EA005701B1 - Принципы и система генерирования энергии и получения питьевой воды - Google Patents

Abstract

Предложены способ и система генерирования энергии, использующие явления изменения скрытой теплоты фазового перехода текучих сред в зависимости от температуры и скорости повышения теплоты при сжатии, которые были применены к термодинамическим циклам, представленным в колоннах (190, 193, 199). Было показано, что тепло может циркулировать и что вывод энергии с использованием генератора (194) может быть повышен с помощью катализаторов. Практические схемы показали, что достигнутый в настоящее время коэффициент полезного действия 45% для тепловых электростанций может быть удвоен. Схемы компоновок в соответствии с настоящим изобретением позволяют получать энергию из неиспользованного тепла на участках (185, 188) и позволяют экономить воду, необходимую для охлаждения тепловых электростанций.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к фундаментальным принципам комбинирования различных видов энергии и к системам для преобразования энергии в другой вид энергии, и, в частности, для преобразования тепловой энергии в электроэнергию, главным образом, за счет ускорения свободного падения, в соответствии с усовершенствованием способов и систем, описанных в патенте Южноафриканской Республики номер 97/1984 и в заявке на патент 98/8561, которая еще не была опубликована.

Известный уровень техники

Обозначение: Глубина ниже поверхности обозначена как ζ, причем положительные ее значения обозначают направление вниз; д означает ускорение свободного падения и т означает массу. Для целей данной заявки термин:

Ν представляет собой отношение значений двух энергий, таких как два значения скрытой теплоты фазового перехода (энергия, необходимая для перевода тела из одного агрегатного состояния в другое);

Диаграмма Т-8 означает представление на графике со шкалами температуры и энтропии, состояния текучей среды, подвергаемой изменениям температуры и энергии;

Работа представляет собой одну из форм энергии;

Цикл означает термодинамический цикл Т-8, как представлено на диаграмме Т-8 и/или в системе циркуляции массы, работающей в замкнутой петле;

Предварительный нагрев означает увеличение энергии и/или энтропии текучей среды;

Орошение означает добавку текучей среды (сред) с низким значением энтропии к текучей среде (средам) с высоким значением энтропии для уменьшения высокого значения энтропии формируемой текучей среды. Более низкий уровень предела высокого значения энтропии для состояния энтропии также может быть достигнут путем выделения тепла и/или при неполной подаче тепла в текучую среду;

Энергетический цикл включает термодинамический цикл (циклы), применяемый для получения большего выхода энергии, чем количество энергии, затраченное на завершение цикла. В обычном энергетическом цикле текучая среда находится под давлением, испаряется или газифицируется при добавлении тепла, давление ее снижается при выполнении работы, затем она сжижается при удалении тепла в непрерывном процессе так, что формируется цикл.

В настоящем документе энергетический цикл включает цикл, в котором в текучей среде с низким значением энтропии, которая была предварительно нагрета и в ней было произведено орошение до какого-то удобного уровня, повышают давление, главным образом, используя силу притяжения земли, затем давление этой текучей среды частично понижают для получения энергии, далее ее нагревают до более высокого уровня энтропии путем подачи тепла, дополнительно снижают ее давление путем подъема против силы притяжения земли, флуидизируют или превращают в жидкость путем отбора тепла в непрерывном процессе так, что формируется цикл. Уровень энтропии энергетического цикла соответственно понижается до более выгодного значения путем предварительного нагрева и/или орошения для получения меньшей остаточной работы на цикл и для производства в общем большего количества работы на совместно работающий противоцикл охлаждающей текучей среды.

Цикл охлаждения означает обычный цикл, в котором, по большей части, тепло выделяется при высокой или высокой и промежуточной температуре (температурах), и потребляется при низкой или низкой и промежуточной температуре (температурах), и потребляет и производит тепло и работу при циркуляции. Текучую среду (среды), главным образом, газ или пар с высоким уровнем энтропии, сжимают до значительного уровня под действием силы притяжения Земли при снижении высоты в колонне, преобразуют в пар или в жидкость так, что образуется текучая среда с низким уровнем энтропии путем освобождения или отбора тепла так, что она становится жидкостью, и/или паром, или предварительно нагретым паром, для того, чтобы она имела пониженный уровень энтропии, производится механическое сжатие текучей среды с низким уровнем энтропии и ее давление существенно снижается под действием силы тяжести при движении вверх по колонне, текучая среда с пониженным уровнем давления, нагретая при приеме тепла, становится газом или паром или производится ее орошение так, что образуется текучая среда с высоким уровнем энтропии, затем ее рециркулируют так, что образуется непрерывный цикл.

Противоцикл означает цикл, работающий противоположно, по сравнению с другим циклом. В данном документе противоцикл включает два термодинамических цикла, работающих как комбинация энергетического цикла и цикла охлаждения, главным образом, в том смысле, что цикл охлаждения ограничивает работу энергетического цикла и в комбинированном противоцикле потребляется тепло и производится энергия. Обычно температурный диапазон цикла охлаждения должен быть более холодным на холодном конце и более горячим на горячем конце этих двух термодинамических циклов. В данном документе доминирование цикла охлаждения над энергетическим циклом поддерживается в том смысле, что энергия, вводимая в цикл охлаждения, поддерживает выполнение противоциклов, даже если две или большее количество текущих сред цикла смешиваются для работы при одинаковых температурах.

Для целей данной заявки производство энергии в противоцикле получается при работе энергетического Т-8 цикла внутри или до границы Т-8 цикла охлаждения.

- 1 005701

Тепловые двигатели и системы охлаждения хорошо известны в данной области техники и по отношению к ним широко применяется теоретический анализ. Типично такие системы работают в замкнутых контурах текучей среды.

В тепловых двигателях текучую среду сжимают и затем нагревают для повышения температуры и давления. Сжатая текучая среда затем производит работу, обычно приводя в движение турбину, после чего тепло и энергию удаляют из системы так, чтобы текучую среду можно было опять подвергнуть сжатию. В общем, текучая среда будет находиться в жидком состоянии перед нагревом и в газообразном состоянии или в состоянии перегретого газа после нагрева.

В системах охлаждения текучая среда в газообразном и/или текучем состоянии механически сжимается и/или сжатие производится, главным образом, с помощью силы притяжения Земли, при этом текучая среда нагревается. Тепло отбирают в теплообменнике и/или смесителе текучей среды и удаляют из охлаждающей текучей среды. После этого в сжатой текучей среде снижают давление, главным образом, против действия силы тяжести и/или при выполнении работы и она охлаждается при испарении. При более низком уровне давления текучая среда частично или полностью испаряется, поглощая тепло при низкой температуре. Пар и/или жидкость с низким давлением затем сжимают механически и/или под действием силы притяжения Земли для повторения цикла.

Типичные примеры использования тепловых двигателей представляют собой электростанции, и примеры систем охлаждения можно представить домашними холодильниками. Некоторые системы охлаждения шахт выполняют работу, направленную на снижение внутренней, потенциальной, кинетической энергии и/или энергии гравитации.

Хотя электростанции и системы охлаждения хорошо работают, они также являются неэффективными из-за ряда факторов, таких как механическая и термодинамическая неэффективность, присущая оборудованию, используемому для работы и из-за необходимости рассеивания тепла и/или энергии.

В патенте Южноафриканской Республики № 97/1984 описан способ выполнения работы циклическим образом. Этот способ отличается тем, что газ и жидкость сжимают до значительной степени в колоннах под действием силы тяжести.

Используемые при этом свойства известного уровня техники представляют собой петли гистерезиса, кинетическую энергию и обычное использование диаграммы Т-8.

Другие свойства вышеописанного патента позволяют передавать тепло в цикле (циклах) так, что оно используется при преобразовании энергии, используя противоциклы текучей среды при различных значениях температуры, потребляя тепло на низком уровне температуры и даже тепло замерзания воды в процессе производства электроэнергии.

Вышеуказанный патент дополнительно направлен на систему, предназначенную для выполнения работы, по существу, как описано выше, содержащую замкнутый контур, определяющий канал потока, причем этот контур ориентирован таким образом, что содержит верхний и нижний концы, и так, что действие силы тяжести создает заранее определенную разность давления в текучей среде, находящейся между концами канала потока.

Поэтому патент включает охлаждение воды под действием силы тяжести и выработку электроэнергии в противоциклах, используя текучие среды, имеющие различный выход скрытого тепла. В новой заявке заявлены новые версии вышеуказанного патента, которые изменяют академические принципы, для создания установок, предназначенных для практического использования, как описано в примерах и показано на чертежах.

Совместно находящаяся на рассмотрении полностью оформленная заявка на патент Южноафриканской Республики настоящего заявителя № 98/8561 пока еще не принята и не была опубликована. В ней описаны способы, предназначенные для выполнения работы с помощью способа протовоцикла, включая орошение энергетического цикла в степени до 50%. В настоящей заявке описано переменное орошение и/или предварительный нагрев до 50% или выше, при этом давление газа и жидкости значительно повышают и снижают под действием силы тяжести, причем этот способ отличается тем, что плотность текучей среды в колонне повышается при орошении пара жидким компонентом текучей среды или при орошении его катализирующей текучей средой, или путем орошения его любой текучей средой. Новая заявка включает орошение с помощью внутренних противоциклов аналогичной текучей среды (сред) или смесей текучих сред, причем степень орошения превышает 50%.

В неопубликованной заявке на патент 98/8561 дополнительно описан способ, предназначенный для выполнения работы в термодинамическом противоцикле, в котором разность температур для передачи тепла получается при использовании двух текучих сред с различной скоростью повышения теплоты по мере увеличения глубины шахты, которые используются таким образом, что на мелких глубинах шахты тепло перетекает из одной текучей среды в другую, и на большей глубине создается обратное протекание тепла между текучими средами. Теперь это было расширено на текучие среды с аналогичной скоростью повышения теплоты и на непрерывное изменение в энтропиях смесей текучих сред.

Продолжение определений терминов и описание чертежей приводится далее без ограничения настоящего изобретения при использовании сокращений. Описания примеров и чертежей представляют

- 2 005701 собой только местные описания. Фундаментальная теория будет применятся универсально, и выходя за пределы примеров.

Известный уровень техники, включая патент ΖΑ 971984, представлен на фиг. 1 и в следующем примере, который является теоретически правильным, но непрактичным.

Пример известного уровня техники: на основе патента ΖΑ 971984, пример 2, можно вычислить, что энергия может производиться в соответствии с диаграммой, изображенной на фиг. 1 настоящего документа. Колонны или шахты длиной 3574 м, пронумерованные 2, 3, 4 и 5, заполнены газом С318 и/или паром, жидкостью С318, жидкостью НЕС134а и паром и/или газом НЕС134. Входной теплообменник 8 балансирует отбираемую энергию в точке 9. Передача тепла происходит в теплообменниках 6 и 7. Выход энергии составляет 14,8 кДж/кг.

Неприемлемость длины шахты и теплообменников 6 и 7 обсуждается в данном тексте со ссылкой на фиг. 14 и 17 настоящей заявки.

В термодинамике большинство операций, включающих тепло, может быть описано в виде классической диаграммы Т-5, изображенной на фиг. 3, по точкам состояния 20, 21, 22, 23, 24, 25 и 20. Цепочки предварительного нагрева и орошения представлены на фиг. 3. Если тепло прикладывается в точке 20, текучая среда становится предварительно нагретой (предположим) до состояния 26. Если энергия (давление, то есть работа) прикладывается в точке 26, состояние изменяется до состояния точки 27, которое также представляет собой состояние предварительного нагрева. Энтропия точек 20 и 21 повышается в точках 26 и 27. Аналогично, состояние газ в точках 24 и 25 изменяется на пар при отборе тепла, до состояния 23, 28 и 29. Новый термин орошение подразумевает, что снижается высокий уровень энтропии перегретого газа или газа в состояниях 24, 25 и 23.

Применение предварительного нагрева и орошения, в конечном счете, изменяет форму условной диаграммы Т-5 на прямоугольную или квадратную форму такую, как 26, 27, 28, 29, 26. В такой диаграмме Т-5 с модифицированной формой устранен перегрев, и ниже обычно применяется такая ее форма.

В патенте 97/1984 указано, что цикл охлаждения окружает энергетический цикл (циклы), как показано с помощью диаграмм Т-5 на фиг. 4 и 5.

Существенный момент известного уровня техники представлен на фиг. 6, 7 и 8. Нормальное состояние 47 диаграммы Т-5 и нормальная длина шахты 48 находятся во взаимном противоречии, как показано пунктирными линиями между точками 47 и 48. Замена схемы состояния 47 на 49 с использованием вращения или инверсии, как определено в патенте ΖΑ 971984, приводит размеры в соответствие.

Петля гистерезиса Т-Х, изображенная на фиг. 18, является известной, но ее применение по отношению к фиг. 20 является новым.

Компоненты энергии являются хорошо известными. В изобретениях используется ссылка на потенциальную энергию в форме ускорения свободного падения и создаваемую при впрыске кинетическую энергию.

Цель изобретения

Настоящее изобретение направлено на способ и систему, предназначенные для преобразования тепла в электроэнергию путем расширения принципов известного уровня техники с улучшениями и дополнениями по отношению к способам и системам, описанным в предыдущих патентах. Настоящая заявка отличается от предыдущих патентов тем, что в ней предлагаются рабочие схемы производства электроэнергии и схемы систем охлаждения, в которых постороннее тепло преобразуется в энергию в 4, 3 или 2 рабочих схемах шахты. В ней используется подробная информация по практическому поведению термодинамических текучих сред, и используются изменения в поведении материала, связанные с вызванными изменениями в свойствах и уровнях энтропии текучих сред и катализаторов.

Описание изобретения

Настоящее изобретение представляет собой дополнение известного уровня техники и в нем описаны новые способы. Настоящее изобретение включает принципы изобретенной теории, обеспечение баланса тепла, практические конструкции, внутренние противоциклы, новые технологии, предназначенные для увеличения выхода с применением противоциклов с предварительным нагревом и орошением, и т.д. Циклы приводятся в действие путем внутреннего нагрева или путем применения сжатия под действием силы тяжести на Т-5 диаграммах измененной или равной температурой. Это увеличивает выход, как показано на фиг. 9. Противоциклы в двух колоннах основаны на новых интерпретациях петли гистерезиса, подвергаемой действию ускорения свободного падения, с использованием Ν-кратных противоциклов и с учетом регулирования температур в верхней и в нижней частях шахт, как показано на фиг. 19 и 20. Предпочтительная схема с использованием трех колонн имеет высокую степень управляемости при управлении только скоростью перекачки. В ней применяется новый принцип Т-5 диаграммы внутреннего противоцикла, которая изображена на фиг. 13. В новый состав текучих сред в схеме с тремя колоннами может входить любое отдельное вещество или смеси многих веществ, к которым предъявляются только требования безопасности, негорючести, определенной вязкости, плотности и т.д. Последняя характеристика плотность становится свойством конструкции по мере того, как повышение давления ограничивает размер физической схемы и улучшает рабочие характеристики. Например, аммиак может быть сжат так, что объем паров уменьшится от 323 л/кг при давлении 0,382 МПа до 25 л/кг при 4,8 давлении МПа.

- 3 005701

Двуокись углерода, как одиночная текучая среда, используемая в противоцикле, работает при температурах ниже температуры окружающей среды и это повышает приток побочной энергии. Уровни давления в такой конструкции соответствуют известному уровню техники в отношении давления в подземных шахтах и используются в технике горных разработок, а также в новом свойстве, в соответствии с настоящим изобретением, для подвода энергии для выполнения работы без загрязнения окружающей среды. Такие вещества, как аммиак и двуокись углерода, сами по себе, действуют на воду как катализаторы. Настоящее изобретение распространяется на все текучие среды.

Описание чертежей

На фиг. 1 представлена схема, включающая четыре рабочих шахты 2, 3, 4 и 5, заполненные двумя термодинамическими жидкостями, которые не показаны. Тепловая энергия преобразуется в электроэнергию в точке 9. Такая система работает постоянно, если насос 10 циркуляции поднимает жидкость в направлении стрелки 4. Жидкость образуется в теплообменнике 7 и испаряется в теплообменнике 6. Вторая текучая среда конденсируется в обратном порядке, в теплообменниках 7 и 6. Вторая текучая среда в колонне 3 сжимается под действием силы тяжести, приводя в движение генератор в точке 9, и при этом может потребоваться использовать компрессор 11 пара. Подробное описание приведено в примере известного уровня техники.

На фиг. 2 изображены сечения возможных модификаций колонн 2, 3, 4 и 5, используемых в схеме 1. Схема 12 является предпочтительной конструкцией, поскольку оболочка 13 поддерживает общее давление текучей среды в системе и оболочки 14, 15 и 16 поддерживают только парциальное давление. В зависимости от давления текучих сред, применяемых в конструкции, три внутренних оболочки колонн могут быть, предпочтительно, выполнены внутри друг друга или рядом друг с другом, так, чтобы происходила наилучшая компенсация давления. Это также относится к случаю, когда используются только три или две колонны.

На фиг. 3 изображена классическая и известная диаграмма Т-8 состояния между точками 20, 21, 22, 23, 24, 25 и 20. В диаграмме Т-8 может быть выполнен предварительный нагрев, в соответствии с конструкцией, например, по линии 26-27. Аналогично, может производиться орошение по линии 28-29. Следует отметить, что получаемая в результате диаграмма Т-8 представляет собой прямоугольник 26, 27, 28, 29, относится только к текучей среде, и в ней отсутствует перегретый газ.

На фиг. 4 изображен энергетический цикл 33, полностью окруженный циклом 32 охлаждения. Соответственно, цикл охлаждения, в котором прикладывается тепло с.|| и поглощается выделенное тепло с|₂, полностью доминирует над действием энергетического цикла. Нестабильность в диаграмме 31 имеет место в точках, где энергия любого типа или формы поступает или отводится. Можно предположить, что электроэнергия отбирается в цикле 33, и что баланс восстанавливается для диаграммы 31, благодаря подводу тепловой энергии в циклы 32 или 33.

На фиг. 5 изображены два энергетических цикла 34 и 35, которые окружены циклом 36 охлаждения. Если циклы 34 и 35 являются одинаковыми, двойное значение результирующей энергии из цикла 34 может превысить значение результирующей энергии, потребляемой циклом 36. Это означает, что результирующая энергия производится при работе по циклу 44. Предыдущее обозначение двойная ниже будет называться Ν-кратная.

Выход избыточной энергии в циклах 34 и 35 противоречит первому закону термодинамики до тех пор, пока не будет подводиться тепло, скажем, на этапе 39. Если тепло на этапе 40 плюс 41 будет меньше, чем тепло на этапе 39, N должно быть больше, чем два, и результирующая энергия, получаемая в цикле 44, может быть повышена от двух раз до N раз, если дефицит тепла на этапе 39 не будет чрезмерным. Тепло может подаваться в циклах 40 и 41 до уровня, пока нагрев на этапах 38, 42 и 43 горячего конца не будет сбалансирован. В этом случае число N может быть дополнительно увеличено, по сравнению с вышеописанным случаем.

На фиг. 6-8 позицией 46 обозначена схема, включающая шахту или колонну 48, и две Т-8 диаграммы. Обычная Т-8 диаграмма 47 является такой же, как и диаграмма 49, за исключением того, что величины Т и 8 представлены в обратном направлении. На фиг. 8 рабочая колонна может быть непосредственно смоделирована шахтой. Для обычной Т-8 диаграммы 47 линии моделирования пересекаются.

Замечание: Если не учитывать трение, килограмм текучей среды в состоянии в верхней части фиг. 48 может находиться в свободном состоянии и может быть опущен на дно, где текучая среда примет состояние дна шахты. Она может быть возвращена наверх в исходное состояние. Анализ показывает, что изменение содержания тепла вдоль длины шахты 48 будет таким же, как и изменение содержания тепла вдоль линии работы по фиг. 8, только на определенной глубине шахты, которая обозначена как ζ.

На фиг. 9 изображен график повышения выхода энергии в соответствии с уровнем энтропии смачивания текучей среды НР80, при условии, что энергетический цикл НР80 окружен циклом охлаждения. Повышение выхода энергии в связи с шахтами происходит, исходя из общего выхода энергии, который равен меньшему выходу цикла орошения, умноженному на большее количество N циклов внутри цикла охлаждения.

Фиг. 10-13 изображают диаграмму, представленную на фиг. 3, повернутую на 180°. Обычный цикл, изображенный на фиг. 10, может быть разбит на энергетический цикл 134, 135, 131, 132, 133, 134 и цикл

- 4 005701 охлаждения 134, 135, 130, 126, 127, 134. Эти два цикла создают внутренний противоцикл. Энергетический цикл и цикл охлаждения представлены отдельно на фиг. 11 и 12. Эти два цикла могут работать одновременно в вертикальных шахтах равной длины. Первая шахта заполнена газом и/или компонентом 142-143 пара. Третья шахта содержит компоненты, которые находятся в состоянии 127, 128 и 129, и эта шахта представляет собой шахту для жидкости, предназначенную для перекачки жидкости в верхнюю часть. В промежуточной шахте компоненты 141-134 и 149-134 смешиваются в верхней части, и давление одних компонентов повышается, благодаря другим компонентам, при проходе вниз в нижнюю часть диаграммы Т-8 в состояние от 135 до 152. В этом состоянии может происходить выделение энергии до состояния 135. Здесь пар с пониженным давлением может разделяться для завершения компонентов 135159 и 135-154 цикла.

После завершения двух внутренних противоциклов по фиг. 13 энергия выходит из системы, и это может создать дефицит энергии, которой обычно может быть компенсирован путем подвода тепла вдоль линии 153-160. В отсутствие нагрева система по фиг. 10-13 создает общее замерзание. Она выводит энергию без компенсации. Стабильность достигается при подаче тепла.

На фиг. 14 и 15 изображены предпочтительные схемы ряда примеров, используемых для производства энергии в физических схемах с тремя колоннами. Коническая форма шахт позволяет повысить кинетическую энергию жидкости, например, на участке 172, для накопления кинетической энергии, что снижает физические размеры системы и ее общий объем. Это создает лучшее условие для состояния выделения энергии. Схема, изображенная на фиг. 14, содержит жидкость на участках 173 и 175, и пар в остальных полостях. На фиг. 15 представлено предпочтительное сечение через энергетическую установку с использованием 3 колонн. На ней изображена схема, в частности, приспособленная для использования каталитического воздействия, такого, как смешение воды и текучих сред на основе аммиака, воды и двуокиси углерода, или воды и сжатого воздуха. Рассеивание производится на участке разбрызгивателя 187, подвод тепла на участке 188 и/или 185, смешение, впрыск и создание кинетической энергии на участке 189. Смешанную массу сжимают и ускоряют перед проходом через участок генератора 194 электроэнергии. На участке генератора 194 производится циркуляция компонентов воды с помощью насоса 195 и пар, такой как газообразный аммиак, поднимается через участок 198 для завершения всех циклов.

На фиг. 16 изображена схема, где пар 78, протекающий горизонтально, приобретает кинетическую энергию на участке 82, так, что увеличивается его скорость, повышается давление и т.д. на выходе из колонны на участке 81. Кинетическая энергия может использоваться при откачке жидкости на участке 79, сжатии жидкости в насосе 80 для изменения состояния пара.

На фиг. 17 изображена схема выработки электроэнергии, работающая по схеме четырех рабочих шахт, при этом на участке 86 содержится жидкая двуокись углерода под давлением, которая поступает из участка 105 и распределяется на участке 90, путем разбрызгивания в поступающий пар (89) Я125 так, что он конденсируется при испарении двуокиси углерода. Пары двуокиси углерода тяжелее, чем пар Р125 и протекают в нижнюю часть шахты 87, где конденсируются на участке 99, формируя жидкость на участке 105, которая возвращается в цикл. Двуокись углерода формирует циклы охлаждения. Я125 формирует энергетический цикл, испаряясь на участке 100, получая тепло от СО₂, причем пары более низкой плотности проходят в верхнюю часть колонны 89, охлаждаются при подъеме, сжижаются на участке 94, протекают вниз по участку 88, производя гидравлическую энергию на участке 97, после чего распыляются на участке 98 и повторно испаряются. Поскольку N больше единицы, генерируемая энергия будет больше, чем энергия, подводимая с двуокисью углерода. Вырабатываемая энергия должна быть компенсирована путем добавления тепла на участках 102, 83 и/или 101.

На фиг. 18 изображена известная петля Т-Х между двумя жидкостями Х₁ и Х₂, которые смешиваются в пропорции X от 0 до 100%. Если Т имеет положительное значение по направлению вниз, аналогично ζ, линия 56 петли представляет собой линию равновесия конденсации жидкости и линия 57 представляет собой линию равновесия испарения газа. В симметричной петле, обозначенной цифрой 55, две температуры кипения двух чистых жидкостей будут одинаковыми.

На фиг. 19 представлено изменение петли гистерезиса двух жидкостей в результате сжатия под действием силы тяжести от точки 73 в верхней части колонны до точки 74 в нижней части колонны. Если скорости повышения температуры при увеличении давления этих двух текучих сред не будут одинаковыми, эти две петли гистерезиса будут развернуты, как показано на диаграмме 63. Если петли будут представлять собой зеркальное отображение, и линия, относящаяся к шахте, проходит через центры петель, в верхней и нижней частях шахты формируется равное количество газа и жидкостей. Вращение может быть создано, как описано ниже по отношению к фиг. 20. Нагрев изменяет рабочую температуру от 68-69 до 70-71. В точке 70 большая часть жидкости XI конденсируется, и меньшее количество Х₂ испаряется в точке 71. Это вызывает нестабильность текучей среды колонны, которая может производить энергию. Это также может компенсировать неравные количества скрытой теплоты этих двух текучих сред.

На фиг. 20 изображена диаграмма Т-Х, которая соответствует примерам 8 или 10 со смешанной текучей средой внутри рабочих систем с двумя или четырьмя колоннами, предназначенными для производства энергии без механического сжатия или с меньшей степенью механического сжатия. Линии 23/24

- 5 005701 и 25/26 имеют неравную длину. Правильный выбор температурного интервала по мере модификации с кинетической энергией приведет к тому результату, что определенная текучая среда будет точно N раз испаряться в верхней части и в нижней части для максимального производства. Соответствует узлу 77 по фиг. 16.

Фиг. 21: шахты 117 и 111 являются вертикальными, первая предназначена для сбора жидкости, движущейся под действием силы тяжести для производства энергии на участке 115, вторая шахта 111 передает нагретый пар, который не конденсируется, вертикально так, что он теряет температуру, и соединяется с наклонной шахтой 109. Жидкость, конденсирующая на участке шахты 109, собирается, и последовательно передается через набор труб 116 в вертикальную колонну 117 для орошения и ускорения жидкости. Каждый трубопровод имеет частично заполненную И-образную петлю, предназначенную для устранения разности давления газообразного пара между шахтами 117 и 109.

На схеме, представленной на фиг. 21, газы, такие как СО₂ и К125, производят энергию без перекачки, поскольку К125 будет подниматься по участкам 111 и 109 для охлаждения, сжижения и для орошения смешанной текучей среды. Плотные пары СО2 будут завершать два цикла для выделения энергии путем перегонки, как показано на фиг. 20.

Фиг. 22 изображает две рабочие колонны 203 и 202 для пара. Газ циркулирует при нагреве на участке 206, и энергия отбирается на участке 201. Система кинетической энергии отсасывает жидкость на участке 204, прикладывает энергию впрыскивания на участке 205 и производит управление производством энергии.

На фиг. 23 представлены кривые температуры, давления и отношения растворенного в воде аммиака, которые используются в примерах. Цикл смешения текучих сред начинается в точке 165 и он может подвергаться изотермическому повышению давления в шахте до состояния 164. Сжатая смесь выделяет тепло в переходном состоянии. Если выделяемое тепло поглощается при постоянном давлении, изменяется состояние жидкости с состояния в точке 165 до состояния точки 168 или состояния между точками 168 и 164, в соответствии с использованием выделяемого тепла.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение относится к термодинамике, и основано на двух законах. С учетом первого закона можно утверждать, что при ядерных реакциях происходит преобразование массы в энергию. Второй закон соблюдается точно, когда он применяется в соответствии с его определением, например, в цикле Карно или в одиночной диаграмме энтропии-температуры (диаграмма Т-8) . При этом отсутствуют какие-либо упоминания второго закона в отношении противоциклов Т-8. Новые исследования были проведены по определению влияния других видов энергии, кроме тепловой энергии и энергии работы, в отношении диаграммы Т-8, таких как ее комбинация с кинетической энергией и т.д., действующих одновременно. Известный уровень техники представлен на фиг. 1, 2 и 3, противоциклы представлены на фиг. 4 и множественные противоциклы на фиг. 5. Циклы Т-8 с температурой, представленной на положительной оси и отрицательной оси, изображены на фиг. 6 и 8 для иллюстрации того, что компонент состояния на диаграмме Т-8 может моделировать текучую среду в колонне 48. Обычная диаграмма Т-8, изображенная на фиг. 6, не подходит для настоящего описания.

Подробное описание тепла, температуры, давления и работы позволяет разделить Т-8 циклы, как показано на фиг. 10. Два фрагментарных цикла вместе с силой тяжести и растворами каталитических паров изображены на фиг. 11 и 12, и комбинация двух фрагментарных диаграмм совместно с силой тяжести, представлена на фиг. 13. Избыток производимой работы 135-152, за вычетом подводимой энергии, может быть отобран без каких-либо дополнительных ссылок на потребность и подачу тепла. Эта работа представляет собой работу, выполняемую под действием силы тяжести, или химическую работу, которая привносится с использованием термодинамики. Диаграммы, представленные на фиг. 13, показывают, что работа может выполняться без подачи тепла. Это приведет к замораживанию системы. Для достижения стабильности необходимо подавать тепло. Это тепло может подводиться в любом рабочем положении на фиг. 13. Если подводимое тепло приходит из окружающей среды, применение настоящего изобретения приведет к замораживанию окружающей среды.

Большое количество тепла используется при рециркуляции по меньшей мере одного цикла системы противоциклов по меньшей мере в двух рабочих колоннах для преобразования тепловой энергии в энергию работы при использовании силы тяжести и химической энергии. Количество тепла в двух системах текучей среды может быть одинаковым. Один из циклов может доминировать над термодинамическим поведением другого. Одна из текучих сред может сжижаться при перемещении вверх вдоль одной из колонн. Текучая среда в жидкой форме в одной из колонн может использоваться для орошения текучей среды в другой колонне, и при этом конденсированная текучая среда может испаряться. Разность в плотности текучей среды может создавать разность давлений в нижней части колонн. Может быть выполнена такая компоновка, что разность давлений позволит выводить энергию и может потребовать подвода тепла.

Комбинированная масса множества циклов может привести к излишнему теплосодержанию в текучей среде на вынужденном промежуточном уровне энтропии текучей среды (сред) в шахтах, что позволяет преобразовывать тепло в энергию.

- 6 005701

В системе может использоваться двуокись углерода или, главным образом, двуокись углерода, для формирования преобразователя противоцикла и/или для рециркуляции противоцикла для превращения тепловой энергии в энергию работы.

Система может работать с колонной (колоннами) и текучей средой (средами) при орошении, а также при очень значительном предварительном нагреве, который может быть равен или превышает 50%, при условии, что орошение плюс предварительный нагрев не превышает 100%.

Система может рециркулировать энергию в одном или большем циклах в противоциклах для преобразования тепловой энергии в другой вид энергии с коэффициентом полезного действия до 100%.

В первом аспекте настоящее изобретение представляет собой генератор энергии, в котором используется комбинация принципов термодинамики, катализаторов и силы тяжести во внутренних противоциклах Т-8 и работы под действием силы тяжести, как показано на фиг. 10-13. Переменное действие катализатора не показано. Предпочтительная схема изображена на фиг. 15, включая положение, где применяются соответствующие номера 134, 135, 152, 159 и 160 состояний по фиг. 13. Состояние 134 на чертежах не предопределяет энтропию точки 134. Поэтому процентное отношение орошения и предварительного нагрева не являются заранее определенными. В колонне 193 используется жидкость и пар в колоннах 192 и 199 на фиг. 15. Точки 159 и 160 состояний используются в колонне 199 для имитации текучей среды с низким уровнем энтропии. Для обеспечения циркуляции должен использоваться насос 195.

Пример 1. Процесс 8саге1: используется внутренний процесс противоцикла Т-8 на текучей среде, состоящей из чистого СО₂ и воды, работающий при температуре -8°С и давлении 2,8 МПа, и 60% орошений, плюс 40% предварительно нагрева в вертикальной колонне высотой 286 м. Результаты вычислений показали, что минимальный выход энергии составляет 1,52 кДж/кг СО₂ (цикл - 4 килограмма). Для получения 120 мегаватт потребуется, чтобы циркулировало 315,2 тонны в секунду СО₂, и общая масса текучей среды в трех шахтах по фиг. 15 должна составлять 30047 тонн СО₂, протекающего со средней скоростью 3 м в секунду. Как показано на фиг. 2, три колонны установлены в круглой шахте диаметром 2 8,4 м.

Пример 2. Процесс Еаше: Для получения энергии 120 мегаватт по примеру 1 требуется подводить тепло при -8°С, эквивалентное 120 мегаватт. Подводимое тепло может отбираться из воды, запасы которой имеют температуру 10°С, которая охлаждается так, что образуется лед с температурой 0°С. Килограмм воды выделяет при замерзании 352 килоджоуля тепла. Полноразмерный процесс Еаше позволит получать 1225,2 т льда в час, из которого можно будет получать 0,882 миллиона килолитров питьевой воды в месяц, в дополнение к выработке энергии в соответствии с примером 1.

Во втором аспекте в настоящем изобретении указано, что тепло должно подаваться в каком-либо месте на фиг. 14 и 15, в противном случае, в соответствии с первым аспектом, работа установки приведет к неопределенному замораживанию. Тепло должно подаваться при любой температуре, превышающей точки состояния по фиг. 13. Большинство примеров расчетов начинаются при температурах ниже точки замерзания. Тепло может поступать из проточной воды, которая может замораживаться. Если загрязненная вода или морская вода замерзает, лед не будет содержать химических загрязнителей. Компоненты загрязнителей могут отделяться и использоваться. Изо льда при таянии получается пригодная для потребления вода, которую обычно стерилизуют, чтобы ее можно было использовать для питья.

Развитие второго аспекта показывает, что система по первому аспекту представляет собой глобальную морозильную установку, которая применяется во всех случаях использования замораживания.

По третьему аспекту в настоящем изобретении заявлено, что энергия, требуемая для орошения разбрызгиванием, может быть получена из разбрызгиваемой воды, что разбрызгивание с охлажденной орошающей водой приводит к меньшим испарениям разбрызгиваемой воды и обеспечивает лучшее качество орошения почвы.

Пример 3. Отбор тепла из проточной воды, применяемой при разбрызгивании или для снабжения населенного пункта так, что генерируется 300 киловатт энергии при использовании шахты глубиной 40 м. Энергия 300 киловатт достаточна для обеспечения работы ирригационной системы, распределяющей воду, или для удовлетворения потребности в электроэнергии района города. Понижение температуры проточной воды на 5°С снижает испарение разбрызгиваемой воды при ее распределении. Может использоваться снижение температуры больше, чем на 5°С. Диаметры колонн для привода систем разбрызгивания составляют 1,8 м для сжатого воздуха, 1,5 м для колонны смеси, 0,29 м для колонны воды и, если две меньших колонны установлены внутри большой колонны, ее диаметр должен составлять 2,2 м.

В четвертом аспекте настоящего изобретения заявлена принципиальная схема, представленная на фиг. 14, 15 и 17, в которой предполагается рециркуляция энергии. Для поддержания стабильности в схеме по фиг. 13 требуется, чтобы энергия отбиралась на участке 135-152 по фиг. 13, и такое же количество тепла возвращалось для завершения внутреннего противоцикла, в связи с ускорением под действием силы тяжести.

Жидкость, протекающая по тепловому пути Т-8, в теоретически замкнутом термодинамическом цикле, фактически представляет собой в идеале циркулирующую систему с характеристиками для ввода и вывода на граничных значениях.

- 7 005701

В других областях техники и коммерции непрерывное использование вещества называется рециркуляцией. Она часто происходит без изменения самого вещества. При рециркуляции термодинамических противоциклов может получаться большее количество работы без потребления пропорционально большего количества тепла. Скорость потока в одном или в обоих циклах по фиг. 13 может изменяться.

Нестабильность, вызываемая избытком подачи тепла и/или меньшим производством энергии, будет систематически повышать общую температуру аналогично нагревателю. Стабильность может быть достигнута при отводе тепла, аналогично тепловым электростанциям.

Рабочая схема установки может быть нестабильной и может временно удовлетворять граничным условиям. Рециркуляция может приводить к повышению производства энергии без существенного повышения подвода тепла аналогично холодильнику, или аналогично ситуации при закрытии тепловой электростанции. Уровень температуры всей схемы будет при этом понижаться, и она будет работать как глобальная замораживающая установка. Стабильность достигается при выполнении одного из условий:

• потребление тепла из окружающей среды • подвод тепла, уходящего из системы • охлаждение другой установки • прекращение работы.

Очевидно, что текучая среда электростанции с внутренним противоциклом, как описано выше, может быть рециркулирована, или цикл может производиться при рециркуляции одного цикла в соответствии с конструктивными техническими характеристиками и граничными условиями.

Между условиями, описанными выше, стабильная рециркуляция энергии, номинальный подвод тепла и отвод энергии может привести к преобразованию тепла в другой вид энергии с коэффициентом полезного действия, приближающимся к 100%.

Пятый аспект настоящего изобретения представляет собой работу в соответствии с предыдущими аспектами с использованием текучих сред, которые не являются вредными для здоровья. Наиболее часто используемые для жизнеобеспечения текучие среды представляют собой воду и воздух, которые используются в примере 4. Аммиак является хорошим катализатором, но при этом является вредным для здоровья людей. Для примера предположим, что 120 мегаватт должны производиться в трех колоннах длиной 96 м, что температура поступления тепла составляет 4°С, и орошение составляет 60%.

Пример 4. Процесс 1а)а: Используется предпочтительная схема по фиг. 15 для циркуляции катализатора воздуха и воды под давлением 3,0 МПа. Вода находится на участках 196, 193 и 187, и воздух проходит по участку колонны 199 через подачу тепла на участке 185. Он смешивается с водой на участке 187, сжимается на участке 192, и отдает энергию на участке генератора 194. Начальная температура на участке 187 составляет 4°С, что позволяет подводить тепло на участке 185 от неиспользованного тепла на тепловых электростанциях, воды или вентиляции шахт. Вычисления, произведенные для скорости потока 10 м/с, показали, что 120 мегаватт генерируются при рециркуляции 2931 т воды и 1961 т воздуха, которые заполняют колонны высотой 96 м. Выемка грунта для колонны составляет 55,3 х 10³ м³. В данном примере увеличение рабочего давления от 3,0 до 3,084 МПа используется в донной части шахты на уровне 96 м.

В данной схеме могут использоваться 3 колонны со средним диаметром 23,3 м (воздух), 19,2 м (смесь) и 3,7 м (вода), или 3 колонны в одной шахте диаметром 28 м. Для уменьшения диаметра может быть увеличена глубина шахты.

Шестой аспект представляет собой пример 4 с уменьшенным масштабом, так, чтобы установка могла быть установлена в работающей шахте для снабжения электроэнергией и одновременного кондиционирования воздуха шахты.

Пример 5. Процесс Еаше: Сравнение энергии, вырабатываемой гидравлическим средством, с энергией, вырабатываемой с помощью одного из способов в соответствии с настоящим изобретением. Последний потребляет энергию при понижении температуры воды на 5°С. Дано: плотина Вандерклооф (Уаи6егк1оо£ бит) позволяет производить гидроэлектрическим способом 120 МВт при потреблении до 217 кубометров в секунду воды при гидравлическом напоре, достигающем 96 м. В способе в соответствии с настоящим изобретением, испытуемым здесь, используется орошение 20% газа К125 СЕС, смешанного с двуокисью углерода в четырех колоннах высотой 96 м. Тепло, выделяемое для снижения температуры потока 217 м³/с воды на 5°С, эквивалентно 4542 МВт. Это в 37,85 раза больше, чем объем выработки электроэнергии гидроэлектрической установкой на плотине Вандерклооф.

В приведенном для сравнения способе в соответствии с настоящим изобретением используется орошение 20% К125 для повышения выхода в соответствии с фиг. 17, и используется кинетическая энергия для управления процессом.

Седьмой аспект настоящего изобретения состоит в применении каталитического действия при производстве энергии. Это улучшает коэффициент полезного действия схемы, изображенной на примерах 6 и 7.

Пример 6. Показывает, что каталитическое действие может применяться вместе с выработкой энергии во внутреннем противоцикле. Как показано на фиг. 23, начало происходит в состоянии 165 для массы, состоящей из 15% газообразного аммиака при давлении 0,3 МПа и температуре 290 К, 35% жидкой

- 8 005701 воды и 50% газообразного азота или другой не реагирующей текучей среды при давлении 8,0 МПа и 290 К. В соответствии с законом Дальтона общее давление должно составлять 8,3 МПа и после снижения высоты на 250 м, как показано на фиг. 15, давление на участке 198 должно составлять 8,4 МПа. Изотермически 15% газообразного аммиака должны полностью раствориться в воде и высвободить 180 килоджоулей тепла на 1-килограмм текучей среды. В соответствии с данной конструкцией большая часть этого тепла будет потребляться в газообразном аммиаке, с образованием последующей передачи энергии. На промежуточном этапе нагретая среда отдает тепло для производства энергии. Рециркуляция жидкости производится с помощью насоса 195, и газообразный аммиак будет циркулировать по участкам 198 и 199 для повторного орошения на участке 187 для завершения циклов. Точный выход энергии на участке 194 составит больше чем 10 кДж/кг текучей среды, в зависимости от конструкции.

Пример 7. Каталитическое действие в примере 6 будет работать в механической схеме, состоящей из компрессора (компрессоров) и/или центрифуги (центрифуг) для сжатия, и расширителя (расширителей) для производства энергии, и теплообменника (теплообменников) для подвода тепла для завершения внутренней диаграммы Т-8 противодействия, изображенной на фиг. 13.

Примеры 6 и 7 демонстрируют, что чувствительность к давлению и температуре растворимости аммиака в воде (фиг. 23) может использоваться, как показано на фиг. 14. Тепло испарения и конденсации последовательно передается в сжатый азот или другую текучую среду для выполнения дополнительной работы.

Восьмой аспект настоящего изобретения представляет собой расширение пятого аспекта, в том отношении, что комбинация энергии притяжения Земли плюс энергии, производимой в результате каталитического процесса, составляет больше, чем энергия притяжения Земли. Тепло, передаваемое каталитическим процессом, может отбираться при использовании центрифуг и расширителей, предназначенных для производства энергии.

Девятый аспект настоящего изобретения модифицирует цикл Т-8 для получения и подачи большего количества энергии, чем в комбинированных противоциклах. Предварительный нагрев и орошение снижают интервал энтропии энергетического цикла, и следовательно, большее количество энергетических циклов помещается внутри цикла охлаждения. Уменьшенные энергетические циклы, каждый в отдельности, приводят к получению меньшего количества энергии. Общий выход представляет собой произведение индивидуальных энергетических циклов, умноженное на Ν-количество циклов. Это произведение увеличивается, как показано на фиг. 9.

В десятом аспекте настоящего изобретения используется хорошо известная петля гистерезиса между испарением и конденсацией переменной смеси двух текучих сред, как показано на фиг. 18, вместе с искажением петель под действием силы притяжения Земли в шахтах, как показано на фиг. 19. При регулировании температуры в двух шахтах искаженная петля, изображенная на фиг. 19, приводит к переменному процентному содержанию смеси текучих сред Х₁ и Х₂, как показано при анализе линией 68-69 по сравнению с линией 70-71. Наклон показывает, что дальнейшее производство энергии, как показано на фиг. 20, получается путем регулирования температуры, связанной через скорость потока с давлением. Десятый аспект воплощается в предпочтительном варианте схемы установки, представленной на фиг. 21 и 22.

Пример 8 демонстрирует, что схема производства энергии работает в двух колоннах, как показано на фиг. 21. Рассмотрим текучие среды СО₂ и СЕС под названием НР80 при условии, что между этими текучими средами не происходит химическая реакция. Для получения эквивалентных тепловых количеств смешаем СО2 и НР80 (20% орошения при 20% предварительного нагрева) в соотношении 28% СО2 и 72% НР80. Пусть Х₁ будет СО₂ и Х₂ будет НР80. На фиг. 20 показано, что пар будет содержать большее количество Κ.125 в донной части шахты и меньшее количество в верхней части шахты. Удельные объемы текучих сред, составляющие 18 и 11 л/кг, подтверждают, что газообразный СО2 будет перемещаться вниз, и газообразный НР80 будет перемещаться вверх для конденсации и использования жидкого НР80 с верхней части колонны в гораздо большей степени, чем жидкого СО₂. При рассмотрении схемы, представленной на фиг. 21, можно видеть, что СО₂, в основном, используется для орошения, для ускорения работы системы.

Для вычисления выхода энергии не используется какая-либо формула или опытные результаты. Номинальные оценки показали, что масса, составляющая 269 т в колонне высотой 96 м, позволит получать приблизительно 1,4 мегаватт энергии.

Пример 9.

Используются жидкости двуокись углерода и Κ.125 (химически СНЕ₂СЕ₃) в четырех колоннах длиной 10 м, и смешение текучих сред, как показано на фиг. 17. Регулирование процесса происходит на участке 93 с помощью кинетической энергии, и энергия вырабатывается на участке 97 с использованием смеси текучих сред Κ.125 и СО₂, а также на участке 83 из текучей среды с высоким уровнем энтропии. Газообразные Κ.125 и СО₂ циркулируют самостоятельно, благодаря их плотности. Производство энергии регулируется с помощью жидкостного насоса 103, насоса 83, производимой энергии, генератора 97 и насоса 93 скорости при температуре 280 К. Циркуляция показала равные количества тепла для 1 кг СО₂ и 1,65 кг Κ.125, без орошения. Орошение повышает производство, как показано на фиг. 9. Производство

- 9 005701 энергии полного цикла составляет 72 Дж/кг циркулирующего СО₂ или 13,5 Дж/кг для общей массы циркулирующего газа и при Ζ, равной 10 м: оно может быть увеличено при орошении. При предварительном нагреве, составляющем 10%, 10% орошений и скорости потока текучей среды 20 м в секунду производство энергии повышается до 129 Дж/кг для общей массы или 24,2 Дж/кг массы цикла. Практическое применение последнего случая показало, что с помощью колонны 10 м длиной и 2,2 м диаметром может генерироваться 3 КВт энергии. Увеличенная схема, рассчитанная на мощность 120 мегаватт, при высоте колонны 48 м, потребует использования окружающей шахты диаметром 77 м, что является непрактичным. Для этой емкости более пропорциональной будет колонна длиной 300 м диаметром 30,8 м.

В одиннадцатом аспекте настоящего изобретения используется смешение текучей среды и выбор текучей среды для исключения двух больших теплообменников, используемых в установке известного уровня техники, которая изображена на фиг. 1. Выбор текучих сред позволяет производить энергию на участке 83 по фиг. 17 на основе разности плотности между парами, как показано в примере 9. Это представляет собой дополнительный аспект производства энергии, в дополнение к производству энергии на основе жидкости на участке 97 и по фиг. 17.

Пример 10 относится к изображению по фиг. 22 для выработки энергии. На фигуре показаны два действующих независимо механизма. Первый из них представляет собой запас 204 жидкости, жидкостный насос 207 и на участке 205 генератор кинетической энергии, которая, в основном, восстанавливается. Второй механизм состоит из источника 206 тепла, подающего энергию в пар 203, который в результате нагрева имеет меньшую плотность, чем пар 202. В колоннах разница в плотности приводит к циркуляции и, таким образом, к вырабатыванию энергии на участке 201. Если скорость ротации повышается от (скажем) 1 до 10 м/с, благодаря кинетической энергии, передача энергии из пара увеличится в десять раз. Допустим, что работа осуществляется с использованием парообразного этилена (С₂Н₄) при температуре 265 К, давлении 3,35 МПа, при 8 = -1,519, который является горючим, но не горит. Работа проходит при температуре -8°С, и жидкость на участке 204 также представляет собой этилен. На выходе 205 создается уровень энтропии так, что он находится на линии насыщения жидкости. Энергия, поступающая на участке 206, приведет к расширению текучей газообразной среды так, что создается малая плотность газа в колонне 203. При отборе энергии на участке 201 температура и давление падают, и газ на участке 203 орошается с использованием распыляемой жидкости на участке 202, что улучшает производство энергии с помощью пара под воздействием силы тяжести в колоннах. Информация для расчета в соответствии с данным примером отсутствует.

Пример 11.

Используется неиспользованное тепло тепловой электростанции ЬеШаЬа (производство тепла из угля) с применением процесса, описанного в примере 4, который работает при температуре -8°С в соответствии с данным примером. Неиспользованное тепло теплового процесса может полностью преобразовываться в энергию. Предположим, что электростанция ЬеШаЬа мощностью шесть раз по 618 мегаватт работает с коэффициентом полезного действия 45%, то в соответствии с примером, на который делается ссылка, можно будет получить дополнительно 4532 мегаватт и, кроме того, можно будет сэкономить приблизительно 58 кубометров воды, поступающей через плотину Уаа1баш, которая используется для испарения не использованным теплом электростанции.

В двенадцатом аспекте настоящего изобретения используется система, в которой происходит производство энергии с использованием противоцикла внутри только двух колонн для потока текучей среды. Колонны соединены непосредственно с трубами для подачи жидкости, предназначенными для орошения и изоляции давления, как показано на фиг. 21. В примере 8 было показано, что поведение Т-х по фиг. 20 доминирует над испарением и позволяет получать СО2 с высокой плотностью, с высокой степенью орошения, для подачи на преобразователь 115 энергии и для получения выходной энергии. На коэффициент производства энергии влияет устройство 121 ускорения потока. Подвод 113 тепла по фиг. 21 и генератор 121 скорости доминируют в производстве энергии системы.

В тринадцатом аспекте настоящего изобретения используется внутреннее орошение текучей среды в двух колоннах, как показано на фиг. 22. Состояние этих двух текучих сред на участках 203 и 202 создает циркуляцию, а генератор 201 выходной энергии и подвод 206 тепла устанавливают температуру в соответствии с производством энергии.

Установка 208 сконструирована для работы вблизи к линии насыщения паров текучей среды и хорошо работает при высокой плотности пара, например при использовании СО2, и может использоваться для работы в диапазоне температур от +30°С до -100°С, в зависимости от качества источника подводимого тепла.

В четырнадцатом аспекте настоящее изобретение относится к использованию остатков, остающихся после выделения воды при замораживании. Это представляет собой отдельную область применения. При этом может быть сделана ссылка на выделение минеральных веществ из Мертвого моря, а также на выделение морской соли в Порт-Элизабет, причем оба процесса происходят в результате удаления воды.

В пятнадцатом аспекте настоящее изобретение относится к практической конструкции и применению изобретения, работающего в воде. Вся электростанция может плавать в воде. Масса воздуха в электростанции, функционирующей, например, на тепле воды, воде, катализаторе и воздухе, может быть

- 10 005701 увеличена для получения давления воздуха, требуемого для оптимальной работы. Масса воздуха увеличивает плотность всей электростанции. В соответствии с этим электростанция погружается в воду и стабилизируется на дне водоема. При стабилизации может начаться производство энергии. Будучи стабилизированной на дне, электростанция не может перемещаться в результате воздействия волн или течения воды во время работы. Если необходимо будет выполнить ремонтные работы, воздух, находящийся под высоким давлением, и/или массы воды выпускают, при этом электростанция всплывает как корабль, и могут проводиться ремонтные работы при нормальном давлении открытого воздуха на электростанции в целом. Внешнее давление воды противодействует внутреннему давлению внутри электростанции, что позволяет использовать более экономичную конструкцию.

Испытание конструкции обычно производится при давлении, в два раза превышающем рабочее давление открытой атмосферы. Если внешнее давление воды в три раза превышает рабочее давление, внутреннее атмосферное давление может быть повышено до (1+3) = 4 раз от расчетного давления открытой атмосферы, например, конструкция электростанции для одного МПа соответствует электростанции с 300 м воды (при подаче рабочего тепла) и позволяет осуществлять работу электростанции при давлении четыре МПа. Это снижает физический размер электростанции до доли эквивалентного размера электростанции, работающей на открытом воздухе с давлением 4 МПа.

В шестнадцатом аспекте настоящее изобретение относится к стабильности подводной электростанции и стабильности оборудования генерирования электроэнергии, применяемого на электростанции. На фиг. 2 цифрой 12 обозначена жидкость (жидкости) с высоким уровнем энтропии в части области, окружающей колонны жидкости (жидкостей) с низким уровнем энтропии в другой части области колонны. Такую конструкцию удобно применять в тепловом отношении в скальных породах, но она приведет к наклону при использовании в воде. При использовании под водой можно компенсировать наклон окружающей колонны, благодаря размещению колонн 14 и 15 в противоположных местах внутри колонны 13 и путем выбора скорости потока в колоннах 14 и 15 так, чтобы выровнять распределение массы в колонне 13.

Описание предпочтительного варианта воплощения настоящего изобретения

Схема 186, изображенная на фиг. 15, представляет собой предпочтительную компоновку. Она пригодна для выполнения в различном масштабе для производства электроэнергии и замораживания воды для получения питьевой воды.

Предпочтительное преимущество компоновки с использованием трех колонн, по сравнению с компоновками с использованием двух и четырех колонн, основано на том факте, что испарение и конденсация двух текучих сред происходит вынужденно в результате изменения условий вследствие механических воздействий.

Система 186 содержит три колонны, а именно 191, 193 и 199. Колонна 199 содержит газ, орошаемый пар и/или пар. Колонна 193 содержит жидкость, предварительно нагретую жидкость и/или пар с низким уровнем энтропии. Колонна 191 содержит смесь текучих сред, состоящую из жидкости плюс пар и/или газ. Система 186 дополнительно содержит насос 195, предназначенный для принудительной циркуляции жидкости или текучей среды с низким уровнем энтропии; генератор 194 электроэнергии; разбрызгиватель 187 для орошения; смеситель 134 текучей среды; средство 185 подвода тепла. В случае необходимости кинетическая энергия для циркуляции может прикладываться на участке 187 с помощью насоса 195 избыточного давления.

Три колонны 191, 193 и 199 заполнены смесью соответствующих текучих сред или чистой текучей среды такой, как смесь хладагентов НР80 и Е125 или чистой двуокиси углерода. Для упрощения вычислений предположим, что колонна 193 и отстойник 196 содержат только жидкость.

Для получения энергии сжиженная текучая среда с высокой плотностью из отстойника 196 поднимается с помощью насоса 195 вдоль участка колонны 193 и распыляется на участках разбрызгивателя 187 и смесителя 134. Частично или полностью газифицированная текучая среда с низкой плотностью поднимается по колонне 199, преодолевая силу тяжести с помощью создаваемого вакуума или средства механической циркуляции, в случае необходимости, и смешивается на участке 189, обеспечивая механическую циркуляцию. На участке смесителя 134 действие может включать разбрызгивание и/или орошение.

Следует отметить, что линия 134-149 на фиг. 12 изображает этап цикла охлаждения, и линии 134141 по фиг. 11 изображает этап энергетического цикла. Точки состояния текучей среды по фиг. 13 обозначены на фиг. 15, представляя выход работы, за вычетом воздействия силы тяжести на участке 159-160 в колонне 199.

Работа, производимая против силы тяжести на фиг. 13 и 15, проходит от участка 153 через насос 195 в этап 155 высокого давления, и давление понижается при потоке против действия силы тяжести до состояния 135-134 в верхней части колонны 191. Для упрощения вычислений предположим, что на участке разбрызгивателя 187 создается 50 мас.% смеси газа и жидкости. Поток текучей среды со скоростью один килограмм в секунду в колоннах 193 и 199 приводит к потоку со скоростью 2 килограмма текучей среды в секунду в колонне 191. Состояние текучей среды в колонне 191 изменяется с 134 до 152. При проходе через генератор 194 электроэнергии состояние становится 135, в котором текучая среда разделя

- 11 005701 ется на жидкость 154 и газ 159. Это завершает противоцикл генерирования энергии по фиг. 15, а также термодинамический цикл по фиг. 13. Предположим, что длина шахты составляет ζ₀ из 11 = шд/₀. где 11 представляет собой изменение теплосодержания газа от 159 до 160.

Если Ш! представляет скорость потока массы жидкости, т₂ представляет скорость потока массы пара и/или газа и ζ₀ представляет глубину колонны, анализ работы в соответствии с фиг. 13 показывает:

Ввод работы в колонну 193 (153-187) = -ιΐ'ΐι8ζ₀

Ввод работы в колонну 199 (155-153) = -ιη₂βζ₀ + 1ιιη₂ = 0

Вывод работы в колонне 191 = ι₁§ζ₀₎ + ιη₂βζ₀ - 1ιιη₂

Результирующий вывод работы = 1т₂ + ιιι₂§ζ₀ = 0

Теоретический анализ не поясняет, каким образом может быть произведен отбор работы с этапов 152-135 по фиг. 13. Если в жидкой среде присутствует катализатор, он понизит температуру 134 и повысит температуру 152 для получения большего выхода энергии.

Claims (29)

1. Способ преобразования тепловой энергии в электрическую энергию, при котором используют сжатие и расширение под действием силы тяжести соответствующей текучей среды в замкнутом контуре и в котором подвод тепла к текучей среде осуществляют в одной точке контура и отбор энергии выделяемой текучей средой в другой точке контура, отличающийся тем, что в контуре обеспечивают цикл генерирования энергии и термодинамически противоположно направленный цикл охлаждения, работающие совместно как внутренние противоциклы комбинированного цикла, имеющие по меньшей мере одну общую точку (134) энтропии рабочего состояния текучей среды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что общую точку (134) энтропии рабочего состояния выбирают так, что она находится между первой точкой, представляющей двухфазную комбинацию пар/жидкость, и второй точкой, представляющей дополнительно охлаждаемую жидкость.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что тепло подводят при любой температуре от наиболее холодного до самого горячего состояния текучей среды в контуре.

4. Способ по любому из пп.1 или 3, отличающийся тем, что используют текучую среду, содержащую вещество, которое испаряется в одной части цикла и конденсируется в другой его части.

5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что текучая среда содержит по меньшей мере два вещества.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что два вещества представляют собой воду и воздух.

7. Способ по п.5, отличающийся тем, что два вещества представляют собой воду и двуокись углерода.

8. Способ по п.5, отличающийся тем, что два вещества представляют собой воду и аммиак.

9. Способ по п.6 или 8, отличающийся тем, что текучая среда содержит, кроме того, пар или газ с относительно высокой плотностью, предназначенный для повышения плотности текучей среды.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что газ с высокой плотностью выбирают из двуокиси углерода и ксенона.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что сжатие под действием силы тяжести дополняют механическим сжатием.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что сжатие под действием силы тяжести и расширение производят с помощью двух или большего количества колонн, формирующих часть контура, причем колонны проходят от более высокого уровня до более низкого уровня.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбирая энергию, выделяемую системой, обеспечивают снижение температуры текучей среды, циркулирующей в морозильной установке.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбирая энергию, выделяемую системой, обеспечивают снижение температуры текучей среды, используемой в кондиционере воздуха.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что в одной части контура обеспечивают перенос жидкости и в другой части контура перенос получаемого из жидкости пара, при этом для улучшения сжатия пара под действием силы тяжести осуществляют его орошение частью жидкости.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что контур содержит первую, по существу, вертикальную колонну (109 плюс 111, 203), посредством которой осуществляют передачу текучей среды из нижнего уровня на верхний уровень, вторую, по существу, вертикальную колонну (117, 202), посредством которой осуществляют передачу текучей среды с более высокого уровня на более низкий уровень, при этом передачу тепла в текучую среду осуществляют по меньшей мере в одном положении контура и отбор энергии из текучей среды по меньшей мере в одном другом положении контура.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что используют текучую среду, содержащую два вещества, которые полностью растворяются друг в друге при всех рабочих температурах системы.

18. Способ по п.17, отличающийся тем, что скрытая теплота испарения одного вещества, по существу, больше, чем скрытая теплота испарения другого вещества настолько, что создается преимуществен

- 12 005701 ная конденсация одного вещества, за счет чего обеспечивают орошение пара другого вещества и создают самостоятельную циркуляцию текучей среды.

19. Способ по п.1, отличающийся тем, что контур содержит первую, по существу, вертикальную колонну, посредством которой обеспечивают передачу жидкости с нижнего уровня на верхний уровень, вторую, по существу, вертикальную колонну, посредством которой обеспечивают передачу пара с нижнего уровня на верхний уровень, и третью, по существу, вертикальную колонну, посредством которой обеспечивают передачу смеси жидкости и пара с верхнего уровня на нижний уровень, при этом подвод тепла к текучей среде осуществляют при любом состоянии в контуре и отбор энергии от смеси осуществляют на более низком уровне в третьей, по существу, вертикальной колонне.

20. Способ по п.1, отличающийся тем, что контур работает в непрерывном режиме и содержит первую колонну, посредством которой обеспечивают передачу воздуха от нижнего уровня на верхний уровень с одновременным расширением воздуха по мере снижения его давления, вторую колонну, посредством которой обеспечивают передачу смеси воздуха, паров воды и жидкой воды от верхнего уровня на нижний уровень, сжимая, таким образом, воздух, формирующий часть смеси, и третью колонну, посредством которой обеспечивают передачу жидкой воды с помощью насоса с нижнего уровня на верхний уровень.

21. Способ по п.1, отличающийся тем, что контур содержит первую, по существу, вертикальную колонну, посредством которой обеспечивают передачу первой жидкости с нижнего уровня на верхний уровень, вторую, по существу, вертикальную колонну, посредством которой обеспечивают передачу первого пара, который получают из первой жидкости, с верхнего уровня на нижний уровень после нагрева с помощью второй текучей среды, третью, по существу, вертикальную колонну, посредством которой обеспечивают передачу второй жидкости из верхнего уровня на нижний уровень, и четвертую, по существу, вертикальную колонну, посредством которой обеспечивают передачу второго пара, который получают из второй жидкости с нижнего уровня в верхний уровень, при этом тепло передают от первой жидкости во вторую жидкость на нижнем уровне и энергию отбирают от второй жидкости вблизи нижнего уровня.

22. Способ по п.21, отличающийся тем, что первую и вторую жидкости выбирают с учетом того, что изменения в их точках кипения, вызванные изменениями давления, достаточны для создания самостоятельной циркуляции первого и второго пара в контуре.

23. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют текучую среду, содержащую две жидкости, которые растворяются друг в друге, и изменение в точке кипения одного вещества, вызванные изменениями давления, по существу, больше, чем изменения в точке кипения другого вещества, вызванные теми же изменениями общего давления.

24. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве текучей среды используют воду с неприемлемым качеством, которую замораживают на этапе отбора тепла, по меньшей мере, частично, лед убирают из воды с неприемлемым качеством и обеспечивают таяние льда с получением воды улучшенного качества.

25. Способ по п.24, отличающийся тем, что вода с неприемлемым качеством представляет собой речную воду и вода улучшенного качества представляет собой питьевую воду.

26. Способ по п.24, отличающийся тем, что вода с неприемлемым качеством представляет собой речную воду и вода улучшенного качества представляет собой воду для ирригационной системы.

27. Способ по п.4, отличающийся тем, что вещество представляет собой двуокись углерода.

28. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют текучую среду, дополнительно содержащую вещество, которое позволяет повысить передачу тепла массой текучей среды.

29. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют нетоксичную для человека текучую среду, содержащую вещества, обогащенные кислородом, для поддержания жизни, при этом обеспечивают ускоренный цикл генерирования энергии при помощи каталитического или химического процесса.