Пароосмотичний агрегат парового двигуна

Реферат: Пароосмотичний агрегат парового двигуна являє собою посудину, розподілену селективною мембраною на відсіки А і В так, що в обох відсіках знаходяться розчини єдиної рідини з речовинами відповідно А і В. При цьому селективна мембрана має бути прозорою для зазначеної єдиної рідини, але повністю непрозорою для речовин А і В, єдина рідина буде перебувати в обох відсіках у осмотичній рівновазі і відносній температурній рівновазі. Розчин А повинен мати дві властивості низьку температуру кипіння та при цій температурі з нього має випаровуватись виключно єдина рідина. Розчин В повинен мати високу температуру кипіння. При цьому пара з відсіку А має здійснити певну корисну роботу і після того потрапити до відсіку В, де вона конденсується у розчин і через селективну мембрану знову потрапляє до відсіку А. Якщо у обох відсіках температура підвищиться до температури кипіння розчину А, то розчин В залишиться у стані звичайної рідини без ознак кипіння, і розпочнеться теоретично необмежена у часі циркуляція єдиної рідини. UA 87009 U (12) UA 87009 U UA 87009 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі енергетики, а саме до пристроїв з замкненим циклом. РСТ (WO) код: F 01 K 25/04. Відомим є пристрій - осмотичний насос, де використано елемент з селективною мембраною, що перетворює енергію осмосу у механічну енергію потоку рідини (US Patent №0052279608 А 61 Μ 5/14 date of patent Jan. 18, 1994). Проте даний пристрій розраховано на малі потоки рідини і разовий характер дії. Відома також осмотична енергоустановка безперервної дії з енергоперетворювачем, який використовує енергію осмосу (енергію змішування різномінералізованих розчинів через напівпроникну мембрану) - патент Российской Федерации RU 2 271 463 С2 МПК F03B 17/00 (2006.01) F04B 17/00 (2006.01), заявка 2003118972.06, 26.06.2003. Проте вона призначена виключно для перекачування високомінералізованих вод за умови подання через трубопровід прісної води і за умови дії насосів. Даний пристрій і подібні йому не пристосовані до замкненої циркуляції рідини. Загальнорозповсюдженими є пристрої із замкненою циркуляцією речовини (води, фреону тощо), де використано випарування рідини (тобто даної речовини) у певному нагрівальному агрегаті (наприклад, паровому котлі) з подальшою корисною роботою пари даної речовини, що витрачає на це свою енергію і потім змову повертається до нагрівального пристрою. Проте для потрапляння речовини назад до нагрівального пристрою завжди обов'язково використовується насос, бо інакше не виникло б циркуляції саме у заданому напрямку. Запропонований у патентній заявці пристрій дозволяє забезпечити таку циркуляцію без насоса, за рахунок використання енергії осмосу - енергії змішування різномінералізованих розчинів через напівпроникну (селективну) мембрану. Тобто він являє собою пристрій, що функціонально поєднує паровий котел універсального призначення, з енергоперетворювачем, який використовує енергію осмосу. Таким чином, запропонований пристрій не має прямих аналогів. Пароосмотичний агрегат парового двигуна являє собою посудину, розподілену селективною мембраною на відсіки А і В таким чином, що у обох відсіках знаходяться розчини єдиної рідини (наприклад, води) відповідно з речовиною А і речовиною В (наприклад, сірчана кислота H2SO4 як речовина А і хлорид літію LiCl як речовина В). При цьому селективна мембрана має бути прозорою для зазначеної єдиної рідини, але повністю непрозорою для речовини А і речовини В, тобто ця єдина рідина буде перебувати в обох відсіках у осмотичній рівновазі і відносній температурній рівновазі. Тобто селективна мембрана не повинна істотно заважати теплообміну між відсіками А і В. При цьому розчин єдиної рідини з речовиною А повинен мати дві властивості: низьку температуру кипіння і те, що при цій температурі з нього має випаровуватись виключно єдина рідина. При цьому розчин єдиної рідини з речовиною В повинен мати високу температуру кипіння. При цьому пара з відсіку А має здійснити корисну роботу у робочому агрегаті (наприклад, прокрутити парову турбіну або зігріти приміщення) і після того потрапити до відсіку В, де вона конденсується у розчин і через селективну мембрану знову потрапляє до відсіку А. Таким чином, якщо у обох відсіках температура досягне температури кипіння розчину єдиної рідини з речовиною А, то розчин єдиної рідини з речовиною В при цьому залишиться у стані звичайної рідини без ознак кипіння. Таким чином, розчин єдиної рідини з речовиною В буде внаслідок конденсації в ньому пари чистої єдиної рідини постійно розбавлятися єдиною рідиною, а розчин речовини А з єдиною рідиною, навпаки, внаслідок випарювання єдиної рідини буде ставати все більш концентрованим. Виникне осмотичний тиск єдиної рідини з відсіку В до відсіку А, і почнеться відповідна дифузія єдиної рідини з відсіку В до відсіку А через селективну мембрану. Отже, розпочнеться циркуляція єдиної рідини за схемою «відсік А - пара - робочий агрегат - пара - відсік В - селективна мембрана - відсік А». Таким чином буде досягнуто економію енергії, яку витрачають на роботу насоса. Крім того, коефіцієнт корисної дії даного пристрою можна ще значно підвищити за рахунок використання розчинів з позитивною температурою змішування єдиної рідини з речовиною А і речовиною В, бо очевидно, що застосування розчинів з негативною теплотою змішування, навпаки, призводило б до додаткового охолодження пристрою. На кресленні зображено: 1. Шлях циркуляції єдиної рідини 2. Відсік А з розчином єдиної рідини та речовини А 3. Відсік В з розчином єдиної рідини та речовини В 4. Селективна мембрана 5. Стінки посудини 6. Робочий агрегат 7. Випарювання 8. Конденсація 1 UA 87009 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Пара речовини буде конденсуватися у розчині цієї речовини, якщо температура кипіння розчину вище за температуру цієї пари чистої речовини. Зокрема, у статі проф. А.В. Шубникова //Наука и жизнь. - № 9. - 1984. - с. 76-78 викладено простий експеримент проф. Крапівіна. Сутність експерименту полягає в тому, що якщо з посудини, де кипить чиста вода, відвести за допомогою трубки пару у іншу посудину, наприклад, з насиченим водяним розчином кухонної солі (NaCl), то пара (з температурою 100 °С) буде конденсуватися у цій посудині, доки розчин не досягне своєї власної температури кипіння (110 °С). Реально існують селективні мембрани, здатні очищувати воду (або іншу рідину), зокрема, від солей, лугів та кислот. При цьому їх часто оновлюють (очищують) за допомогою сірчаної кислоти (наприклад: осмотична мембрана CSM-RE8040-BE. Дивись також сайт "Мембранные технологии очистки сточных вод": http://enviropark.ra/course/view.php?id=8). Мембрани, що здатні працювати у середовищі сірчаної кислоти, добре відомі і широко використовуються. Наприклад, у патенті US-A-3244620 описаний метод діалізу для відділення сильної кислоти від суміші з полімером за допомогою аніонної мембрани. Також широко відомі мембрани з високою теплопровідністю, придатні для високотемпературного застосування: див., наприклад, патент RU 2446855 С2. Робота подібних мембран є набагато ефективнішою, якщо вони діють у напрямку дії осмотичного тиску, як це відбувається у нашому випадку. При концентрації хлориду літію LiCl у водному розчині 37% та стандартному атмосферному тискові температура кипіння його складає приблизно 131 °С (http://www.lennox.ua/html/sprav/head6.php). а при концентрації сірчаної кислоти у водному розчині 38 % та стандартному атмосферному тискові температура кипіння її складає приблизно 112 °С (Справочник сернокислотчика. - М.: Химия, 1971. - С. 105). Отже, є принципово можливим знаходження у єдиній посудщині у стані осмотичної рівноваги двох різних розчинів тієї ж самої рідини (наприклад, води), один з яких кипить, а другий - ні. "При нагріванні та кипінні водних розчинів сірчаної кислоти, що містять до 70 % H2SO4, в парову фазу виділяються тільки пари води" (Малина И.К. Серная кислота / Большая советская энциклопедия, 3-е изд., т. 23. - С. 304). Отже, принципово можливим є такий описаний нами пристрій, у якому з розчину випарювалась би виключно робоча речовина. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Пароосмотичний агрегат парового двигуна, що містить пристрій, основним елементом якого є посудина, розподілена селективною мембраною на відсіки А і В таким чином, що в обох відсіках у осмотичній рівновазі і відносній температурній рівновазі знаходяться розчини єдиної рідини (наприклад, води) відповідно з речовиною А і речовиною В (наприклад, сірчана кислота H2SО4 як речовина А і хлорид літію LiCl як речовина В), селективна мембрана має бути прозорою для зазначеної єдиної рідини, але повністю непрозорою для речовини А і речовини В, і також мати високу теплопровідність, при цьому розчин єдиної рідини з речовиною В має високу температуру кипіння, а розчин єдиної рідини з речовиною А має низьку температуру кипіння, при цій температурі випаровується виключно єдина рідина, пара з відсіку А має здійснити певну корисну роботу у робочому агрегаті (наприклад, прокрутити парову турбіну або зігріти приміщення) і після того потрапити до відсіку В, де вона конденсується у розчин та через селективну мембрану знову потрапляє до відсіку А, таким чином, коли у обох відсіках температура досягне температури кипіння розчину єдиної рідини з речовиною А, то розчин єдиної рідини з речовиною В залишиться у стані звичайної рідини без ознак кипіння, розчин єдиної рідини з речовиною В, внаслідок конденсації в ньому пари чистої єдиної рідини, буде постійно розбавлятися єдиною рідиною, а розчин речовини А з єдиною рідиною - навпаки, внаслідок випарювання єдиної рідини буде ставати все більш концентрованим, що сприяє виникненню осмотичного тиску єдиної рідини з відсіку В до відсіку А, і починається відповідна дифузія єдиної рідини з відсіку В до відсіку А через селективну мембрану, далі розпочнеться циркуляція єдиної рідини за схемою "відсік А - пара - робочий агрегат - пара - відсік В селективна мембрана - відсік А". 2. Агрегат за п. 1, який характеризується тим, що джерелом розігріву є додання до відсіку А або В самої єдиної рідини, якщо ці розчини мають високу позитивну температуру змішування даної єдиної рідини з речовиною А і речовиною В (наприклад, змішування води з сірчаною кислотою H2SО4 тa хлоридом літію LiCl). 2 UA 87009 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3