Спосіб утилізації теплової енергії атмосферного повітря оточуючого середовища та пристрій для його здійснення

Реферат: Винахід належить до галузі енергомашинобудування, стосується способів та теплових насосів для перетворення низькопотенційної енергії повітря навколишнього середовища в корисну роботу, електричну енергію або високопотенційне тепло для потреб споживачів. Заявлений спосіб здійснюють шляхом двостадійного стискання потоку повітря з підвищенням його температури, досягаючи незалежності від коливань температури навколишнього середовища. Затим потік повітря пропускають через надзвуковий імпульсний ежектор, в якому створюють додатковий потік повітря з атмосфери, розганяють потоки до надзвукової швидкості, вводять їх в режим протифазної пульсації і збільшений за масою потік розширюють в адіабатичному розширювачі. Для здійснення способу утилізації теплової енергії повітря запропонований пристрій, який містить два компресори першого і другого ступеня стискання, адіабатичний розширювач і надзвуковий імпульсний ежектор з входом для потоку стиснутого повітря від компресора другого ступеня стискання, входом для засмоктування з атмосфери додаткової маси повітря і виходом, зв'язаним з вхідним патрубком адіабатичного розширювача. Винахід забезпечує збільшення коефіцієнта перетворення теплоти повітря незалежно від температурних умов навколишнього середовища. UA 115842 C2 (12) UA 115842 C2 UA 115842 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі енергомашинобудування і стосується способів та теплових насосів для перетворення низькопотенційної енергії повітря навколишнього середовища в корисну роботу, електричну енергію або високопотенційне тепло. Винахід може бути використаний в галузі енергетики, автомобілебудування та інших галузях, які потребують теплової або електричної енергії. У винаході термін "утилізація" означає перетворення теплової енергії повітря в корисну роботу, електричну енергію або високопотенційне тепло для потреб споживачів. Відома велика кількість конструкцій теплонасосних пристроїв та способів використання низькопотенційної теплової енергії при перетворенні в механічну, електричну або високопотенційну теплову енергію, що базуються на зворотних термодинамічних циклах, добре вивчені і детально викладені в багатьох роботах. Спосіб роботи теплового насоса замкнутого типу відомий, наприклад, з джерела [1, С.С.312313]. Спосіб здійснений у тепловому насосі, розробленому фірмою Mitsubishi Electric [2]. Тепловий насос складається з компресора, конденсатора, розширювального вентиля і випаровувача. Компресор всмоктує газоподібний теплоносій із випаровувача і стискає його із збільшенням температури. Гарячий теплоносій подають в теплообмінник-конденсатор, який забирає теплову енергію газу і передає свою теплову енергію повітрю або воді, які циркулюють в теплообміннику. Теплоносій в теплообміннику конденсується і подається в розширювальний вентиль, в якому температура теплоносія знижується. Охолоджений теплоносій потрапляє у випаровувач, зв'язаний з навколишнім середовищем. В результаті частина тепла зовнішнього середовища (вода, повітря, ґрунт) переходить у внутрішню енергію теплоносія, який знову спрямовують в компресор. Недоліком описаних способу та пристрою є їх залежність від температури навколишнього середовища. Насос неефективний при низьких температурах навколишнього середовища і взагалі не працює при температурах, менших за мінус 25 °C. Крім того, у способі і пристрої передбачене використання як теплоносія токсичних або шкідливих для довкілля речовин. Характеристики теплового насоса погіршуються з ростом різниці між температурою теплообмінників високого і низького тисків. Тому для теплових насосів застосовують додаткове нагрівання теплоносія. Для інтенсифікації процесу нагрівання теплоносія і підвищення ефективності роботи насоса в конструкцію теплового насоса встановлюють вихорові камери, як, наприклад, в патенті РФ № 21394678 С1; струминні насоси, як, наприклад, в патенті України № 48481 А чи патенті США № 4250721; пароструминні ежектори, як, наприклад, в патенті РФ № 2306496 С1. Додаткові засоби ускладнюють конструкцію насоса, а підвищення ефективності роботи є незначним через зазначене вище ускладнення конструкції та збільшення витрат енергії на додаткову інтенсифікацію процесу. В тепловому насосі [3] для інтенсифікації процесу запропоновано підвищення температури і тиску теплоносія шляхом введення ежектора. Теплоносієм в тепловому насосі є рідина, переважно ртуть, яку нагрівають до високої температури, вона випаровується у випарнику і надходить до ежектора, в якому розширюється з надзвуковою швидкістю і змішується з більш легким газом, переважно воднем, який засмоктується до ежектора, має меншу швидкість і меншу температуру. Змішані в ежекторі носії мають більшу масу, потрапляють в турбіну з енергією, яку мав високотемпературний теплоносій, з меншим падінням тиску, яке відбулося б при використанні тільки одного теплоносія з високою молекулярною масою, і з температурою гальмування змішаних носіїв набагато нижчою, ніж температура гальмування тільки високомолекулярного теплоносія. Однак, описані спосіб і тепловий насос, що реалізує спосіб, мають значні недоліки. Це і необхідність використання як теплоносія небезпечних речовин, що робить теплонасос небезпечним для широкого використання, і потреба в певних затратах коштів та енергії нагрівання і випаровування рідкого теплоносія, і недостатня ефективність перетворення енергії теплоносія в корисну роботу, спричинена втратами енергії через турбулізацію газових потоків в камері ежектора при послідовному їх поданні в ежектор. Використання "безкоштовного" джерела тепла - повітря є дуже привабливим для спеціалістів з теплоенергетики. Тому способам, в яких як теплоносій використовується "безкоштовне" джерело тепла, і конструкціям насосів, що реалізують такі способи, приділяється велика увага, незважаючи на те, що повітря, як джерело тепла має невелику тепломісткість і коефіцієнт тепловіддачі. Наприклад, в способі роботи теплового насоса [4] розкрита технологія отримання з повітря навколишнього середовища високотемпературного джерела тепла. Спосіб реалізується шляхом розширення повітря з пониженням його температури нижче за температуру зовнішнього середовища, нагрівання його від зовнішнього середовища, стискання до заданого тиску і відведення тепла споживачу через теплообмінник. Після теплообмінника повітря із заданими параметрами тиску і температури подають до ресивера. Недоліком способу 1 UA 115842 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 є його недостатня ефективність, спричинена необхідністю підтримувати великі величини від'ємної температури, що потребує додаткових енергетичних витрат. Найближчим до винаходу, який заявляється, є спосіб утилізації теплової енергії повітря оточуючого середовища і пристрій, який реалізує спосіб [5]. Спосіб полягає у: адіабатичному стисканні потоку повітря в компресорі до тиску, при якому температура стиснутого повітря стає вище мінімальної температури кипіння води при атмосферному тиску; охолодженні стиснутого повітря в первинному контурі теплообмінника до температури, яка забезпечує відсутність заледеніння турбіни; і розширенні повітря в турбіні до нижчого тиску з пониженням температури. Охолоджене повітря подають через охолоджуваний об'єкт на вихід. Пристрій, який реалізує описаний спосіб, містить засіб у вигляді компресора для адіабатичного стискання повітря з підвищенням його температури, адіабатичний розширювач у вигляді турбіни, в якому знижуються тиск і температура повітря, теплообмінник-конденсатор, розташований між компресором і турбіною. При цьому вал турбіни з'єднаний з валом компресора. Роботу розширення повітря в турбіні використовують для обертання компресора, а нагріте в теплообміннику середовище використовують для нагрівання зовнішнього теплоносія, який циркулює у другому контурі теплообмінника, наприклад, гарячій воді. Недоліками способу та пристрою, який реалізує спосіб, є залежність коефіцієнта перетворення теплоти від температури навколишнього середовища, а також низький коефіцієнт перетворення теплоти через порівняно невелику масу повітря, засмоктувану компресором. В основу винаходу поставлена задача створити такий спосіб утилізації теплової енергії атмосферного повітря оточуючого середовища, в якому досягається високий коефіцієнт перетворення теплоти за рахунок введення додаткового ступеня регульованого нагрівання повітря та збільшення маси повітря, яке проходить через адіабатичний розширювач при заданих параметрах температури і тиску незалежно від умов навколишнього середовища. Також в основу винаходу, що заявляється, поставлено задачу створити такий пристрій для здійснення способу, в якому завдяки введенню додаткового компресора з керованим числом обертів та використанню в пристрої надзвукового імпульсного ежектора були б досягнуті високий коефіцієнт перетворення теплоти незалежно від умов навколишнього середовища. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб утилізації теплової енергії повітря оточуючого середовища, як і найближчий аналог, складається з адіабатичного стискання потоку повітря з підвищенням температури повітря; адіабатичного розширення потоку стиснутого повітря із зниженням його тиску та температури; відбору отриманої в результаті перетворення енергії. Згідно з винаходом, стискання потоку повітря здійснюють в два ступені. На першому ступені стискають потік повітря до заданої величини тиску і/або температури, незалежно від коливань температури навколишнього середовища. Після першого ступеня стискання потік повітря вводять на другий ступінь при значеннях параметрів тиску і/або температури, які отримані на першому ступені. Стиснутий на другому ступені потік повітря пропускають через надзвуковий імпульсний ежектор, в якому потік стиснутого повітря засмоктує додаткову масу повітря з атмосфери, утворюючи додатковий потік повітря. В ежекторі обидва потоки розганяються до надзвукової швидкості і вводяться в режим протифазної пульсації шляхом протифазного переривання їх подачі. Після виходу з ежектора збільшений за масою потік подають в адіабатичний розширювач. Переважним є виконання, при якому, згідно з винаходом, температура повітря перед другим ступенем його стискання становить 45-75 °C при контролюванні температури, і/або при контролюванні тиску його величина становить 0,8-1 атн (атмосфера надлишкова). При таких параметрах відбувається оптимальна робота другого ступеня стискання незалежно від температури зовнішнього середовища. При менших контрольованих параметрах величина потенційної енергії стиснутого повітря, що перетворюється в кінетичну енергію обертання робочого колеса адіабатичного розширювача, є недостатньою, а при більших тиску і температурі в атмосферу викидається нагріте повітря, тобто енергія стискання витрачається даремно. Згідно з винаходом, частину відібраної енергії використовують для обертання вала засобу для адіабатичного стискання, зв'язаного з валом адіабатичного розширювача, а іншу частину відібраної енергії можливо використовувати для перетворення в електричну енергію або в теплову енергію для нагрівання теплоносія в теплообміннику, що застосовується для систем централізованого опалення чи гарячого водопостачання. При цьому теплову енергію відбирають перед пропусканням потоку стиснутого повітря через надзвуковий імпульсний ежектор. Спосіб утилізації теплової енергії повітря оточуючого середовища може бути реалізований при використанні відповідного пристрою. 2 UA 115842 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пристрій для утилізації теплової енергії повітря оточуючого середовища містить засіб для адіабатичного стискання повітря з підвищенням температури повітря, адіабатичний розширювач, в якому знижуються тиск і температура повітря, та засіб відбору отриманої енергії. Згідно з винаходом, засіб для адіабатичного стискання повітря виконаний у вигляді двох компресорів: компресора першого ступеня стискання, який приводиться в дію від електроприводу з регульованим числом обертів, і компресора другого ступеня стискання, вхід якого з'єднаний з виходом компресора першого ступеню. Пристрій, крім того, містить надзвуковий імпульсний ежектор, який має вхід для потоку стиснутого повітря, зв'язаний з виходом компресора другого ступеня, вхід для засмоктування з атмосфери додаткової маси повітря та утворення в ежекторі додаткового потоку цього повітря, і вихід, зв'язаний з вхідним патрубком адіабатичного розширювача. При цьому ежектор має засіб для створення протифазної пульсації стиснутого і атмосферного потоків шляхом почергового перекривання входів зазначених потоків. Зазначений засіб може бути виконаний у вигляді клапанів, ковзних пар тощо, встановлених на вході стиснутого і атмосферного потоків. Адіабатичний розширювач може бути виконаний у вигляді турбіни, турбодетандера або турбодетандерного агрегата, який містить встановлені на одному валу компресор з направляючим апаратом і турбіну-детандер з регульованим сопловим апаратом, розташованим в корпусі. Згідно з винаходом, засіб відбору отриманої енергії при потребі у електроенергії складається із робочого колеса компресора другої стадії стискання, вал якого з'єднаний або виконаний як одне ціле з валом адіабатичного розширювача, та електрогенератора, вал якого з'єднаний або виконаний як одне ціле з валом адіабатичного розширювача. При потребі у нагріванні води систем централізованого опалення чи гарячого водопостачання засіб відбору отриманої енергії складається зробочого колеса компресора другої стадії стискання, вал якого з'єднаний або виконаний як єдине ціле з валом адіабатичного розширювача, та теплообмінника, встановленого між компресором другого ступеня стискання і входом для стиснутого газу в надзвуковий імпульсний ежектор. Суть винаходу пояснюють креслення. На фіг. 1 наведена принципова схема теплового насоса, в якому частину енергії перетворюють в електричну енергію; на фіг. 2 - принципова схема теплового насоса, в якому частину енергії перетворюють в теплову енергію для нагрівання систем централізованого опалення чи гарячого водопостачання; на фіг. 3 - схематичне зображення надзвукового імпульсного ежектора; на фіг. 4 - приклад кутових розмірів вікон засувок, їх кутового взаєморозміщення і циклограма активного і пасивного потоків; на фіг. 5 - схема циклу роботи теплового насоса на діаграмі Т - ΔS (температура - ентропія). Пристрій для утилізації теплової енергії повітря оточуючого середовища містить засіб для адіабатичного стискання повітря, який складається з двох компресорів: 1 і 5. Компресор 1 першого ступеня стискання встановлений на одному валу з електроприводом 2, який має регулятор 3 числа обертів електроприводу. Вихідний патрубок компресора 1 зв'язаний з вхідним патрубком компресора 5 другого ступеня стискання. Переважним є виконання пристрою, в якому компресор 5 є турбокомпресором, адіабатичний розширювач 4 є турбодетандером. Робоче колесо компресора 5, робоче колесо турбодетандера 4 встановлені на єдиному валу. Робоче колесо компресора 5, встановлене на єдиному з адіабатичним розширювачем 4 вала є засобом відбору частини отриманої енергії для перетворення в роботу обертання вала компресора 5. Можливе також виконання, в якому вали кінематично з'єднані між собою. Між вихідним патрубком компресора 5 і вхідним патрубком турбодетандера 4 встановлений надзвуковий імпульсний ежектор 6. Надзвуковий імпульсний ежектор 6 (див. фіг. 3) складається з контуру 12 формування надзвукового активного струменя за допомогою стиснутого повітря, з контуру 13 формування надзвукового пасивного струменя за рахунок всмоктування повітря із атмосфери та з камери 14 розгону струменів. Вихід 9 з камери 14 зв'язаний з вхідним патрубком турбодетандера 4. Вхід 7 контуру активного струменя зв'язаний з вихідним патрубком компресора 5, а вхід 8 контуру пасивного струменя - з атмосферою. Контур 12 активного струменя розташований всередині контуру 13 пасивного струменя. В ежекторі встановлений засіб для створення протифазної пульсації, який має вигляд ковзних пар 16-18 і 15-17 для переривання потоку струменів, розташованих на вході в кожному з контурів. На виході з кожного контуру ежектора встановлені надзвукові сопла 19 і 20 для розгону струменів до надзвукових швидкостей. Камера 14 розташована за соплом 20 пасивного струменю. Ковзні пари складаються в контурі 12 активного струменю з засувки 15, що обертається, і отвору 17 для проходження стиснутого повітря, а в контурі пасивного струменя - із засувки 16 і отвору 18 для проходження повітря з атмосфери. В засувках вирізані вікна, які мають певні кутові розміри і встановлені таким чином, щоб потоки струменів перекривались в протифазах, тобто, коли потік 3 UA 115842 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 активного струменя відкритий, то потік пасивного струменя закритий. Засувки обертаються за допомогою електродвигуна 21. На фіг.4 показані для прикладу кутові розміри вікон засувок, їх кутове взаєморозташування та діаграма відкриття і закриття потоків струменів в ежекторі в залежності від кута обертання засувок. Якщо пристрій передбачає утилізацію теплової енергії зовнішнього середовища в електроенергію, то в ньому встановлений електрогенератор 10 (див. на фіг. 1). Електрогенератор 10, вал якого кінематично зв'язаний з валом робочого колеса турбодетандера 5, і є засобом відбору частини отриманої енергії для перетворення її в електроенергію. Якщо пристрій передбачає утилізацію теплової енергії зовнішнього середовища для обігріву приміщень і гарячого водопостачання, в такому пристрої засобом відбору теплової енергії є теплообмінник 11, встановлений між вихідним патрубком компресора 5 і вхідним патрубком 7 для подання стиснутого повітря в надзвуковий імпульсний ежектор 6, як показано на фігурі 2. Спосіб утилізації теплової енергії атмосферного повітря оточуючого середовища здійснюють через реалізацію роботи пристрою, який працює таким чином. Повітря з атмосфери засмоктується в компресор 1, працюючий від електроприводу 2, система 3 управління, якого дозволяє змінювати його оберти в широких межах від 10000 до 150000 об./хв., залежно від температури довкілля. При низьких температурах довкілля, наприклад, мінус 10 °C, мінус 15 °C оберти становлять 130000-150000 об./хв. При більш високих температурах довкілля, оберти будуть зменшуватися до 60000-90000 об./хв. Система управління обертами електроприводу автоматично підтримує оберти компресора 1 такими, щоб тиск і температура на виході з нього відповідали заданим величинам, в межах 0,8-1 атн і 50-75 С, відповідно. Таким чином на виході з компресора 1 завжди будуть підтримуватися необхідний заданий тиск і температура повітря, перед подаванням його у вхідний патрубок компресора 2. У компресорі 2 маса повітря додатково стискається і нагрівається до необхідної заданої температури і тиску, відповідно, наприклад Т120-150 °C і Р5-6 атн. Якщо пристрій використовують для отримання електроенергії, потік стиснутого повітря з компресора 5 подають в ежектор 6, формуючи пульсуючий надзвуковий активний струмінь через ковзні пари 15-17. Пульсуючий надзвуковий активний струмінь в момент викиду створює в камері для розгону своєрідний газовий "поршень", за яким існує значне розрідження. За кожним газовим "поршнем" активного струменя в ежектор всмоктується порція атмосферного повітря, яка утворює пасивний струмінь повітря. В момент перекриття активного струменя відбувається відкриття пасивного струменя і навпаки, коли відкривається прохід для активного струменя, перекривається прохід для пасивного струменя. Як можна бачити на фіг. 4 перекриття струменів відбувається через певний проміжок часу. Кожний "поршень" активного і пасивного струменів набуває в ежекторі однакових надзвукових швидкостей за рахунок утворюваних перепадів тиску і використання сопел Лаваля. Експериментально було встановлено, що, коли швидкість об'єднаної маси потоків активного і пасивного струменів однакова зі швидкістю активного струменя, то практично відсутнє змішування порцій активного і пасивного струменів, які рухаються із надзвуковою швидкістю в камері 14 розгону струменів, тому практично відсутні турбулентні втрати енергії, що зменшують ефективність перетворення енергії тиску атмосфери в енергію засмоктаної маси повітря. А енергія об'єднаної маси буде більшою за енергію активного струменю і, відповідно, більшою за потенційну енергію повітря, яке було засмоктане з атмосфери у компресор 1. Збільшення загальної енергії сумарного потоку повітря, яке підводять до турбодетандера 4, призводить до збільшення його потужності. Оскільки колесо турбодетандера 4 встановлене на одному валу з колесом компресора 5 і електрогенератором 10, (або вали з'єднані між собою), то частина енергії з робочого колеса турбодетандера перетворюється при розширенні і охолодженні сумарного потоку повітря в роботу по обертанню вала компресора 5, а інша частина енергії перетворюється в роботу електрогенератора 10 і може бути використана, наприклад, для підзарядки акумуляторів електромобіля. Якщо пристрій використовують як тепловий насос тільки для опалювання приміщень і гарячого водопостачання (без відбору електроенергії споживачам), то після компресора 5 стиснуте і підігріте повітря подають в теплообмінник 11 (див. фіг. 2) для відбору тепла для вказаних вище цілей. В цьому випадку температура повітря на виході з теплообмінника 11 знижується, наприклад, до температури 80-85 °C, а тиск практично не змінюється (окрім невеликих втрат по тракту) і це повітря під тиском, наприклад, 5-6 ата подають на вхідний патрубок надзвукового імпульсного ежектора 6 в контур 12 активного струменя (див. фіг. 3). А воду з зовнішнього контуру теплообмінника, підігріту до температури 80-85 ºС, подають споживачам для опалення і гарячого водопостачання. В ежекторі 6 відбуваються всі описані 4 UA 115842 C2 5 10 15 20 вище процеси, за виключенням того, що температура стиснутого повітря буде нижчою. І відповідно, зменшена енергія в турбодетандері 4 перетворюється тільки в роботу обертання компресора 5. На фіг. 5 наведена діаграма Т-ΔS (температура-ентропія) циклу роботи запропонованого теплового насоса у варіанті, коли енергія утилізується в роботу на обертання вала компресора 5 і роботу обертання вала генератора 10. Ентропія повітря зовнішнього середовища прийнята за точку відліку (тобто на графіку це точка ΔS=0). На відрізку 1-2 компресор 1 адіабатично стискає атмосферне повітря, піднімаючи температуру від Т 1=263К (-10 °C) до Т2317К (+44 °C), на відрізку 2-3 збільшення температури до Т 3472К (+199 °C) відбувається за рахунок стискання повітря компресором другого ступеня 5. Відрізки 1-2, 2-3 і 4-5 вертикальні, тобто процеси мають однакову ентропію, оскільки адіабатичні процеси є ізоентропічні. Після ежектора 6 за рахунок значного збільшення маси потоку повітря і збільшення загальної енергії потоку ентропія зростає до 0,21 кДж/(сК) або 0,21 кВт/К, а температура за рахунок додаткової маси атмосферного повітря знижується до Т4298К(+25 С) (відрізок 3-4). В турбодетандері газ розширюється при зниженні температури до Т5=241 К (-32 С) (відрізок 4-5) з виконанням роботи обертання вала компресора 4 і обертання вала генератора 10. Повітря з турбіни викидається в атмосферу. Хоча цикл запропонованого теплового насоса розімкнутий, але його умовно можна замкнути відрізком 5-1, трактуючи викид в атмосферу як ізобарне змішування повітря, що викидається, з повітрям атмосфери. Тоді заштрихована площа по величині дорівнює теплоті Q, яку запропонований тепловий насос забирає з атмосфери довкілля і утилізує її, а ефективність насоса буде охарактеризована коефіцієнтом перетворення СОР, який вираховується по виразу: COP  Q , N ел.дв. де N ел.дв . - потужність електродвигуна 2 в кВт., а теплота Q вираховується за формулою: 25 Q T3  T1   T4  T5  S5 . 2 В таблиці, що наведена нижче, зазначені параметри циклів роботи насоса для чотирьох станів навколишнього середовища від мінус 10 °C до плюс 5 °C, які підтверджують велику енергетичну ефективність запропонованого винаходу, незалежно від умов навколишнього середовища. 30 Таблиця №№ пп Назва параметра Розмірність Параметри повітря атмосфери 1. Тиск ата 2. Температура (Т1) °С 3. Об'ємна витрата л/с 4. Масова витрата кг/с Параметри повітря після стискання 1-го ступеня 5. Тиск ата 6. Температура (Т2) °С 7. Об'ємна витрата л/с 8. Потужність компресора кВт Параметри повітря після стискання 2-го ступеня 9. Тиск ата 10. Температура (Т3) °С 11. Об'ємна витрата л/с 12. Потужність компресора кВт Параметри повітря після ежектора 13. Тиск ата 14. Температура (Т4) °С 15. Об'ємна витрата л/с 16. Масова витрата кг/с Параметри повітря після розширення в турбіні 17. Температура (Т5) °С 5 Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 Приклад 4 1 -5 63,1 0,0832 1 0 64,3 0,0832 1 +5 65,5 0,0832 1 -10 62,0 0,0832 1,9 +49 39,8 3,6 1,9 +54 40,9 3,6 1,9 +59 41,9 3,6 1,9 +44 38,8 3,6 7,6 +206 14,8 10,4 7,5 +213 15,2 10,5 7,5 +221 15,6 10,7 7,7 +199 14,4 10,2 2Д 30,2 208,0 0,5 2,0 35,6 214,0 0,5 2,0 41,0 220,1 0,5 2,1 24,8 202,0 0,5 -26 -21 -16 -32 UA 115842 C2 Таблиця №№ пп Назва параметра 18. Об'ємна витрата 19. Потужність турбіни Потужність 20. електрогенератора 21. COP Розмірність л/с кВт кВт Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 Приклад 4 348,6 355,9 363,2 341,3 16,2 16,3 16,3 16,1 5,8 5,6 5,9 7,2 5,7 7,3 7,4 7,1 5 Джерела інформації: І.Буляндра О.Ф. Технічна термодинаміка:- К.: Техніка, 2001.-320с. 2. http://www.mitsubishielectnc.com.ua/heat-pumps.pdf. Mitsubishi Electric Энергоэффективные технологии в отоплении и вентиляции. Каталог тепловых насосов, 2015. 3. Патент США № 4439988, публ. 1984 р. 4. Патент РФ № 2273809 С2, публікація 2006 р. 5. Патент ЕР № 0231116 А2, публ. 1987 р. (найближчий аналог). 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 45 50 1. Спосіб утилізації теплової енергії повітря оточуючого середовища, що включає адіабатичне стискання потоку повітря з підвищенням його температури, адіабатичне розширення потоку стиснутого повітря із зниженням його тиску та температури і відбір отриманої енергії, який відрізняється тим, що стискання потоку повітря здійснюють в два ступені, причому на першому ступені стискають потік повітря до досягнення заданої величини тиску і/або температури, незалежно від коливань температури атмосферного повітря навколишнього середовища, а на другий ступінь потік повітря вводять при значеннях параметрів тиску і/або температури, отриманих на першому ступені, потім стиснутий потік повітря після другого ступеня подають до надзвукового імпульсного ежектора, в якому зазначений потік засмоктує додаткову масу атмосферного повітря, утворюючи додатковий потік повітря, потоки розганяють до надзвукової швидкості, вводять в режим протифазної пульсації шляхом протифазного переривання їх подачі, і збільшений за масою потік подають в адіабатичний розширювач. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що температура повітря перед другим ступенем його стискання становить 45-75 °C при контролюванні температури, тиск становить 0,8-1 атн при контролюванні тиску. 3. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що частину відібраної енергії використовують для обертання вала засобу для адіабатичного стискання, зв'язаного з валом адіабатичного розширювача, а іншу частину відібраної енергії використовують для перетворення її в електричну енергію. 4. Спосіб за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що частину відібраної енергії використовують для обертання вала засобу для адіабатичного стискання, зв'язаного з валом адіабатичного розширювача, а іншу частину відібраної енергії перетворюють в теплову енергію для нагрівання теплоносія теплообмінника, яку відбирають перед надходженням потоку стиснутого повітря в надзвуковий імпульсний ежектор. 5. Пристрій для утилізації теплової енергії повітря оточуючого середовища, який містить засіб для адіабатичного стискання повітря з підвищенням його температури, адіабатичний розширювач, в якому знижуються тиск і температура повітря, засіб відбору отриманої енергії, який відрізняється тим, що засіб для адіабатичного стискання повітря виконаний у вигляді компресора першого ступеня стискання, який приводиться в дію від електроприводу з регульованим числом обертів, і компресора другого ступеня стискання, вхід якого з'єднаний з виходом компресора першого ступеня, при цьому пристрій містить надзвуковий імпульсний ежектор, який має вхід для потоку стиснутого повітря, зв'язаний з виходом компресора другого ступеня, вхід для засмоктування з атмосфери додаткової маси повітря з утворенням додаткового потоку цього повітря і вихід, зв'язаний з вхідним патрубком адіабатичного розширювача, при цьому ежектор має засіб для створення протифазної пульсації стиснутого і атмосферного потоків шляхом почергового перекривання входів зазначених потоків. 6. Пристрій за п. 5, який відрізняється тим, що засіб відбору отриманої енергії складається з робочого колеса компресора другої стадії стискання, вал якого з'єднаний або виконаний як одне ціле з валом адіабатичного розширювача, і електрогенератора, вал якого з'єднаний або виконаний як одне ціле з валом адіабатичного розширювача. 6 UA 115842 C2 7. Пристрій за п. 5, який відрізняється тим, що засіб відбору отриманої енергії складається з робочого колеса компресора другої стадії стискання, вал якого з'єднаний або виконаний як одне ціле з валом адіабатичного розширювача, і теплообмінника, встановленого між компресором другого ступеня стискання і входом для стиснутого газу в надзвуковий імпульсний ежектор. 7 UA 115842 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8