channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 13.
Выход 117 холодного теплообменника 106 соединен трубопроводом 118: со входом 119 питательного гидронасоса 102 в соответствии с фиг. 9, 11, 12 или со входом 120 первого канала дополнительного теплообменника 108 в соответствии с фиг. 10, 13.The outlet 117 of the cold heat exchanger 106 is connected by conduit 118: to the inlet 119 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 9, 11, 12 or with the input 120 of the first channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 10, 13.
Вход 121 теплого теплообменника 107 соединен трубопроводом 122: с выходом 123 питательного гидронасоса 102 в соответствии с фиг. 9, 10 или с выходом 124 первого канала дополнительного теплообменника 109 в соответствии с фиг. 11, 12, 13.The inlet 121 of the warm heat exchanger 107 is connected by conduit 122: to the outlet 123 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 9, 10 or with the output 124 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 11, 12, 13.
Выход 125 теплого теплообменника 107 соединен трубопроводом 126: со входом 127 первого канала теплообменника 105 в соответствии с фиг. 9, 10 или со входом 128 циркуляционного гидронасоса 111 в соответствии с фиг. 11, 12 или со входом 129 первого канала дополнительного теплообменника 109 в соответствии с фиг. 13.The outlet 125 of the warm heat exchanger 107 is connected by conduit 126: to the inlet 127 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 9, 10 or with the inlet 128 of the circulation pump 111 in accordance with FIG. 11, 12 or with the input 129 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 13.
Процесс работы теплового трансформатора 101, изображенного на фиг. 9, 10, 11, 12, 13, соответствует участку 1-2-3 и участку 4-5-6-7 на T-S диаграмме фиг. 20. Вход 112 холодного теплообменника 106 соединен трубопроводом 113: с выходом 130 первого канала теплообменника 105 в соответствии с фиг. 14, 16, 18 или с выходом 115 циркуляционного гидронасоса ПО в соответствии с фиг. 15, 19 или с выходом 116 первого канала дополнительного теплообменника 108 в соответствии с фиг. 17.The process of operation of the thermal transformer 101 shown in FIG. 9, 10, 11, 12, 13, corresponds to section 1-2-3 and section 4-5-6-7 in the T-S diagram of FIG. 20. The inlet 112 of the cold heat exchanger 106 is connected by a pipe 113: to the output 130 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 14, 16, 18 or with the outlet 115 of the software circulation pump in accordance with FIG. 15, 19 or with the exit 116 of the first channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 17.
Выход 117 холодного теплообменника 106 соединен трубопроводом 118: со входом 119 питательного гидронасоса 102 в соответствии с фиг. 14, 16, 18 или со входом 120 первого канала дополнительного теплообменника 108 в соответствии с фиг. 15, 17, 19.The outlet 117 of the cold heat exchanger 106 is connected by conduit 118: to the inlet 119 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 14, 16, 18 or with the input 120 of the first channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 15, 17, 19.
Вход 121 теплого теплообменника 107 соединен трубопроводом 122: с выходом 123 питательного гидронасоса 102 в соответствии с фиг. 14, 15, 18 или с выходом 124 первого канала дополнительного теплообменника 109 в соответствии с фиг. 16, 17, 19. Выход 125 теплого теплообменника 107 соединен трубопроводом 126: со входом 131 детандера 103 в соответствии с фиг. 14, 15, 18 или со входом 128 циркуляционного гидронасоса 11 1 в соответствии с фиг. 16, 19 или со входом 129 первого канала дополнительного теплообменника 109 в соответствии с фиг. 17.The inlet 121 of the warm heat exchanger 107 is connected by conduit 122: to the outlet 123 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 14, 15, 18 or with the output 124 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 16, 17, 19. The outlet 125 of the warm heat exchanger 107 is connected by conduit 126: to the inlet 131 of the expander 103 in accordance with FIG. 14, 15, 18 or with the inlet 128 of the circulation pump 11 1 in accordance with FIG. 16, 19 or with the input 129 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 17.
Процесс работы теплового трансформатора 101, изображенного на фиг. 14, 15, 16, 17, 18, 19, соответствует участку 2-3-4 и участку 5-6-7-8 на T-S диаграмме фиг. 21.The process of operation of the thermal transformer 101 shown in FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19, corresponds to section 2-3-4 and section 5-6-7-8 in the T-S diagram of FIG. 21.
Питательный гидронасос 102 предназначен для сжатия рабочего агента.The feed pump 102 is designed to compress the working agent.
Питательный гидронасос 102 имеет вход 119 и выход 123.The feed pump 102 has an input 119 and an output 123.
Вход 119 соединен: трубопроводом 118 с выходом 117 холодного теплообменника 106 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 9, 11, 12 или трубопроводом 132 с выходом 133 второго канала дополнительного теплообменника 108 в соответствии с фиг.10, 13.The input 119 is connected: by a pipe 118 to the output 117 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 9, 11, 12 or pipeline 132 with the output 133 of the second channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with figure 10, 13.
Выход 123 соединен: трубопроводом 122 со входом 121 теплого теплообменника 107 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг.9, 10 или трубопроводом 134 со входом 135 второго канала дополнительного теплообменника 109 в соответствии с фиг.11, 12, 13.The output 123 is connected: by a pipe 122 to the input 121 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIGS. 9, 10 or by a pipe 134 with an input 135 of the second channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIGS. 11, 12, 13.
Процесс работы питательного гидронасоса 102, изображенного на фиг.9, 10, 11, 12, 13, соответствует участку 3-4 на T-S диаграмме фиг.20.The operation process of the feed hydraulic pump 102 depicted in FIGS. 9, 10, 11, 12, 13 corresponds to section 3-4 in the T-S diagram of FIG. 20.
Вход 119 соединен: трубопроводом 118 с выходом 117 холодного теплообменника 106 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг.14, 16, 18 или трубопроводом 132 с выходом 133 второго канала дополнительного теплообменника 108 в соответствии с фиг.15, 17, 19.The input 119 is connected: by a pipe 118 to the output 117 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIGS. 14, 16, 18 or by a pipe 132 with the output 133 of the second channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIGS. 15, 17, 19.
Выход 123 соединен: трубопроводом 122 со входом 121 теплого теплообменника 107 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг.14, 15, 18 или трубопроводом 134 со входом 135 второго канала дополнительного теплообменника 109 в соответствии с фиг.16, 17, 19.The output 123 is connected: by a pipe 122 to the input 121 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIGS. 14, 15, 18 or by a pipe 134 with the input 135 of the second channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIGS. 16, 17, 19.
Процесс работы питательного гидронасоса 102, изображенного на фиг.14, 15, 16, 17, 18, 19, соответствует участку 4-5 на T-S диаграмме фиг.21.The operation process of the feed hydraulic pump 102 shown in FIGS. 14, 15, 16, 17, 18, 19 corresponds to section 4-5 on the T-S diagram of FIG. 21.
Детандер 103 предназначен для отбора мощности от потока парообразного рабочего агента и преобразования этой тепловой мощности в механическую мощность вращения вала.The expander 103 is designed to take power from the vaporous working agent stream and convert this thermal power into mechanical shaft rotation power.
Детандер 103 имеет вход 131 и выход 114.The expander 103 has an input 131 and an output 114.
Вход 131 соединен трубопроводом 136: с выходом 130 первого канала теплообменника 105 в соответствии с фиг.9, 10, 11, 13 или с выходом 137 второго канала дополнительного теплообменника 109 в соответствии с фиг.12. Выход 114 соединен: трубопроводом ИЗ со входом 112 холодного теплообменника 106 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг.9, 11, 12 или трубопроводом 138 со входом 139 второго канала дополнительного теплообменника 108 в соответствии с фиг.10, 13.The input 131 is connected by a pipe 136: with the output 130 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with Fig.9, 10, 11, 13 or with the output 137 of the second channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with Fig.12. The output 114 is connected: by a pipe FROM the input 112 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIGS. 9, 11, 12, or by a pipe 138 with an input 139 of the second channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIGS. 10, 13.
Процесс работы детандера 103, изображенного на фиг.9, 10, 11, 12, 13, соответствует участку 8-1 на T-S диаграмме фиг.20.The operation process of the expander 103 shown in Fig.9, 10, 11, 12, 13, corresponds to section 8-1 on the T-S diagram of Fig.20.
Вход 131 соединен: трубопроводом 126 с выходом 125 теплого теплообменника 107 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг.14, 15, 18 или трубопроводом 136 с выходом 137 второго канала дополнительного теплообменника 109 в соответствии с фиг.16, 17, 19. Выход 114 соединен трубопроводом 138 со входом 127 первого канала теплообменника 105 в соответствии с фиг. 14, 15, 16, 17, 18, 19.The inlet 131 is connected: by a pipe 126 to the output 125 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIGS. 14, 15, 18 or by a pipe 136 with the output 137 of the second channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIGS. 16, 17, 19. The outlet 114 is connected by a pipe 138 to the inlet 127 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19.
Процесс работы детандера 103, изображенного на фиг. 14, 15, 16, 17, 18, 19, соответствует участку 8-1 на T-S диаграмме фиг. 21. Электрогенератор 104 предназначен для преобразования механической энергии вращения вала детандера 103 в электрическую энергию. Электрогенератор 104 может быть: электрогенератором постоянного тока, синхронным электрогенератором переменного тока, асинхронным электрогенератором переменного тока или другим подобным устройством и их комбинацией; Теплообменник 105 предназначен для подвода тепловой энергии к рабочему агенту от внешнего источника.The operation process of the expander 103 shown in FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19, corresponds to section 8-1 in the T-S diagram of FIG. 21. The generator 104 is designed to convert the mechanical energy of rotation of the shaft of the expander 103 into electrical energy. The generator 104 may be: a direct current generator, a synchronous alternating current generator, an asynchronous alternating current generator, or other similar device and a combination thereof; The heat exchanger 105 is designed to supply thermal energy to the working agent from an external source.
Теплообменник 105 имеет вход 127 и выход 130 первого канала, вход 140 и выход 141 второго канала. Через первый канал проходит поток рабочего агента, а через второй канал проходит поток теплоносителя от внешнего источника. Теплообменник 105 может быть установлен в установке произвольно.The heat exchanger 105 has an input 127 and an output 130 of the first channel, an input 140 and an output 141 of the second channel. Through the first channel passes the flow of the working agent, and through the second channel passes the flow of coolant from an external source. Heat exchanger 105 may be optionally installed in the installation.
Если теплообменник 105 установлен перед детандером 103, что обусловлено возможностью уменьшения температурного диапазона работы теплового трансформатора 101 по отношению к случаю, когда теплообменник 105 установлен после детандера 103, то в этом случае порядок соединения входов и выходов теплообменника 105 следующий.If the heat exchanger 105 is installed in front of the expander 103, which is due to the possibility of reducing the temperature range of the operation of the heat transformer 101 with respect to the case when the heat exchanger 105 is installed after the expander 103, then in this case the connection order of the inputs and outputs of the heat exchanger 105 is as follows.
Вход 127 первого канала соединен: трубопроводом 126 с выходом 125 теплого теплообменника 107 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 9, 10 или трубопроводом 142 с выходом 137 второго канала дополнительного теплообменника 109 в соответствии с фиг. 11, 13 или трубопроводом 142 с выходом 143 циркуляционного гидронасоса 111 в соответствии с фиг. 12.The inlet 127 of the first channel is connected: by a pipe 126 to the outlet 125 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 9, 10 or pipe 142 with the exit 137 of the second channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 11, 13 or pipe 142 with the outlet 143 of the circulation pump 111 in accordance with FIG. 12.
Выход 130 первого канала соединен: трубопроводом 136 со входом 131 детандера 103 в соответствии с фиг. 9, 10, 11, 13 или трубопроводом 144 со входом 129 первого канала дополнительного теплообменника 109 в соответствии с фиг. 12.The output 130 of the first channel is connected: by a pipe 136 to the input 131 of the expander 103 in accordance with FIG. 9, 10, 11, 13 or pipe 144 with an input 129 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 12.
Процесс работы теплообменника 105, изображенного на фиг. 9, 10, 11, 12, 13, соответствует участку 7-8 на T-S диаграмме фиг. 20.The process of operation of the heat exchanger 105 shown in FIG. 9, 10, 11, 12, 13, corresponds to section 7-8 in the T-S diagram of FIG. twenty.
Если теплообменник 105 установлен после детандера 103, что обусловлено давлением, которое после детандера 103 значительно меньше, чем перед ним, то в этом случае порядок соединения входов и выходов теплообменника 105 следующий.If the heat exchanger 105 is installed after the expander 103, due to the pressure, which after the expander 103 is much less than before it, then in this case the order of connection of the inputs and outputs of the heat exchanger 105 is as follows.
Вход 127 первого канала соединен трубопроводом 138 с выходом 114 детандера 103 в соответствии с фиг. 14, 15, 16, 17, 18, 19. Выход 130 первого канала соединен: трубопроводом 113 со входом 112 холодного теплообменника 106 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 14, 16, 18 или трубопроводом 144 со входом 139 второго канала дополнительного теплообменника 108 в соответствии с фиг. 15, 17, 19. Процесс работы теплообменника 105, изображенного на фиг. 14, 15, 16, 17, 18, 19, соответствует участку 1-2 на T-S диаграмме фиг. 21.The inlet 127 of the first channel is connected by a pipe 138 to the outlet 114 of the expander 103 in accordance with FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19. The output 130 of the first channel is connected: by a pipe 113 to the inlet 112 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 14, 16, 18 or pipe 144 with an inlet 139 of the second channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 15, 17, 19. The process of operation of the heat exchanger 105 shown in FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19, corresponds to section 1-2 in the TS diagram of FIG. 21.
Если теплообменник 105 установлен перед питательным гидронасосом 102, то это приведет к увеличению температурного диапазона работы теплового трансформатора 101 по отношению к случаю, когда теплообменник 105 установлен перед детандером 103, а также возможно испарение жидкого рабочего агента, что не допустимо перед его сжатием, этот вариант не является приемлемым.If the heat exchanger 105 is installed in front of the feed hydraulic pump 102, this will lead to an increase in the temperature range of the operation of the thermal transformer 101 with respect to the case when the heat exchanger 105 is installed in front of the expander 103, and it is also possible to evaporate the liquid working agent, which is not permissible before compression, this option not acceptable.
Если теплообменник 105 установлен после питательного гидронасоса 102, то это также приведет к увеличению температурного диапазона работы теплового трансформатора 101 по отношению к случаю, когда теплообменник 105 установлен перед детандером 103, а также в этом случае нужно учитывать давление, которое после питательного гидронасоса 102 значительно больше, чем перед ним, этот вариант также не является приемлемым.If the heat exchanger 105 is installed after the feed pump 102, this will also lead to an increase in the temperature range of the operation of the heat transformer 101 with respect to the case when the heat exchanger 105 is installed in front of the expander 103, and in this case it is necessary to take into account the pressure, which after the feed pump 102 is much greater than before him, this option is also not acceptable.
Если теплообменник 105 установлен, произвольно, в холодном контуре теплового трансформатора 101 в случае наличия дополнительного теплообменника 108, то это также приведет к увеличению температурного диапазона работы теплового трансформатора 101 по отношению к случаю, когда теплообменник 105 установлен перед детандером 103, а также не является целесообразным с позиции конденсации рабочего агента в дополнительном теплообменнике 108, этот вариант также не является приемлемым.If the heat exchanger 105 is installed, optionally, in the cold circuit of the heat transformer 101 in the case of the presence of an additional heat exchanger 108, this will also lead to an increase in the temperature range of the operation of the heat transformer 101 with respect to the case when the heat exchanger 105 is installed in front of the expander 103, and it is also not advisable from the standpoint of condensation of the working agent in the additional heat exchanger 108, this option is also not acceptable.
Если теплообменник 105 установлен в теплом контуре теплового трансформатора 101 на трубопроводе 122 в случае наличия дополнительного теплообменника 109, то это приведет к уменьшению эффективности теплопередачи в теплообменнике 107 теплового трансформатора 101, этот вариант также не является приемлемым.If the heat exchanger 105 is installed in the warm circuit of the heat transformer 101 on the pipe 122 in the case of the presence of an additional heat exchanger 109, this will lead to a decrease in the heat transfer efficiency in the heat exchanger 107 of the heat transformer 101, this option is also not acceptable.
Дополнительный теплообменник 108 предназначен для конденсации рабочего агента с помощью теплового трансформатора 101, а использование которого имеет место при применении теплового трансформатора центробежного типа, если при отсутствии этого дополнительного теплообменника 108 значительно уменьшается эффективность перераспределения температур (градиент температур), так как поток рабочего агента контактирует с вращающимися деталями теплового трансформатора 101.An additional heat exchanger 108 is designed to condense the working agent using heat transformer 101, and the use of which occurs when using a centrifugal type heat transformer, if in the absence of this additional heat exchanger 108 the temperature redistribution efficiency (temperature gradient) is significantly reduced, since the working agent stream is in contact with rotating parts of thermal transformer 101.
Дополнительный теплообменник 108 имеет вход 120 и выход 116 первого канала, вход 139 и выход 133 второго канала. Вход 120 соединен трубопроводом 118 с выходом 117 холодного теплообменника 106 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 10, 13.The additional heat exchanger 108 has an input 120 and an output 116 of the first channel, an input 139 and an output 133 of the second channel. The inlet 120 is connected by conduit 118 to the outlet 117 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 10, 13.
Выход 116 соединен: трубопроводом 145 со входом 146 циркуляционного гидронасоса ПО в соответствии с фиг. 10 или трубопроводом 113 со входом 112 холодного теплообменника 106 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 13.The outlet 116 is connected: by a pipeline 145 to the inlet 146 of the software circulation pump in accordance with FIG. 10 or pipe 113 with an inlet 112 of a cold heat exchanger 106 of a heat transformer 101 in accordance with FIG. 13.
Вход 139 соединен трубопроводом 138 с выходом 114 детандера 103 в соответствии с фиг. 10, 13.The inlet 139 is connected by a pipe 138 to the outlet 114 of the expander 103 in accordance with FIG. 10, 13.
Выход 133 соединен трубопроводом 132 со входом 119 питательного гидронасоса 102 в соответствии с фиг. 10, 13. Процесс работы дополнительного теплообменника 108, изображенного на фиг. 10, 13, соответствует участку 1-2-3 на T-S диаграмме фиг. 20.The outlet 133 is connected by conduit 132 to the inlet 119 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 10, 13. The process of operation of the additional heat exchanger 108 shown in FIG. 10, 13 corresponds to section 1-2-3 in the T-S diagram of FIG. twenty.
Вход 120 соединен трубопроводом 118 с выходом 117 холодного теплообменника 106 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 15, 17, 19.The inlet 120 is connected by conduit 118 to the outlet 117 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 15, 17, 19.
Выход 116 соединен: трубопроводом 145 со входом 146 циркуляционного гидронасоса ПО в соответствии с фиг. 15, 19 или трубопроводом 113 со входом 112 холодного теплообменника 106 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 17.The outlet 116 is connected: by a pipeline 145 to the inlet 146 of the software circulation pump in accordance with FIG. 15, 19 or pipe 113 with the inlet 112 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 17.
Вход 139 соединен трубопроводом 144 с выходом 130 первого канала теплообменника 105 в соответствии с фиг. 15, 17, 19.The inlet 139 is connected by a pipe 144 to the outlet 130 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 15, 17, 19.
Выход 133 соединен трубопроводом 132 со входом 119 питательного гидронасоса 102 в соответствии с фиг. 15, 17, 19.The outlet 133 is connected by conduit 132 to the inlet 119 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 15, 17, 19.
Процесс работы дополнительного теплообменника 108, изображенного на фиг. 15, 17, 19, соответствует участку 2-3-4 на T-S диаграмме фиг. 21.The process of operation of the additional heat exchanger 108 shown in FIG. 15, 17, 19, corresponds to section 2-3-4 in the T-S diagram of FIG. 21.
Дополнительный теплообменник 109 предназначен для подвода преобразованной тепловой энергии к рабочему агенту (хладагенту) от теплового трансформатора 101, а использование которого имеет место при применении теплового трансформатора центробежного типа, если при отсутствии этого дополнительного теплообменника 109 значительно уменьшается эффективность перераспределения температур (градиент температур), так как поток рабочего агента контактирует с вращающимися деталями теплового трансформатора 101, а также, если происходят значительные потери рабочего агента через гранбуксы из-за большой разницы давлений.An additional heat exchanger 109 is designed to supply the converted heat energy to the working agent (refrigerant) from the heat transformer 101, and the use of which takes place when using a centrifugal type heat transformer, if in the absence of this additional heat exchanger 109 the temperature redistribution efficiency is significantly reduced (temperature gradient), so how the flow of the working agent is in contact with the rotating parts of the thermal transformer 101, and also, if significant the loss of the working agent through granbuks due to the large pressure difference.
Дополнительный теплообменник 109 имеет вход 129 и выход 124 первого канала, вход 135 и выход 137 второго канала.The additional heat exchanger 109 has an input 129 and an output 124 of the first channel, an input 135 and an output 137 of the second channel.
Вход 129 соединен: трубопроводом 147 с выходом 143 циркуляционного гидронасоса 111 в соответствии с фиг. 11 или трубопроводом 144 с выходом 130 теплообменника 105 в соответствии с фиг. 12 или трубопроводом 126 с выходом 125 теплого теплообменника 107 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 13.The inlet 129 is connected: by a pipe 147 to the outlet 143 of the circulation pump 111 in accordance with FIG. 11 or pipe 144 with output 130 heat exchanger 105 in accordance with FIG. 12 or pipe 126 with the outlet 125 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 13.
Выход 124 соединен трубопроводом 122 со входом 121 теплого теплообменника 107 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 11, 12, 13. Вход 135 соединен трубопроводом 134 с выходом 123 питательного гидронасоса 102 в соответствии с фиг. 11, 12, 13.Output 124 is connected by conduit 122 to input 121 of heat exchanger 107 of heat transformer 101 in accordance with FIG. 11, 12, 13. The inlet 135 is connected by a conduit 134 to the outlet 123 of the feed hydraulic pump 102 in accordance with FIG. 11, 12, 13.
Выход 137 соединен: трубопроводом 142 со входом 127 первого канала теплообменника 105 в соответствии с фиг. 11, 13 или трубопроводом 136 со входом 131 детандера 103 в соответствии с фиг. 12. Процесс работы дополнительного теплообменника 109, изображенного на фиг. 11, 12, 13, соответствует участку 4-5-6-7 на T-S диаграмме фиг. 20.The outlet 137 is connected: by a pipe 142 to the inlet 127 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 11, 13 or pipe 136 with the inlet 131 of the expander 103 in accordance with FIG. 12. The operation process of the additional heat exchanger 109 shown in FIG. 11, 12, 13, corresponds to section 4-5-6-7 in the T-S diagram of FIG. twenty.
Вход 129 соединен: трубопроводом 147 с выходом 143 циркуляционного гидронасоса 111 в соответствии с фиг. 16, 19 или трубопроводом 126 с выходом 125 теплого теплообменника 107 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 17. Выход 124 соединен трубопроводом 122 со входом 121 теплого теплообменника 107 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 16, 17, 19.The inlet 129 is connected: by a pipe 147 to the outlet 143 of the circulation pump 111 in accordance with FIG. 16, 19 or pipe 126 with the outlet 125 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 17. The outlet 124 is connected by a pipe 122 to the inlet 121 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 16, 17, 19.
Вход 135 соединен трубопроводом 134 с выходом 123 питательного гидронасоса 102 в соответствии с фиг. 16, 17, 19.The inlet 135 is connected by conduit 134 to the outlet 123 of the feed pump 102 in accordance with FIG. 16, 17, 19.
Выход 137 соединен трубопроводом 136 со входом 131 детандера 103 в соответствии с фиг. 16, 17, 19.Output 137 is connected by conduit 136 to inlet 131 of expander 103 in accordance with FIG. 16, 17, 19.
Процесс работы дополнительного теплообменника 109, изображенного на фиг. 16, 17, 19, соответствует участку 5-6-7-8 на T-S диаграмме фиг. 21.The process of operation of the additional heat exchanger 109 shown in FIG. 16, 17, 19, corresponds to section 5-6-7-8 in the T-S diagram of FIG. 21.
Циркуляционный гидронасос ПО предназначен для циркуляции хладагента в холодном контуре теплового трансформатора 101. Целесообразность применения циркуляционного гидронасоса ПО уместна только в случае наличия дополнительного теплообменника 108. Циркуляционный гидронасос ПО может быть установлен произвольно в холодном контуре теплового трансформатора 101.The PO circulation pump is designed to circulate the refrigerant in the cold circuit of the heat transformer 101. The expediency of using the PO circulation pump is appropriate only if an additional heat exchanger 108 is available. The PO circulation pump can be installed arbitrarily in the cold circuit of the heat transformer 101.
Циркуляционный гидронасос ПО имеет вход 146 и выход 115.The software circulation pump has an input 146 and an output 115.
Вход 146 соединен трубопроводом 145 с выходом 116 первого канала дополнительного теплообменника 108 в соответствии с фиг. 10, 15, 19.The inlet 146 is connected by a pipe 145 to the outlet 116 of the first channel of the additional heat exchanger 108 in accordance with FIG. 10, 15, 19.
Выход 115 соединен трубопроводом 1 13 со входом 112 холодного теплообменника 106 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 10, 15, 19.The outlet 115 is connected by a pipe 1 13 to the inlet 112 of the cold heat exchanger 106 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 10, 15, 19.
Если дополнительный теплообменник 108 применяется без циркуляционного гидронасоса ПО, то в этом случае теплообмен между теплообменником 106 теплового трансформатора 101 и дополнительным теплообменником 108 происходит только лишь за счет теплопроводности хладагента в трубопроводах, которыми соединены эти теплообменники.If the additional heat exchanger 108 is used without the PO circulation pump, then in this case the heat exchange between the heat exchanger 106 of the heat transformer 101 and the additional heat exchanger 108 occurs only after due to the thermal conductivity of the refrigerant in the pipelines that connect these heat exchangers.
Циркуляционный гидронасос 11 1 предназначен для циркуляции хладагента в теплом контуре теплового трансформатора 101. Целесообразность применения циркуляционного гидронасоса 111 уместна только в случае наличия дополнительного теплообменника 109.The circulation pump 11 1 is designed to circulate the refrigerant in the warm circuit of the heat transformer 101. The advisability of using a circulation pump 111 is only relevant if there is an additional heat exchanger 109.
Циркуляционный гидронасос 111 может быть установлен произвольно в теплом контуре теплового трансформатора 101.The circulation pump 111 can be installed arbitrarily in the warm circuit of the thermal transformer 101.
Циркуляционный гидронасос 111 имеет вход 128 и выход 143.The circulation pump 111 has an input 128 and an output 143.
Вход 128 соединен трубопроводом 126 с выходом 125 теплого теплообменника 107 теплового трансформатора 101 в соответствии с фиг. 11, 12, 16, 19.The inlet 128 is connected by conduit 126 to the outlet 125 of the warm heat exchanger 107 of the heat transformer 101 in accordance with FIG. 11, 12, 16, 19.
Выход 143 соединен: трубопроводом 147 со входом 129 первого канала дополнительного теплообменника 109 в соответствии с фиг. 11, 16, 19 или трубопроводом 142 со входом 127 первого канала теплообменника 105 в соответствии с фиг. 12. Если дополнительный теплообменник 109 применяется без циркуляционного гидронасоса 111 , то в этом случае теплообмен между теплообменником 107 теплового трансформатора 101 и дополнительным теплообменником 109 происходит только лишь за счет теплопроводности хладагента в трубопроводах, которыми соединены эти теплообменники . На фиг. 13 и фиг. 17 на трубопроводах, которые соединяют дополнительные теплообменники с теплообменниками теплового трансформатора, стрелками указаны направления движения потоков тепловой энергии, а не направления движения потоков хладагента как во всех остальных случаях.The outlet 143 is connected: by a pipe 147 to the inlet 129 of the first channel of the additional heat exchanger 109 in accordance with FIG. 11, 16, 19 or pipe 142 with an inlet 127 of the first channel of the heat exchanger 105 in accordance with FIG. 12. If an additional heat exchanger 109 is used without a circulation pump 111, then in this case the heat exchange between the heat exchanger 107 of the heat transformer 101 and the additional heat exchanger 109 occurs only due to the thermal conductivity of the refrigerant in the pipelines that connect these heat exchangers. In FIG. 13 and FIG. 17 on pipelines that connect additional heat exchangers with heat exchangers of a heat transformer, arrows indicate the directions of movement of the flows of thermal energy, and not the directions of movement of the flows of refrigerant, as in all other cases.
Способ преобразования тепловой энергии в механическую энергию в соответствии с фиг. 20 заключается в следующем.The method of converting thermal energy into mechanical energy in accordance with FIG. 20 is as follows.
Сначала рабочий агент находится в паровой фазе на низком энергетическом уровне под давлением Pi и при температуре Ti, точка 1 на фиг. 20. Далее происходит отбор тепловой энергии рабочего агента при постоянном давлении Pi, например, с помощью способа перераспределения (трансформации) тепловой энергии квазипотенциальным полем, до полной конденсации рабочего агента, при этом температура снизится до значения Тз, участок 1-2-3.First, the working agent is in the vapor phase at a low energy level under pressure Pi and at temperature Ti, point 1 in FIG. 20. Next, the thermal energy of the working agent is selected at a constant pressure Pi, for example, using the method of redistribution (transformation) of thermal energy by a quasipotential field until the working agent is completely condensed, while the temperature drops to the value of Tz, section 1-2-3.
После конденсации рабочего агента проводится его сжатие с давления Pi до давленияAfter condensation of the working agent, it is compressed from pressure Pi to pressure
P 2, при этом температура немного повысится до величины T4, участок 3-4. Далее производится подвод к рабочему агенту преобразованной тепловой энергии (участок 4-5-6-7) с помощью вышеописанного способа перераспределения (трансформации) тепловой энергии квазипотенциальным полем и подвод тепловой энергии от внешнего источника (участок 7-8) при этом температура рабочего агента существенно повышается до значения Ts, участок 4-5-6-7-8. С этими значениями температуры Ts и давления P? происходит расширение парообразного рабочего агента до давления P] и соответствующей этому давлению температуре T] с преобразованием тепловой энергии рабочего агента в механическую энергию и последующим ее преобразованием, если это необходимо, в электрическую энергию с применением законов электродинамики, участок 8-1. Цикл замыкается.P 2 , while the temperature rises slightly to T4, plot 3-4. Next, the converted thermal energy is supplied to the working agent (section 4-5-6-7) using the above-described method of redistribution (transformation) of thermal energy a quasipotential field and the supply of thermal energy from an external source (section 7-8), while the temperature of the working agent rises significantly to Ts, section 4-5-6-7-8. With these values of temperature Ts and pressure P? the vaporous working agent expands to a pressure P] and the temperature T] corresponding to this pressure with the conversion of the thermal energy of the working agent into mechanical energy and its subsequent conversion, if necessary, into electrical energy using the laws of electrodynamics, section 8-1. The cycle closes.
Способ реализуется в процессе работы установки. Установка и ее варианты преобразования тепловой энергии в механическую энергию в соответствии с фиг. 9, 10, 11, 12, 13 работают таким образом.The method is implemented during the operation of the installation. The installation and its variants of converting thermal energy into mechanical energy in accordance with FIG. 9, 10, 11, 12, 13 work in this way.
В начальном состоянии рабочий агент находится в паровой фазе на низком энергетическом уровне под давлением P] и при температуре T;, точка 1 на фиг. 20. Далее происходит отбор тепловой энергии рабочего агента при постоянном давлении P] до полной его конденсации в холодном теплообменнике 106, 108 теплового трансформатора 101, при этом температура рабочего агента снизится до значения Tj, участок 1-2-3.In the initial state, the working agent is in the vapor phase at a low energy level under pressure P] and at temperature T ;, point 1 in FIG. 20. Next, the thermal energy of the working agent is taken at a constant pressure P] until it is completely condensed in the cold heat exchanger 106, 108 of the heat transformer 101, while the temperature of the working agent will drop to the value Tj, section 1-2-3.
Тепловой трансформатор 101 может быть выполнен, по крайней мере, в двух вариантах:Thermal transformer 101 can be made in at least two versions:
— тепловой трансформатор в гравитационном поле; — тепловой трансформатор центробежного типа.- a thermal transformer in a gravitational field; - thermal centrifugal type transformer.
Тепловой трансформатор перераспределяет температурный потенциал рабочего вещества с низкого энергетического уровня на более высокий (и наоборот) без затрат энергии из вне на это перераспределение. Устройство и принципы действия тепловых трансформаторов описаны выше. В процессе работы теплового трансформатора менее плотные, теплые, формирования его рабочего вещества двигаются против вектора поля, в то время как более плотные, холодные, формирования двигаются по вектору поля.A heat transformer redistributes the temperature potential of the working substance from a low energy level to a higher (and vice versa) without the expenditure of energy from outside to this redistribution. The device and principles of operation of thermal transformers are described above. In the process of operation of a heat transformer, less dense, warm, formations of its working substance move against the field vector, while more dense, cold, formations move along the field vector.
Температура конденсации под давлением P] и температура испарения под давлением P 2 рабочего агента утилизационного (детандерного, турбинного) цикла должна находиться в пределах градиента температур, полученного от теплового трансформатора.The condensation temperature under pressure P] and the evaporation temperature under pressure P 2 of the operating agent of the recovery (expander, turbine) cycle should be within the temperature gradient obtained from the heat transformer.
После конденсации рабочего агента утилизационного (детандерного, турбинного) цикла проводится его сжатие с помощью питательного гидронасоса 102 с давления P] до давления P? при этом температура рабочего агента немного повысится до значения TV, участок 3-4. Потом производится подвод к рабочему агенту преобразованной тепловой энергии в теплом теплообменнике 107, 109 теплового трансформатора 101 (участок 4-5-6-7) и тепловой энергии от внешнего источника в теплообменнике 105 (участок 7-8) при этом температура рабочего агента существенно повысится до значения Ts, участок 4-5-6-7-8. С этими значениями давления ?2 и температуры Ts происходит расширение парообразного рабочего агента в детандере 103 до давления Pi и соответствующей этому давлению температуре Ti с преобразованием тепловой энергии рабочего агента в механическую энергию вращения вала детандера 103 и последующим ее преобразованием, если это необходимо, в электрическую энергию в электрогенераторе 104, который может быть соединен с валом детандера 103, участок 8-1. Цикл замыкается.After condensation of the working agent of the utilization (expander, turbine) cycle, it is compressed using the feed pump 102 from pressure P] to pressure P ? while the temperature of the working agent rises slightly to the value of TV, plot 3-4. Then, the converted thermal energy is supplied to the working agent in the warm heat exchanger 107, 109 of the heat transformer 101 (section 4-5-6-7) and thermal energy from an external source in the heat exchanger 105 (section 7-8), while the temperature of the working agent will increase significantly to Ts, section 4-5-6-7-8. With these values of pressure 2 2 and temperature Ts, the vaporous working agent in the expander 103 expands to a pressure Pi and the temperature Ti corresponding to this pressure with the conversion of the thermal energy of the working agent into mechanical energy of rotation of the expander shaft 103 and its subsequent transformation, if necessary, into electrical energy in an electric generator 104, which can be connected to the shaft of the expander 103, section 8-1. The cycle closes.
Способ преобразования тепловой энергии в механическую энергию в соответствии с фиг. 21 заключается в следующем.The method of converting thermal energy into mechanical energy in accordance with FIG. 21 is as follows.
Сначала рабочий агент находится в паровой фазе на низком энергетическом уровне под давлением Pi и при температуре Ti, точка 1 на фиг. 21. Далее производится подвод к рабочему агенту тепловой энергии от внешнего источника, при этом его температура возрастет до значения T 2, участок 1-2. Потом проводится отбор тепловой энергии рабочего агента при постоянном давлении P;, например, с помощью вышеописанного способа перераспределения (трансформации) тепловой энергии квазипотенциальным полем, до полной конденсации рабочего агента, при этом температура снизится до значения T4, участок 2-3-4.First, the working agent is in the vapor phase at a low energy level under pressure Pi and at temperature Ti, point 1 in FIG. 21. Next, thermal energy is supplied to the working agent from an external source, while its temperature will increase to a value of T 2 , section 1-2. Then, the thermal energy of the working agent is sampled at a constant pressure P; for example, using the above-described method of redistributing (transforming) thermal energy with a quasi-potential field until the working agent is completely condensed, while the temperature drops to T 4 , section 2-3-4.
После конденсации рабочего агента производится его сжатие с давления Pi до давления P 2, при этом температура немного повысится до величины 7j, участок 4-5. Далее производится подвод к рабочему агенту преобразованной тепловой энергии с помощью вышеописанного способа перераспределения (трансформации) тепловой энергии квазипотенциальным полем, при этом температура рабочего агента существенно повышается до значения Ts, участок 5-6-7-8. С этими значениями температуры Ts и давления P2 происходит расширение парообразного рабочего агента до давления Pi и соответствующей этому давлению температуре Ti с преобразованием тепловой энергии рабочего агента в механическую энергию и последующим ее преобразованием, если это необходимо, в электрическую энергию с применением законов электродинамики, участок 8-1. Цикл замыкается. Способ реализуется в процессе работы установки.After condensation of the working agent, it is compressed from pressure Pi to pressure P 2, while the temperature rises slightly to 7j, section 4-5. Next, the converted thermal energy is supplied to the working agent using the above-described method of redistribution (transformation) of thermal energy by a quasi-potential field, while the temperature of the working agent rises significantly to Ts, section 5-6-7-8. With these values of temperature Ts and pressure P 2 , the vaporous working agent expands to pressure Pi and the temperature Ti corresponding to this pressure with the conversion of the thermal energy of the working agent into mechanical energy and its subsequent conversion, if necessary, into electrical energy using the laws of electrodynamics, section 8-1. The cycle closes. The method is implemented during the operation of the installation.
Установка и ее варианты преобразования тепловой энергии в механическую энергию в соответствии с фиг. 14, 15, 16, 17, 18, 19 работают таким образом.The installation and its variants of converting thermal energy into mechanical energy in accordance with FIG. 14, 15, 16, 17, 18, 19 work in this way.
В начальном состоянии рабочий агент находится в паровой фазе на низком энергетическом уровне под давлением P/ и при температуре Ti, точка 1 на фиг. 21. Далее производится подвод к рабочему агенту тепловой энергии от внешнего источника в теплообменнике 105, при этом температура рабочего агента повышается до значения T 2, участок 1-2. Далее производится отбор тепловой энергии рабочего агента при постоянном давлении Pi до полной его конденсации в холодном теплообменнике 106, 108 вышеописанного теплового трансформатора 101, при этом температура снизится до значения 7V, участок 2-3-4.In the initial state, the working agent is in the vapor phase at a low energy level under pressure P / and at temperature Ti, point 1 in FIG. 21. Next is the supply to the working agent of thermal energy from an external source in heat exchanger 105, while the temperature of the working agent rises to a value of T 2 , section 1-2. Next, the thermal energy of the working agent is sampled at a constant pressure Pi until it is completely condensed in the cold heat exchanger 106, 108 of the above-described thermal transformer 101, while the temperature drops to 7V, section 2-3-4.
После конденсации рабочего агента производится его сжатие с помощью питательного гидронасоса 102 с давления Pi до давления P 2 при этом температура немного повысится до значения Ts, участок 4-5. Потом производится подвод к рабочему агенту преобразованной тепловой энергии в теплом теплообменнике 107, 109 теплового трансформатора 101, при этом температура рабочего агента существенно повысится до значения Ts, участок 5-6-7-8. С этими значениями давления P 2 и температуры Ts происходит расширение парообразного рабочего агента в детандере 103 до давления Pi и соответствующей этому давлению температуре Г/ с преобразованием тепловой энергии рабочего агента в механическую энергию вращения вала детандера 103 и последующим ее преобразованием, если это необходимо, в электрическую энергию в электрогенераторе 104, который может быть соединен с валом детандера 103, участок 8-1. Цикл замыкается.After condensation of the working agent, it is compressed by means of a feed hydraulic pump 102 from pressure Pi to pressure P 2, while the temperature rises slightly to Ts, section 4-5. Then, the converted thermal energy is supplied to the working agent in the warm heat exchanger 107, 109 of the heat transformer 101, while the temperature of the working agent rises significantly to Ts, section 5-6-7-8. With these values of pressure P 2 and temperature Ts, the vaporous working agent in the expander 103 expands to a pressure Pi and the temperature G / corresponding to this pressure, with the conversion of the thermal energy of the working agent into mechanical energy of rotation of the expander shaft 103 and its subsequent transformation, if necessary, into electrical energy in an electric generator 104, which can be connected to the shaft of the expander 103, section 8-1. The cycle closes.
Характеристики устройств перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень. Патентуемые устройства по агрегатному состоянию используемого рабочего агента можно классифицировать на 3 вида: 1). Газовые. 2). Жидкостные. 3). Паро-жидкостные. При работе устройств соблюдается закон трансформации: cxdTxma = c2dT2m[2, где с — удельная теплоемкость или удельная теплота парообразования вещества- энергоносителя; dTχ — изменение температуры, а mιX — массовый расход охлаждающегося потока вещества-энергоносителя; dT2 — изменение температуры, а mt2 — массовый расход нагревающегося потока вещества-энергоносителя; cdTmt — изменение тепловой мощности потока. Аналогично в электрическом трансформаторе переменного тока: U1J1 — U2J2 , гдеCharacteristics of heat energy redistribution devices to high and low energy levels. Patented devices according to the state of aggregation of the working agent used can be classified into 3 types: 1). Gas. 2). Liquid. 3). Steam-liquid. When the devices are operating, the transformation law is observed: c x dT x m a = c 2 dT 2 m [2 , where c is the specific heat or specific heat of vaporization of the energy carrier substance; dT χ is the temperature change, and m ιX is the mass flow rate of the cooling stream of the energy carrier substance; dT 2 is the temperature change, and m t2 is the mass flow rate of the heated flow of the energy carrier substance; cdTm t is the change in the thermal power of the stream. Similarly in an electric AC transformer: U 1 J 1 - U 2 J 2 , where
Ux — напряжение, а Jx — ток в первичной обмотке трансформатора; U2 — напряжение, аU x is the voltage, and J x is the current in the primary winding of the transformer; U 2 - voltage, and
J2 — ток во вторичной обмотке трансформатора; UJ — преобразованная мощность.J 2 - current in the secondary winding of the transformer; UJ - converted power.
Первая характеристика патентуемого устройства, как в гравитационном поле, так и центробежного типа (за первым и вторым вариантами) — коэффициент трансформации kτ , который определяется по формуле:
Figure imgf000030_0001
The first characteristic of a patented device, both in a gravitational field and in a centrifugal type (for the first and second options) is the transformation coefficient k τ , which is determined by the formula:
Figure imgf000030_0001
Tx — температура в первом, холодном, теплообменнике. T2 — температура во втором, теплом, теплообменнике.T x - temperature in the first, cold, heat exchanger. T 2 - temperature in the second, warm, heat exchanger.
Коэффициент трансформации kт может быть определен как при холостой работе устройства, так и под нагрузкой.The transformation coefficient k t can be determined both during idle operation of the device and under load.
Вторая характеристика (не свойственная известным устройствам перераспределения тепловой энергии) патентуемого устройства, как в гравитационном поле, так и центробежного типа (за первым и вторым вариантами) — напряженность вектора квазипотенциального поля E :The second characteristic (not characteristic of the known thermal energy redistribution devices) of the patented device, both in the gravitational field and in the centrifugal type (after the first and second options) is the intensity of the quasipotential field vector E:
- F E = - , гдe m- F E = -, where m
F — сила, действующая на частицу массы m.F is the force acting on a particle of mass m.
В случае с полем тяжести g = 9.81 м/с2 = сопst
Figure imgf000030_0002
В случае с полем центробежных сил величина E может принимать различные значения. Величина напряженности поля E определяет скорость и качество перераспределения температур.In the case of the gravity field g = 9.81 m / s 2 = resist
Figure imgf000030_0002
In the case of a centrifugal force field, the value of E can take various values. The magnitude of the field strength E determines the speed and quality of temperature redistribution.
Третья характеристика работы, в реальных условиях, не свойственная патентуемому устройству в гравитационном поле, а свойственная лишь патентуемому устройству центробежного типа — коэффициент преобразования мощности kp , который определяется по формуле:The third characteristic of the work, in real conditions, is not characteristic of a patentable device in a gravitational field, but typical of a patentable device of a centrifugal type - power conversion coefficient k p , which is determined by the formula:
kp = ^≡^ , τmk p = ^ ≡ ^, τm
P mренP mren
Pmeпл — тепловая мощность, подведенная или отведенная от устройства.P mepl - thermal power supplied or withdrawn from the device.
P1n eн — механическая (электрическая) мощность, которая тратится на преодоление сил трения при вращении деталей устройства.P 1n en - mechanical (electrical) power, which is spent on overcoming the friction forces during rotation of the parts of the device.
Четвертая характеристика работы, в реальных условиях, не свойственная патентуемому устройству в гравитационном поле, а свойственная лишь патентуемому устройству центробежного типа — коэффициент потерь механической (электрической) мощности kL , который определяется по формуле: j P трен - P мех л A р мex трен тренThe fourth characteristic of work, in real conditions, not characteristic of a patentable device in a gravitational field, but characteristic of a patentable device of a centrifugal type - loss coefficient of mechanical (electrical) power k L , which is determined by the formula: j P tren - P fur l A r mex tren tren
P мех — максимальная механическая (электрическая) мощность, которая может быть получена от использования разницы температур от теплового трансформатора;P mech is the maximum mechanical (electrical) power that can be obtained from the use of the temperature difference from the heat transformer;
P ' н — механическая (электрическая) мощность, которая тратится на преодоление сил трения при вращении деталей теплового трансформатора.P ' n - mechanical (electrical) power, which is spent on overcoming the friction forces during rotation of the parts of the thermal transformer.
Еще одна характеристика работы патентуемого устройства, как в гравитационном поле так и центробежного типа (за первым и вторым вариантами) — температурный диапазон, который зависит от используемого рабочего агента. В случае, когда рабочим агентом является воздух, температурный диапазон составляет от -5O0C до +5O0C, который перекрывает почти любую точку Земного шара.Another characteristic of the operation of the patented device, both in the gravitational field and in the centrifugal type (for the first and second options) is the temperature range, which depends on the working agent used. In the case when the working agent is air, the temperature range is from -5O 0 C to + 5O 0 C, which covers almost any point on the globe.
Коэффициент трансформации kτ максимальный при холостой работе устройства и уменьшается под нагрузкой, зависит от используемого рабочего агента и от напряженности квазипотенциального поля.The transformation coefficient k τ is maximum during idle operation of the device and decreases under load, depends on the working agent used and on the intensity of the quasipotential field.
В патентуемых устройствах коэффициент преобразования мощности kp может достигать 100 единиц, а коэффициент потерь механической (электрической) мощности kL может быть как положительным, так и отрицательным, а по модулю может быть больше единицы.In patented devices, the power conversion coefficient k p can reach 100 units, and the loss coefficient of mechanical (electrical) power k L can be either positive or negative, and the modulus can be more than one.
Если 0 ≤ kL ≤ 1 , то устройство находится в режиме работы теплового насоса. Если kL < 0 , то возможно получение выигрыша в механической мощности. Экспериментально проверено наличие градиента температур в аrмосферном воздухе в гравитационном поле: при изменении высоты на 4 метра температура изменялась от 20°C до 21°C. Также экспериментально проверено наличие градиента температур в атмосферном воздухе в поле центробежных сил: диаметр центрифуги составлял 250 мм, частота вращения около 3000 об. /мин. при этом температура изменялась от 18°C дo 25°C вдоль радиуса на расстоянии 90 мм от периферии.If 0 ≤ k L ≤ 1, then the device is in the heat pump operation mode. If k L <0, then gain in mechanical power is possible. The presence of a temperature gradient in atmospheric air in a gravitational field was verified experimentally: when the height changed by 4 meters, the temperature changed from 20 ° C to 21 ° C. The presence of a temperature gradient in atmospheric air in the field of centrifugal forces was also experimentally verified: the diameter of the centrifuge was 250 mm, the rotation frequency was about 3000 rpm. / min the temperature was varied from 18 ° C to 25 ° C along the radius at a distance of 90 mm from the periphery.
Преимущественными особенностями патентуемых устройств перераспределения тепловой энергии являются:Advantageous features of patented heat energy redistribution devices are:
1). В патентуемых устройствах энергия, затраченная на перераспределение тепловой энергии, в реальных условиях, значительно меньше энергии, которую можно получить от использования разницы температур этого перераспределения, в отличие от тепловых насосов.one). In patented devices, the energy spent on the redistribution of thermal energy, in real conditions, is significantly less than the energy that can be obtained from using the temperature difference of this redistribution, in contrast to heat pumps.
2). Простота конструкции.2). Simplicity of design.
3). Экологическая чистота и безопасность. Патентуемые устройства перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, тепловые трансформаторы, могут использоваться в качестве самостоятельных устройств, как в бытовых, так и в промышленных целях для получения тепла и холода. 53). Ecological cleanliness and safety. Patented devices for redistributing heat energy to a high and low energy level, heat transformers, can be used as stand-alone devices, both for domestic and industrial purposes, to produce heat and cold. 5
Характеристики установок преобразования тепловой энергии в механическую энергиюCharacteristics of thermal energy to mechanical energy conversion plants
Установка и ее варианты по типу утилизационного термодинамического цикла могут классифицироваться на 2 вида: 10 1). Установка закрытого цикла.The installation and its variants according to the type of utilization thermodynamic cycle can be classified into 2 types: 10 1). Closed loop installation.
2). Установка открытого цикла. При работе установок соблюдается закон сохранения энергии (мощности). внешн пит потерь Д ' ^2). Open loop installation. During the operation of the installations, the law of conservation of energy (power) is observed. external loss pit D '^
Pвнeшн — тепловая мощность, подведенная от внешнего источника к установке в 15 теплообменнике 105.P external - thermal power supplied from an external source to the installation in 15 heat exchanger 105.
Pпum — мощность, которая тратится на питание компонентов установки: теплового трансформатора, гидронасосов и электронных компонентов систем управления. Pum - the power that is spent on powering the installation components: a heat transformer, hydraulic pumps and electronic components of control systems.
^потерь — суммарная мощность потерь: тепловые потери теплоизоляции трубопроводов и компонентов установки и потери рабочего агента в подвижных 20 компонентах установки.^ losses - total loss power: thermal losses of thermal insulation of pipelines and installation components and losses of the working agent in the movable 20 components of the installation.
Рд — механическая мощность, полученная от детандера 103.RD - mechanical power received from the expander 103.
Первая основная характеристика работы установки и ее вариантов — удельная энергоемкость, которая измеряется в кBт/(кг/м3).The first main characteristic of the installation and its variants is the specific energy consumption, which is measured in kW / (kg / m 3 ).
25 P — максимальная полезная мощность, которую можно получить от установки. т — масса установки. V — объем установки.25 P is the maximum net power that can be obtained from the installation. t is the mass of the installation. V is the installation volume.
Вторая основная характеристика работы установки и ее вариантов — эффективность преобразования мощности, которая определяется по формуле: рThe second main characteristic of the installation and its variants is the power conversion efficiency, which is determined by the formula: p
-Э Л _ отобр j\j о — , i дс макс-E L _ sampling j \ j o -, i ds max
Pomoб — мощность, отобранная установкой от потока энергоносителя, который прошел через установку. ^ мтс — максимальная мощность, которую можно по пучить от потока энергоносителя, который прошел через установку. макс пар пар-жидк жидк ' ^1 P omob is the power taken by the installation from the energy flow that passed through the installation. ^ mts is the maximum power that can be obtained from the energy carrier flow that passed through the installation. max steam liquid-vapor '^ 1
Pmp — мощность, полученная за счет удельной теплоемкости пара при изменении его температуры с начального значения до температуры начала конденсации.P mp is the power obtained due to the specific heat of the steam when its temperature changes from the initial value to the temperature at which condensation begins.
Рпар-жидк — мощность, полученная при конденсации пара в жидкость.P steam - liquid - power obtained by the condensation of steam in a liquid.
Ржидк — мощность, полученная за счет удельной теплоемкости жидкости при ее охлаждении с температуры конца конденсации до температуры начала отвердения. Ms F d k - power obtained due to the specific heat of the liquid as it cools to the condensation temperature of the end to the beginning of the curing temperature.
Еще одна характеристика работы установки и ее вариантов — температурный диапазон работы, который зависит от используемого рабочего агента. В случае, когда рабочим агентом является воздух, температурный диапазон находится в пределах от -5O0C до +5O0C, который перекрывает почти любое место Земного шара.Another characteristic of the operation of the installation and its variants is the temperature range of operation, which depends on the working agent used. In the case when the working agent is air, the temperature range is from -5O 0 C to + 5O 0 C, which covers almost any place on the globe.
Отличительная особенность установки и ее вариантов от существующих прототипов — использование принципа работы теплового трансформатора квазипотенциального поля.A distinctive feature of the installation and its variants from existing prototypes is the use of the principle of operation of a thermal transformer of a quasipotential field.
Преимущества установки и ее вариантов по сравнению с известными возобновляемыми и экологически чистыми установками преобразования энергии, такими как ветровые электростанции, гидроэлектростанции, солнечные электростанции есть:The advantages of the installation and its options in comparison with the well-known renewable and environmentally friendly energy conversion plants, such as wind power plants, hydroelectric power stations, solar power plants are:
1). Постоянство работы. 2). Вездесущность энергоносителя.one). Consistency of work. 2). The omnipresence of energy.
3). Компактность по массе и габаритам.3). Compact in weight and dimensions.
4). Большая энергоемкость.four). Big power consumption.
5). Отсутствие необходимости аккумулирования энергии.5). No need for energy storage.
Преимущества установки и ее вариантов по сравнению с известными установками преобразования энергии, такими как тепловые и атомные электростанции есть:The advantages of the installation and its options compared to well-known energy conversion plants, such as thermal and nuclear power plants, are:
1). Экологическая чистота.one). Ecological cleanliness.
2). Неисчерпаемость энергоносителя.2). Inexhaustible energy.
3). Вездесущность энергоносителя.3). The omnipresence of energy.
Применение принципиально нового подхода перераспределения тепловой энергии обеспечивает работоспособность предложенной установки преобразования тепловой энергии, получение механической энергии за счет тепловой энергии, а так же холода в виде потока энергоносителя. The application of a fundamentally new approach to the redistribution of thermal energy ensures the operability of the proposed installation of the conversion of thermal energy, the production of mechanical energy from thermal energy, as well as cold in the form of an energy carrier stream.

Claims

Формула изобретения. Claim.
1. Способ перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, в соответствии с которым осуществляют передачу тепловой энергии от внешней среды расположенному в замкнутом объеме рабочему агенту и последующую передачу преобразованной тепловой энергии от рабочего агента во внешнюю среду, отличающийся тем, что перераспределение тепловой энергии осуществляют через рабочий агент, который заключен в замкнутый объем и находится в гравитационном поле, причем к нижней, холодной, части рабочего агента тепловую энергию подводят, а от верхней, теплой, части рабочего агента тепловую энергию отводят.1. The method of redistribution of thermal energy to a high and low energy level, in accordance with which the transfer of thermal energy from the environment to a working agent located in a closed volume and the subsequent transfer of converted thermal energy from the working agent to the external environment, characterized in that the redistribution of thermal energy carried out through a working agent, which is enclosed in a closed volume and is in a gravitational field, and to the lower, cold part of the working agent, thermal energy is fed, and from the top, the warm part of the thermal energy of working substance is withdrawn.
2. Устройство перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, которое содержит один или несколько резервуаров, заполненных рабочим агентом, систему подвода и отвода тепловой энергии рабочего агента, которая, например, включает первый теплообменник для подвода тепловой энергии от внешней среды рабочему агенту и второй теплообменник для отвода тепловой энергии от рабочего агента во внешнюю среду, отличающееся тем, что теплообменники контактируют с рабочим агентом, которым заполнен резервуар, который находится в гравитационном поле, причем первый теплообменник контактирует с более плотными, холодными, формированиями рабочего агента, а второй теплообменник контактирует с менее плотными, теплыми, формированиями рабочего агента.2. A device for redistributing heat energy to a high and low energy level, which contains one or more reservoirs filled with a working agent, a system for supplying and removing heat energy from a working agent, which, for example, includes a first heat exchanger for supplying heat energy from an external medium to a working agent and the second heat exchanger for the removal of thermal energy from the working agent into the external environment, characterized in that the heat exchangers are in contact with the working agent, which is filled with the tank, which is located tsya in a gravitational field, wherein the first heat exchanger is contacted with a dense, cold forming working agent, and the second heat exchanger contacts the less dense warm formations working agent.
3. Устройство по пункту 2, отличающееся тем, что резервуары теплоизолированы от внешней среды.3. The device according to paragraph 2, characterized in that the tanks are insulated from the external environment.
4. Устройство по любому из пунктов 2-3, отличающееся тем, что оно содержит систему соединенных резервуаров. 4. The device according to any one of paragraphs 2-3, characterized in that it contains a system of connected reservoirs.
5. Способ перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, в соответствии с которым осуществляют передачу тепловой энергии от внешней среды рабочему агенту и последующую передачу преобразованной тепловой энергии от рабочего агента во внешнюю среду, отличающийся тем, что перераспределение тепловой энергии осуществляют через рабочий агент, заключенный в замкнугый объем, для которого создают искусственное квазипотенциальное поле, путем вращения указанного объема вокруг оси, причем к периферийной, холодной части рабочего агента тепловую энергию подводят, а от осевой, теплой части рабочего агента тепловую энергию отводят.5. A method of redistributing thermal energy to a high and low energy level, according to which the transfer of thermal energy from the external environment to the working agent and the subsequent transfer of converted thermal energy from the working agent to the external medium, characterized in that the redistribution of thermal energy is carried out through the working agent enclosed in a closed volume for which an artificial quasipotential field is created by rotating the specified volume around an axis, moreover, to a peripheral, cold parts of the working agent heat energy is supplied, and heat is removed from the axial, warm part of the working agent.
6. Устройство перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, которое содержит корпус, в котором установлен резервуар, заполненный рабочим агентом, систему подвода и отвода тепловой энергии рабочего агента, которая включает, по крайней мере, один, первый теплообменник для подвода тепловой энергии от внешней среды рабочему агенту и второй теплообменник для отвода тепловой энергии от рабочего агента во внешнюю среду, отличающееся тем, что указанный резервуар выполнен в виде тела вращения с полой осью, которая установлена на подшипниках в корпусе, заполненном хладагентом, причем полость корпуса соединена с первым теплообменником, а внутренняя полость полой оси соединена со вторым теплообменником и также заполнена хладагентом, а ось с резервуаром соединена с приводом вращения.6. A device for redistributing heat energy to a high and low energy level, which comprises a housing in which a tank filled with a working agent is installed, a system for supplying and removing heat energy from the working agent, which includes at least one first heat exchanger for supplying thermal energy from the external environment to the working agent and a second heat exchanger for removing heat energy from the working agent to the external environment, characterized in that the tank is made in the form of a body of revolution with a hollow axis, which is mounted on bearings in a housing filled with refrigerant, the cavity of the housing is connected to the first heat exchanger, and the internal cavity of the hollow axis is connected to the second heat exchanger and it is also filled with refrigerant, and the axis with the reservoir is connected to the rotation drive.
7. Устройство по пункту 6, отличающееся тем, что как внешняя поверхность корпуса, так и внешняя поверхность резервуара, кроме поверхностей теплообмена, теплоизолирована для сохранения градиента температур.7. The device according to paragraph 6, characterized in that both the outer surface of the housing and the outer surface of the tank, except for heat exchange surfaces, are insulated to maintain a temperature gradient.
8. Устройство по любому из пунктов 6-7, отличающееся тем, что оно содержит систему соединенных устройств, каждое из которых соединено с приводом вращения.8. The device according to any one of paragraphs 6-7, characterized in that it comprises a system of connected devices, each of which is connected to a rotation drive.
9. Установка преобразования тепловой энергии в механическую энергию, которая содержит устройство сжатия рабочего агента, например гидронасос, теплообменник для подвода тепловой энергии от внешнего источника рабочему агенту и устройство расширения рабочего агента, например детандер, отличающаяся тем, что содержит устройство перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, как заявлено по любому из пунктов 2, 3, 4, 6, 7, 8, которое имеет два теплообменника, холодный и теплый, вход холодного теплообменника соединен с выходом детандера, выход холодного теплообменника соединен со входом устройства сжатия рабочего агента, вход теплого теплообменника соединен с выходом устройства сжатия рабочего агента, выход теплого теплообменника соединен со входом первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника, а выход первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника соединен с входом детандера.9. Installation for converting thermal energy into mechanical energy, which contains a working agent compression device, for example a hydraulic pump, a heat exchanger for supplying thermal energy from an external source to a working agent, and a working agent expansion device, for example, an expander, characterized in that it contains a device for redistributing thermal energy to a high and a low energy level, as claimed in any one of paragraphs 2, 3, 4, 6, 7, 8, which has two heat exchangers, a cold and a warm, inlet of a cold heat exchanger n with the output of the expander, the output of the cold heat exchanger is connected to the input of the working agent compression device, the input of the warm heat exchanger is connected to the output of the working agent compression device, the output of the warm heat exchanger is connected to the input of the first heat exchanger channel for supplying heat energy from an external source, and the output of the first heat exchanger channel for the supply of thermal energy from an external source is connected to the input of the expander.
10. Установка по пункту 9, отличающаяся тем, что содержит дополнительный теплообменник, первый канал которого соединен с холодным теплообменником теплового трансформатора квазипотенциального поля, причем выход детандера соединен со входом устройства сжатия рабочего агента через второй канал указанного дополнительного теплообменника.10. Installation according to paragraph 9, characterized in that it contains an additional heat exchanger, the first channel of which is connected to a cold heat exchanger of a heat transformer of a quasi-potential field, the output of the expander being connected to the input of the working agent compression device through the second channel of the specified additional heat exchanger.
11. Установка по любому из пунктов 9, 10, отличающаяся тем, что содержит второй дополнительный теплообменник, первый канал которого соединен с теплым теплообменником теплового трансформатора квазипотенциального поля, причем выход устройства сжатия рабочего агента соединен со входом первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника через второй канал указанного дополнительного теплообменника.11. Installation according to any one of paragraphs 9, 10, characterized in that it contains a second additional heat exchanger, the first channel of which is connected to a warm heat exchanger of a heat transformer of a quasi-potential field, and the output of the working agent compression device is connected to the input of the first channel of the heat exchanger for supplying heat energy from external source through the second channel of the specified additional heat exchanger.
12. Установка по любому из пунктов 9, 10, отличающаяся тем, что содержит второй дополнительный теплообменник, причем выход теплого теплообменника теплового трансформатора квазипотенциального поля соединен с входом первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника, а выход первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника соединен со входом теплого теплообменника теплового трансформатора квазипотенциального поля через первый канал указанного дополнительного теплообменника, а выход устройства сжатия рабочего агента соединен со входом детандера через второй канал указанного дополнительного теплообменника. 12. Installation according to any one of paragraphs 9, 10, characterized in that it contains a second additional heat exchanger, the output of the warm heat exchanger of the heat transformer of the quasi-potential field being connected to the input of the first channel of the heat exchanger for supplying heat energy from an external source, and the output of the first channel of the heat exchanger for supplying heat energy from an external source connected to the input of the warm heat exchanger of the heat transformer of the quasipotential field through the first channel of the specified additional heat exchanger, and the output of the working agent compression device is connected to the inlet of the expander through the second channel of the specified additional heat exchanger.
13. Установка преобразования тепловой энергии в механическую энергию, которая содержит устройство сжатия рабочего агента, например гидронасос, теплообменник для подвода тепловой энергии от внешнего источника рабочему агенту и устройство расширения рабочего агента, например детандер, отличающаяся тем, что содержит устройство перераспределения тепловой энергии на высокий и низкий энергетический уровень, как заявлено по любому из пунктов 2, 3, 4, 6, 7, 8, которое имеет два теплообменника, холодный и теплый, вход холодного теплообменника соединен с выходом первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника, выход холодного теплообменника соединен со входом устройства сжатия рабочего агента, вход теплого теплообменника соединен с выходом устройства сжатия рабочего агента, выход теплого теплообменника соединен со входом детандера, а выход детандера соединен с входом первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника.13. Installation for converting thermal energy into mechanical energy, which contains a working agent compression device, for example, a hydraulic pump, a heat exchanger for supplying thermal energy from an external source to a working agent, and a working agent expansion device, for example, an expander, characterized in that it comprises a device for redistributing thermal energy to a high and a low energy level, as claimed in any one of paragraphs 2, 3, 4, 6, 7, 8, which has two heat exchangers, a cold and a warm, a cold heat exchanger inlet n with the output of the first channel of the heat exchanger for supplying thermal energy from an external source, the output of the cold heat exchanger is connected to the input of the working agent compression device, the input of the warm heat exchanger is connected to the output of the working agent compression device, the output of the warm heat exchanger is connected to the expander input, and the expander output is connected to the input the first channel of the heat exchanger for supplying thermal energy from an external source.
14. Установка по пункту 13, отличающаяся тем, что содержит дополнительный теплообменник, первый канал которого соединен с холодным теплообменником теплового трансформатора квазипотенциального поля, причем выход первого канала теплообменника для подвода тепловой энергии от внешнего источника соединен со входом устройства сжатия рабочего агента через второй канал указанного дополнительного теплообменника.14. The installation according to paragraph 13, characterized in that it contains an additional heat exchanger, the first channel of which is connected to a cold heat exchanger of a heat transformer of a quasi-potential field, the output of the first channel of the heat exchanger for supplying thermal energy from an external source connected to the input of the working agent compression device through the second channel of the specified additional heat exchanger.
15. Установка по любому из пунктов 13, 14, отличающаяся тем. что содержит второй дополнительный теплообменник, первый канал которого соединен с теплым теплообменником теплового трансформатора квазипотенциального поля, причем выход устройства сжатия рабочего агента соединен со входом детандера через второй канал указанного дополнительного теплообменника.15. Installation according to any one of paragraphs 13, 14, characterized in that. which contains a second additional heat exchanger, the first channel of which is connected to a warm heat exchanger of a heat transformer of a quasipotential field, and the output of the working agent compression device is connected to the expander input through the second channel of the specified additional heat exchanger.
16. Установка по любому из пунктов 10, 11, 12, 14, 15, отличающаяся тем, что содержит циркуляционный гидронасос, который установлен в холодном контуре теплового трансформатора квазипотенциального поля. 16. Installation according to any one of paragraphs 10, 11, 12, 14, 15, characterized in that it contains a circulating hydraulic pump, which is installed in the cold circuit of a heat transformer of a quasi potential field.
17. Установка по любому из пунктов 11, 12. 15, отличающаяся тем, что содержит циркуляционный гидронасос, который установлен в теплом контуре теплового трансформатора квазипотенциального поля.17. Installation according to any one of paragraphs 11, 12. 15, characterized in that it contains a circulating hydraulic pump, which is installed in a warm circuit of a heat transformer of a quasi-potential field.
18. Установка по любому из пунктов 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, отличающаяся тем, что все ее компоненты, кроме теплообменника предназначенного для подвода тепловой энергии от внешнего источника, теплоизолированы. 18. Installation according to any one of paragraphs 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, characterized in that all its components, except for the heat exchanger designed to supply thermal energy from an external source, are insulated.
PCT/UA2009/000033 2008-07-15 2009-07-13 Method and device for redistributing heat energy into high and low energy levels and a plant for converting heat energy into mechanical energy (variants) WO2010008357A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200809250A UA91394C2 (en) 2008-07-15 2008-07-15 Method and device for re-distribution of thermal energy to high and low power levels (variants)
UAA200809250 2008-07-15
UAA200900790 2009-02-03
UA200900790 2009-02-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010008357A1 true WO2010008357A1 (en) 2010-01-21

Family

ID=41550571

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/UA2009/000033 WO2010008357A1 (en) 2008-07-15 2009-07-13 Method and device for redistributing heat energy into high and low energy levels and a plant for converting heat energy into mechanical energy (variants)

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2010008357A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4070862A (en) * 1976-09-24 1978-01-31 E. I. Du Pont De Nemours And Company Cascaded two-fluid rotary closed Rankine cycle engine
SU1374026A1 (en) * 1986-07-29 1988-02-15 Институт тепло- и массообмена им.А.В.Лыкова Heat tube
RU2102631C1 (en) * 1996-03-18 1998-01-20 Государственный научный центр РФ Физико-энергетический институт Two-phase gravitational motor operation
RU2174162C1 (en) * 1998-06-22 2001-09-27 Кудымов Георгий Иванович Energy conversion device
RU2188336C1 (en) * 2001-05-23 2002-08-27 Прокопенко Виктор Филиппович Gravitational plant

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4070862A (en) * 1976-09-24 1978-01-31 E. I. Du Pont De Nemours And Company Cascaded two-fluid rotary closed Rankine cycle engine
SU1374026A1 (en) * 1986-07-29 1988-02-15 Институт тепло- и массообмена им.А.В.Лыкова Heat tube
RU2102631C1 (en) * 1996-03-18 1998-01-20 Государственный научный центр РФ Физико-энергетический институт Two-phase gravitational motor operation
RU2174162C1 (en) * 1998-06-22 2001-09-27 Кудымов Георгий Иванович Energy conversion device
RU2188336C1 (en) * 2001-05-23 2002-08-27 Прокопенко Виктор Филиппович Gravitational plant

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BRODYANSKI V.M.: "Vechny dvigatel-prezhde i teper.", ENERGOATOMIZDAT, 1989, pages 118,122 - 132, 181 *
VUKAILOVICH M.P. ET AL: "Mashinostroenie.", MASHINOSTROENIE, 1972, pages 45 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2017386233B2 (en) Storage of excess heat in cold side of heat engine
AU2017386262B2 (en) Modular thermal storage
Pei et al. Construction and dynamic test of a small-scale organic rankine cycle
Li et al. Energetic and exergetic investigation of an organic Rankine cycle at different heat source temperatures
RU2759557C2 (en) Device and method of thermodynamic cycle
KR20110013491A (en) Low differential temperature rotary engines
Astolfi Technical options for organic Rankine cycle systems
JP2014501880A (en) A device for converting thermal energy into mechanical energy
Du et al. Off-design performance comparative analysis of a transcritical CO2 power cycle using a radial turbine by different operation methods
KR102146473B1 (en) Tapered spiral gas turbine with homopolar DC generator for combined cooling, heating, power, pressure, work and water
WO2011007366A1 (en) An improved turbine and method thereof
Date et al. Experimental performance of a rotating two-phase reaction turbine
US11319813B2 (en) Tapering spiral gas turbine with polygon electric generator for combined cooling, heating, power, pressure, work, and water
Nguyen et al. Design, manufacture and testing of a closed cycle thermosyphon rankine engine
Mu et al. Experimental study of a low-temperature power generation system in an organic Rankine cycle
CN108900039B (en) Flywheel energy storage rotor vacuum heat dissipation system
CN104392750B (en) Low temperature nuclear reactor and the onboard power systems based on low temperature nuclear reactor
RU2476801C2 (en) Method and device to transfer heat from first medium to second one
WO2010008357A1 (en) Method and device for redistributing heat energy into high and low energy levels and a plant for converting heat energy into mechanical energy (variants)
CN102146817A (en) Heat pipe cyclic power machine
GB2565863A (en) Turbine system
Kusaba et al. Extraction of geothermal energy and electric power generation using a large scale heat pipe
WO2017133294A1 (en) Tapering spiral gas turbine with homopolar dc generator for combined cooling, heating, power, pressure, work, and water
RU2818432C1 (en) Cryogenic power generation plant
WO2017096451A1 (en) Solar energy generator with linear collector and turbines with 1-100 kw power

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09798218

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09798218

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1