Спосіб перетворення теплоти рідкого теплоносія в механічну роботу

1. Спосіб перетво рення теплоти рідкого теплоносія в меха нічну роботу, заснований на використанні енергії те плового і фа зового розши рення тепловіддавача і теплоприймача, в процесі їх те плообміну, який відрізняється тим, що як тепловіддавач використо вують підлідну во ду, а як теплоприймач - охолоджуючу рідину, що не замерзає в звичайних умовах з температурою кипіння більше + 4°С і з робочою температурою менше 0°С, при цьому процес теплообміну між водою і охолоджуючою рідиною здійснюють в умовах дії на них відцентрових сил в те плообміннику. Який оберта ють в вакуумному середовищі, при цьому до початку процесу те плообміну воду і охолоджуючу рідину спрямовують окремими потоками від осі обертан A 2 (19) 1 3 41697 4 тепловіддавача і те плоприймача у процесі їхнього користання енерговитрат. Як охолоджуючу рідину теплообміну. можна використовувати солону во ду, ети ловий Однак ККД і ефективність способу є недостатспирт, ртуть і т.д. німи. Це пояснюється тим, що в перетворенні тепЗ термодинаміки відомо, що в процесі теплолоти теплоносія використо вують особливу легкообміну між двома робочими тілами змінюється їхвипарювану рідину, яку переводять спочатку у фаня густо та. У заявленому способі, завдяки оптимазу пари для здійснення роботи, а потім пару перельному вибору робочих тіл і їхніх параметрів, гусводять у рідину шляхом сти скання компресором і тоти їх до теплообміну будуть завжди вище. ніж піохолодження. Для цього потрібні значні енерговитсля теплообміну. А завдяки тому, що те плообмін і рати, які знижують ККД. рух рідин здійснюють в обертовому те плообмінниВ основу винаходу покладена задача - знизити ку, причому до те плообміну їх направляють від осі енерговитрати, а, отже, підвищити ККД способу обертання теплообмінника, а потім, після теплообперетворення теплоти рідкого те плоносія в меха німіну - до осі, то стало можливим одержувати два чну роботу за рахунок технічного результату, що силових потоки через різницю відцентрових сил, полягає в оптимальному ви борі робочих тіл, їхніх що діють на об'єми рідин з різною густиною. Це запараметрів і умов те плообміну між ними. безпечує збільшення ККД. Для досягнення цього результату в способі пеЗавдяки тому, що процес теплообміну роблять ретворення теплоти рідкого теплоносія в меха нічну з умови охолодження води до утворення твердої роботу, заснованому на використанні енергії теплофази у виді льодової крихти через загальну стінку вого і фазового розширення тепловіддавача і тепсуміжних камер теплообмінника, по яким потоки лоприймача, у процесі їхнього те плообміну; як тепспрямовують до осі обертання, стало можливим виловіддавач використовують підлідну воду, а як тепкористовувати теплоту кристалізації води (теплоту лоприймач - охолоджуючу рідину, не замерзаючу в фазового переходу) для підігріву о холоджуючої ріприродних умовах, з температурою кипіння більше дини та істотно збільшити різницю тисків між об'4°С, при цьому процес теплообміну між водою й ємами води і льодової крихти. Останнє пояснюєтьохолоджуючою рідиною здійснюють в умовах дії на ся великою різницею між густиною води і щільністю них відцентрових сил у теплообміннику, що обертальоду (густина води 1000 кг/м 3, а щільність льоду ється у вакуумному середовищі, причому, до почат917 кг/м 3), що також сприяє підвищенню ККД. ку процесу теплообміну воду й охолоджуючу рідину Зазначені відмінні ознаки є істотними для рінаправляють окремими потоками від осі обертання шення поставленої задачі, тому во ни включені в теплообмінника, а після процесу те плообміну - до перший пункт фо рмули винахо ду. осі обертання, крім цього, процес теплообміну здійНаступні відмінні ознаки є додатковими. снюють за умови охолодження води до утворення Завдяки тому, що пото ки води й охолоджуючої твердої фази у вигляді льодової крихти через загарідини розташо вують у те плообміннику симетричльну стінку суміжних камер, по яких потоки рідин нано відносно осі обертання і на рівній відста ні від правляють до осі обертання. неї, стало можливим одержувати найбільшу рі зниПри цьому потоки води й охолоджуючої рідини цю тисків в обох потоках, не викликаючи при цьорозташовують у те плообміннику симетрично щодо му зміни енергії обертання теплообмінника (скільйого осі обертання і на рівній відстані від неї, а ки в масовому відношенні рідин іде від осі обервхід ци х пото ків у те плообмінник і вихід з нього тання, стільки ж і приходить). Це сприяє додаткоздійснюють через співвісні з віссю те плообмінника вому підвищенню ККД.канали, які ізольовані один від одного. Крім цього, вхід потоків робочих тіл у те плообОдночасно з цим режим охолодження води мінник і вихід з нього здійснюють через співвісні з здійснюють у два е тапи: спочатку наморожують товіссю теплообмінника канали, які ізольовані один нкий шар льоду в камері охолодження води на тевід одного, а це робить неможливим перехід те пплообмінну сті нку, на яку попередньо наносять челообмінника в роботу відцентрового насоса, а террез шар електроізолятора плівковий опір, а потім моізоляція каналів виключає передчасний тепловидаляють шар льоду з теплообмінної стінки тепобмін між рідинами на вході в теплообмінник і ловим ударом, який формується за рахунок прохоутво рення льодової пробки на вихо ді з теплообдження імпульсу струму че рез плівковий опір. мінника. Це також сприяє додатковому підвищенМіж відмінними ознаками винахо ду і досягнуню ККД. тим технічним результатом існує причинно-наслідЗавдання використання теплоти рідкого теплоковий зв'язок. носія вирішено нетрадиційним шляхом і технічний Завдяки вибору в якості теплоносія і фазозмінрезультат не випливає з очевидністю з відомих споного робочого тіла підлідної води, а в якості теплособів перетворення теплоти в механічну роботу. приймача - охолоджуючої рідини, що не замерзає На кресленні показана принципова блок-схе ма в природних умовах, з те мпературою кипіння більпристрою з поздовжнім розрізом теплообмінника, ше 4°С і з робочою температурою менше 0°С, стащо реалізує заявлений спосіб перетво рення тепло можливим виключити використання особливої лоти рідкого теплоносія в механічну роботу. легковипарюваної рідини для перетворення теплоДаний пристрій містить теплообмінник 1, вакути в механічну роботу і, разом з цим, виключити умну камеру 2, електропровід 3, підшипники 4 і 5, енерговитрати в парофазових перетво реннях рідитурбогенератор 6, охо лоджуючу батарею 7, тур бони, а, отже, підвищи ти ККД. генератор 8, накопичувач льодової крихти 9. Крім цього, обрані температурні параметри роУ констр укцію оберто во го теплообмінника 1 бочих тіл дозволяють здійснюва ти твердофазові вхо дять: перетворення води для здійснення роботи без ви- вхідний канал 10 для подачі підлідної води; 2 5 41697 6 - вхідний канал 11 для подачі охо лоджуючої рімим робочий цикл; дини (етилового спирту з те мпературою tF2, то му що густи на охолоджую[ DP2 = 2 × ( r1 - r 2 ), Па], чої рідини до теплообміну бі льше, ніж після те п2 лообміну; що еквівалентно вишині водяного стовпа - під дією різниці F1 і F2 охолоджуючу рідину Н2=769,5 м (Н2=DР2×10-4, м) направляють до турбогенератора 6, а потім - до Для нагрівання m=1 кг етилового спирту від t1= радіатора 7 для охолодження, завершуючи тим са-20°C до t=0°C потрібно Q2=48600Дж теплоти 3 7 41697 8 Загальний ККД потоків, що відповідає ККД спо[Q1=m×Ce.c.×(t1-t 2) Дж]. Робота, яка виконується етиловим спиртом собу, складає h=22,9% (h=h1+h2), без ура хування масою m=1 кг в потоці те плоприймача складає втрат на тертя в підшипниках і в потоках рідини, а А2=7548 Дж (А2=9,81 mН2, Дж). з врахуванням втрат - 20%, що перевищує КПД Коефі цієнти корисної дії силового потоку те ппрототипу в 8-10 раза. лоприймача h2=15,5% [h2=(A2/Q 2)-100%]. Фіг. 1 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул. Сім’і Хохлови х, 15, м. Київ, 04119, Україна Тел.: (+38044) 456-2090 4