RU2107233C1 - Method for conversion of energy and power unit for its realization - Google Patents
Method for conversion of energy and power unit for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2107233C1 RU2107233C1 RU94023920A RU94023920A RU2107233C1 RU 2107233 C1 RU2107233 C1 RU 2107233C1 RU 94023920 A RU94023920 A RU 94023920A RU 94023920 A RU94023920 A RU 94023920A RU 2107233 C1 RU2107233 C1 RU 2107233C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- steam
- water
- energy
- air
- Prior art date
Links
Landscapes
- Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к энергетике и может найти широкое применение в любых отраслях промышленности и сельском хозяйстве для одновременного производства тепла, холода и механической (электрической) энергии при использовании в том числе и бросового среднепотенциального тепла: выхлопных газов ДВС, сфокусированных солнечных лучей, бытовой плиты и т.д. с одновременной полной регенерацией тепла и холода при вентиляции и кондиционировании жилых помещений, снабжением горячей водой систем отопления и для бытовых нужд и сжатым воздухом пневмоинструментов, а также попутной реализацией без затрат на это тепловой энергии, технологий по разделению растворов на их фракции методом возгонки, что равносильно увеличению исходного количества тепла до трех раз в сравнении с традиционными способами трансформации этого тепла при одновременном упрощении и удешевлении производства конструктивных средств для реализации предлагаемых технологий. The invention relates to energy and can be widely used in any industry and agriculture for the simultaneous production of heat, cold and mechanical (electrical) energy when using, among other things, intermediate potential heat: exhaust gases from internal combustion engines, focused sunlight, a stove, etc. .d. with simultaneous complete regeneration of heat and cold during ventilation and air conditioning of residential premises, supply of hot water to heating systems and for domestic use and compressed air pneumatic tools, as well as the associated implementation of thermal energy, technologies for dividing solutions into their fractions by sublimation method, without expenses, which equivalent to an increase in the initial amount of heat up to three times in comparison with traditional methods of transforming this heat while simplifying and cheapening the production of structural dstv for the implementation of the proposed technology.
В настоящее время из располагаемого тепла механическую энергию получают, реализуя прямые термодинамические циклы в силовых установках тем большей сложности и дороговизны, чем больший эффективный КПД желают получить, в основном увеличивая температуру газов перед турбиной и степени повышения давления или (и) регенерации тепла. Одновременно с выработкой механической энергии практикуют и выработку тепла для теплофикационных целей в "так называемых" теплоэлектроцентралях (ТЭЦ); но суммарная выработка энергии там не может превысить располагаемую тепловую энергию используемых для этого топлив. Currently, mechanical energy is obtained from disposable heat by realizing direct thermodynamic cycles in power plants, the more complex and expensive they are, the more effective the efficiency they want, mainly increasing the temperature of the gases in front of the turbine and the degree of increase in pressure or (and) heat recovery. Simultaneously with the generation of mechanical energy, the generation of heat for heating purposes is also practiced in the so-called heat and power plants (CHP); but the total energy production there cannot exceed the available thermal energy of the fuels used for this.
В то же время и холод или(и) большее количество тепла получают, реализуя обратные термодинамические циклы в так называемых холодильных машинах и тепловых насосах, которые могут быть объединены в одну установку - так называемый совмещенный термотрансформатор, что дает существенную экономию тепловой и механической энергии по сравнению с вариантом раздельного увеличения количества тепла и_получения холода (Кн. А.И.Андрющенко "Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок" Москва. Высшая школа, 1985г., рис. 7.3, с.237 и рис.7.19, с.261). At the same time, both cold and (or) more heat is obtained by realizing reverse thermodynamic cycles in the so-called chillers and heat pumps, which can be combined into one unit - the so-called combined thermal transformer, which gives significant savings in thermal and mechanical energy by Compared with the option of a separate increase in the amount of heat and the production of cold (Prince A.I. Andryushchenko, "Fundamentals of Thermodynamics of Cycles of Thermal Power Plants" Moscow. Higher School, 1985, Fig. 7.3, p.237 and Fig.7.19, p.261).
В известной установке, показанной на рис. 7.3, механическая энергия преобразуется в большее количество тепла и холода, а на рис. 7.19 высокопотенциальное тепло преобразуется в большее количество, но низкопотенциального тепла и холод, причем, в последнем случае получено существенное упрощение установки в связи с тем, что процессы преобразования тепла в механическую (кинетическая энергия пара из сопла) и механической энергии в тепловую при сжатии пара осуществляются в чрезвычайно простом агрегате-пароструйном эжекторе. In the well-known installation shown in Fig. 7.3, mechanical energy is converted into more heat and cold, and in fig. 7.19, high potential heat is converted into a larger amount, but low potential heat and cold, and in the latter case, a significant simplification of the installation is obtained due to the fact that the processes of converting heat into mechanical (kinetic energy of steam from the nozzle) and mechanical energy into thermal energy when the steam is compressed in an extremely simple steam-jet ejector unit.
Логично думать, что при совместной выработке тепла, холода и механической энергии может быть достигнут положительный эффект, заключающийся в том, что будет получено суммарное количество энергии, большее, чем содержится в используемом для этого топливе, тем более, что в глухих районах без электросетей, куда может быть только завезено какое-то топливо, все равно станет вопрос о выработке механической энергии, например, для освоения производства электроэнергии для нужд освещения и производственных нужд и придется создавать отдельные, а следовательно, несовершенные установки для выработки механической (электрической) энергии, тепла и холода. It is logical to think that with the joint production of heat, cold and mechanical energy, a positive effect can be achieved, namely, that a total amount of energy will be obtained that is greater than that contained in the fuel used for this, especially since in remote areas without electricity, where some kind of fuel can only be delivered, the question will still arise of generating mechanical energy, for example, to develop the production of electricity for lighting and production needs, and you will have to create separate, and trace Therefore, imperfect installations for the generation of mechanical (electrical) energy, heat and cold.
Способ преобразования энергии, реализованный в известной установке с пароструйным эжектором, представленной на рис.7.19 и указанной выше взят за прототип, как более простой в реализации, практически не требующий затрат механической энергии и термодинамически более эффективный, чем, например, лопаточный турбокомпрессор в том смысле, что сопло эжектора - турбина теплосиловой установки обладает КПД преобразования тепла в кинетическую энергию струи пара до 98%, а значительные необратимые потери энергии (в виде потери давления) в компрессоре-камере смещения эжектора компенсируются тем, что коэффициент эжекции - отношение масс сжимаемого и сжимающего рабочих тел - может быть выбрано таким, что в сочетании с используемым (в свою очередь, повышающим коэффициент эжекции), но при этом не расходуемым теплом в процессе сжатия рабочего тела, позволит затратить и меньшее удельное количество энергии на сжатие рабочего тела до заданного давления по сравнению с лопаточным компрессором, только после которого и можно подводить тепло, когда стоит цель - из тепла получить наибольшее количество механической энергии. В данном случае этот эффект перекликается с эффектом эжекторного увеличителя реактивной тяги, показанном на рис. 9.30, с. 548, кн. Абрамовича Г.Н. "Прикладная газовая динамика", Москва, 1976г. The energy conversion method implemented in the well-known installation with a steam-jet ejector shown in Fig. 7.19 and indicated above is taken as a prototype, as it is simpler to implement, practically does not require mechanical energy and is thermodynamically more efficient than, for example, a blade turbocharger in the sense that the ejector nozzle is a turbine of a heat power plant has an efficiency of converting heat into kinetic energy of a steam jet up to 98%, and significant irreversible energy losses (in the form of pressure loss) in the compressor as the ejector displacements are compensated by the fact that the ejection coefficient — the mass ratio of the compressible and compressive working bodies — can be chosen in such a way that in combination with the heat used (in turn, which increases the ejection coefficient), but not consumed in the process of compressing the working fluid, it will also allow to spend a smaller specific amount of energy on compressing the working fluid to a predetermined pressure compared to a blade compressor, only after which heat can be supplied when the goal is - to get the greatest amount of heat mechanical energy. In this case, this effect echoes the effect of the jet propulsion ejector magnifier shown in Fig. 9.30, p. 548, pr. Abramovich G.N. "Applied gas dynamics", Moscow, 1976
Уникальность именно пароструйного эжектора состоит в том, что потери давления в камере смешения этого эжектора не будут иметь столь существенного значения, как в случае чисто газового эжектора, когда для сжатия части газа, предназначенного для запитки сопла эжектора, необходимо затрачивать кроме тепла и механическую энергию в высоконапорном компрессоре. Дело в том, что вода в паровой котел закачивается насосом, т.е. практически без затрат механической энергии, а потери давления в камере смешения пароструйного эжектора всегда можно компенсировать увеличением давления пара в паровом котле, а следовательно, и перед соплом эжектора, тем более, что тепла для обеспечения той же температуры пара перед соплом понадобится еще меньше (например, энтальпии пара при температуре 500oC составляют 3434 и 3374 кДж/кг соответственно при давлениях 50 и 100 кгс/см2).The uniqueness of a steam-jet ejector lies in the fact that the pressure loss in the mixing chamber of this ejector will not be as significant as in the case of a purely gas ejector, when in order to compress a part of the gas intended to power the nozzle of the ejector, it is necessary to expend mechanical energy in addition to heat high pressure compressor. The fact is that water is pumped into the steam boiler by a pump, i.e. almost without the expense of mechanical energy, and the pressure loss in the mixing chamber of a steam-jet ejector can always be compensated by increasing the steam pressure in the steam boiler, and therefore, in front of the ejector nozzle, especially since even less heat is needed to ensure the same steam temperature in front of the nozzle (for example , vapor enthalpies at a temperature of 500 o C are 3434 and 3374 kJ / kg, respectively, at pressures of 50 and 100 kgf / cm 2 ).
Поставленная цель будет выполнена, если способ преобразования энергии, заключающийся в том, что жидкость, например воду, испаряют в паровом котле, располагаемым высокопотенциальным теплом, например теплом выхлопных газов ДВС, концентрированных зеркалами солнечных лучей или кухонной плиты, подают пар в пароструйный эжектор, где паром повышают давление, хладагента при его смешении с паром, из смеси пара с хладагентом отбирают тепло конденсации пара на производственные и бытовые нужды, конденсат пара закачивают в паровой котел, а давление хладагента уменьшают и подают его в холодильник, где подводят к нему тепло охлаждаемых рабочих тел и, в частном случае, вновь подают на вход пароструйного эжектора, будет дополнен сушественными признаками, заключающимися в том, что в качестве хладагента выбирают неконденсируемый газ, например воздух, давление которого уменьшают при расширении на турбине, механическую работу которой отдают потребителю механической энергии. The goal will be achieved if the method of energy conversion, which consists in the fact that the liquid, for example water, is evaporated in a steam boiler with high potential heat, for example heat from the exhaust gases of the internal combustion engine, concentrated by the mirrors of the sun's rays, or the stove, steam is supplied to the steam jet ejector, where steam increases the pressure, the refrigerant is mixed with steam, heat of steam condensation for industrial and domestic needs is taken from the steam / refrigerant mixture, steam condensate is pumped into the steam boiler, and pressure reduce the refrigerant and feed it into the refrigerator, where the heat of the cooled working fluid is supplied to it and, in the particular case, is again fed to the inlet of the steam jet ejector, it will be supplemented by natural signs that non-condensable gas, such as air, pressure, is chosen as the refrigerant which is reduced during expansion on a turbine, the mechanical work of which is given to the consumer of mechanical energy.
В способе, взятом за прототип, в качестве хладагента холодильника испарительного типа и для запитки парового котла выбрано одно и то же рабочее тело - вода, а это вынуждает:
- делать систему замкнутой и герметичной для обеспечения вакуума в испарителе,
- конденсировать всю воду за эжектором и часть ее просто дросселировать в испаритель без получения какой-либо работы,
- отказаться от использования установки в качестве теплового насоса, так как на вход в эжектор-компрессор поступает пар при температуре холодильника, если, конечно, его специально не подогревать в теплообменнике,
- увеличивать степень расширения пара в сопле эжектора и размеры эжектора, а также снижать его КПД ввиду большого вакуума,
- увеличивать температуру в холодильнике.In the method taken as a prototype, the same working fluid — water — was selected as the refrigerant of the evaporator-type refrigerator and to power the steam boiler, and this forces:
- make the system closed and sealed to ensure vacuum in the evaporator,
- condense all the water behind the ejector and just throttle it to the evaporator without getting any work,
- refuse to use the unit as a heat pump, since steam enters the inlet of the ejector-compressor at the temperature of the refrigerator, unless, of course, it is specially heated in the heat exchanger,
- increase the degree of expansion of the vapor in the nozzle of the ejector and the size of the ejector, as well as reduce its efficiency due to the large vacuum,
- increase the temperature in the refrigerator.
В предлагаемом способе этих недостатков, нет, так как:
- воздух можно брать из атмосферы и до подачи в эжектор подогревать любым бросовым теплом, превращая его в полезное высокопотенциальное тепло, превращая этим холодильник еще и в тепловой насос,
- за эжектором при отдаче тепла потребителю без ее потерь конденсируется только вода для запитки парового котла, а воздух, расширяясь на турбине, дает механическую энергию и холодильный эффект в количестве полученной механической энергии, которую при надобности всегда можно превратить в дополнительное тепло и холод.In the proposed method, these disadvantages are not, since:
- air can be taken from the atmosphere and heated to any ejection heat before being fed into the ejector, turning it into useful high-potential heat, thereby turning the refrigerator into a heat pump,
- behind the ejector, when heat is transferred to the consumer without loss, only water condenses to power the steam boiler, and the air, expanding on the turbine, gives mechanical energy and cooling effect in the amount of received mechanical energy, which, if necessary, can always be converted into additional heat and cold.
Какие же преимущества имеет предложенный способ получения тепла и механической энергии по сравнению с существующим способом получения тепла и механической энергии на ТЭЦ?
Основной закон термодинамики, если его перефразировать, гласит, что чем в большем диапазоне температур реализуется термодинамический цикл для получения из тепла механической энергии, тем больше ее получают.What are the advantages of the proposed method for producing heat and mechanical energy compared to the existing method for producing heat and mechanical energy at a thermal power plant?
The fundamental law of thermodynamics, if rephrased, states that the more a thermodynamic cycle is realized to obtain mechanical energy from heat, the more it is received.
При заданной температуре отдачи тепла потребителю 100oC в паротурбинной установке современной ТЭЦ диапазон температур реализации прямого цикла Ренкина может составить максимум 100 - 600oC. В связи с тем, что в предлагаемом способе отбор тепла потребителю осуществляется до начала получения механической энергии, диапазон температур реализации комбинации прямого и обратного циклов может составить примерно 100 - 600oC. Причем, КПД прямого цикла (у которого насос - это компрессор, камера сгорания - это паровой котел, а сопло эжектора - это турбина) очень высок, так как работа насоса относительно работы сопла очень мала, КПД его около 90%, а сопло имеет КПД примерно 98%. Что касается обратного цикла, то КПД компрессора - камеры смешения эжектора вообще не имеет никакого значения, так как в эжекторе сумма внутренних энергий смешиваемых рабочих тел остается неизменной после камеры смешения эжектора и ее отбором тепла потребителю уменьшают на величину затраченного тепла ни получение пара в паровом котле и величину перекачанного тепла атмосферы тепловым насосом-эжектором без понижения давления воздуха перед турбиной, КПД которой достигает 92%.At a given temperature of heat transfer to a consumer of 100 o C in a steam turbine installation of a modern thermal power plant, the temperature range for the implementation of the direct Rankine cycle can be a maximum of 100 - 600 o C. Due to the fact that in the proposed method, heat is taken to the consumer before mechanical energy is received, the temperature range the implementation of a combination of direct and reverse cycles can be approximately 100 - 600 o C. Moreover, the efficiency of the direct cycle (in which the pump is a compressor, the combustion chamber is a steam boiler, and the ejector nozzle is a turbine) it is high, since the pump operation with respect to the nozzle is very small, its efficiency is about 90%, and the nozzle has an efficiency of about 98%. As for the reverse cycle, the efficiency of the compressor - the chamber of mixing the ejector does not matter at all, since in the ejector the sum of the internal energies of the mixed working fluid remains unchanged after the chamber of mixing the ejector and its heat removal to the consumer is reduced by the amount of heat consumed nor the production of steam in the steam boiler and the amount of atmospheric heat transferred by the heat pump-ejector without lowering the air pressure in front of the turbine, the efficiency of which reaches 92%.
Конечно, отсутствие потерь давления в камере смешения эжектора позволило бы получить большее количество механической энергии на турбине, но ведь тогда можно было бы меньше взять тепловой энергии по сравнению с подведенной в цикл. Of course, the absence of pressure losses in the mixing chamber of the ejector would make it possible to obtain a greater amount of mechanical energy on the turbine, but then it would be possible to take less thermal energy compared to the sum supplied to the cycle.
Иначе говоря, в нашем случае механическая энергия и равное ей количество холода получены совершенно бесплатно, а если быть точным, то за счет снижения температурного потенциала располагаемого тепла, которое реализуется в нашем случае в виде большого давления упругости паров воды в паровом котле и который сейчас не берегут, подогревая, например воду, в основном, меньше 100oC в примитивных котельных.In other words, in our case, mechanical energy and an equal amount of cold were obtained completely free of charge, and to be precise, by reducing the temperature potential of the available heat, which is realized in our case in the form of a high pressure of vapor pressure of water in a steam boiler and which is now not they protect by heating, for example, water, mainly less than 100 o C in primitive boiler houses.
Если бы в камере смешения эжектора не было бы потери давления, речь шла бы о большей относительной доле механической энергии в суммарном одном и том же количестве механической и тепловой энергий по количеству больших, чем исходное количество тепла. If there were no pressure loss in the mixing chamber of the ejector, it would be a question of a greater relative proportion of mechanical energy in the total of the same amount of mechanical and thermal energies in a quantity greater than the initial amount of heat.
Может показаться, что вышесказанное похоже на опровержение закона сохранения энергии. Ничего подобного. Дело в том, что температура рабочего тела - атмосферного воздуха на входе в силовую установку, реализующую предлагаемый способ, будет примерно +20oC, а на выходе из турбины примерно - 100oC. Это значит, что просто вовлекается в термодинамический цикл часть бесплатного океана тепла окружающей среды в количестве, равном подогреву сжимаемого воздуха от -100 до 20oC, причем то тепло введено не за компрессором, как в прямых циклах, а до компрессора, как в обратных циклах, по которым работают тепловые насосы и холодильные машины.It may seem that the above is like a refutation of the law of conservation of energy. Nothing like this. The fact is that the temperature of the working fluid - atmospheric air at the entrance to the power plant that implements the proposed method will be approximately +20 o C, and at the exit of the turbine approximately 100 o C. This means that part of the free cycle is simply involved in the thermodynamic cycle ocean of ambient heat in an amount equal to the heating of compressed air from -100 to 20 o C, moreover, the heat is introduced not behind the compressor, as in direct cycles, but to the compressor, as in reverse cycles, according to which heat pumps and refrigeration machines work.
При этом, если получился вариант превращения тепла окружающей среды в механическую энергию и холод (эти два вида энергии имеют разные знаки и в сумме дают 0) с КПД 100%, то вариант 100% превращения высокопотенциального тепла в механическую энергию может быть достигнут еще проще. Действительно, при отсутствии надобности в холоде после конденсации воды для парового котла и передачи тепла потребителю, можно к воздуху подводить, например, тепло сгорания любого топлива и получать вариант бескомпрессорного ГТД с КПД преобразования тепла в работу, равным 100% и для этого совершенно необязательно иметь КПД турбины 100% и нагревать воздух до больших температур, и сжимать его до больших давлений в пароструйном эжекторе. Достаточно, чтобы температура газов за турбиной оказалась не выше температуры атмосферы. Учитывая, что эжектор куда проще высоконапорного компрессора, как и турбина с малыми степенью расширения и температурой воздуха на ее входе, такой способ получения механической энергии из тепла куда более предпочтительней чем тот, который применяется сейчас на современных ТЭЦ, в том числе и по причине экономии топлива при совместном производстве тепла, механической энергии и холода. At the same time, if the result is the conversion of environmental heat into mechanical energy and cold (these two types of energy have different signs and give a total of 0) with an efficiency of 100%, then the option of 100% conversion of high potential heat into mechanical energy can be achieved even more simply. Indeed, if there is no need for cold after condensing water for a steam boiler and transferring heat to the consumer, it is possible to supply, for example, the heat of combustion of any fuel and obtain the option of an unpressor gas turbine engine with an efficiency of converting heat into work equal to 100% and for this it is absolutely not necessary to have The efficiency of the turbine is 100% and heat the air to high temperatures, and compress it to high pressures in a steam jet ejector. It is enough that the temperature of the gases behind the turbine is no higher than the temperature of the atmosphere. Given that the ejector is much simpler than a high-pressure compressor, like a turbine with a small degree of expansion and the temperature of the air at its inlet, this method of obtaining mechanical energy from heat is much more preferable than that which is now used at modern TPPs, including due to the economy fuel in the joint production of heat, mechanical energy and cold.
Необходимо отметить, что в установках большой мощности, реализующих предлагаемый способ, основные трудности будут связаны с тем, как полностью сбыть вырабатываемые тепло, холод и механическую энергию. Радиус экономически оправданного сбыта механической (электрической) энергии наибольший, тепловой много меньший, а холода совсем незначительный, в том числе и по причине малого количества крупных потребителей холода. It should be noted that in large power plants implementing the proposed method, the main difficulties will be related to how to completely sell the generated heat, cold and mechanical energy. The radius of economically viable sales of mechanical (electrical) energy is the largest, thermal is much smaller, and cold is negligible, including due to the small number of large consumers of cold.
Применение предлагаемого способа будет экономически оправдано в том случае, если радиус сбыта всех трех видов энергии будет уменьшен практически до нуля, т.е., когда установка, реализующая предлагаемый способ, будет установлена на отдельных предприятиях, домах или даже квартирах с тем, чтобы сразу на месте потреблять все три вида энергии, одновременно преобразуя и имеющееся в наличии бросовое низкопотенциальное тепло в высокопотенциальное, так как предлагаемый способ позволяет это делать, тем более, что радиус экономически оправданного сбыта многих видов горючих очень большой (газопроводы Сибирь-Западная Европа). The application of the proposed method will be economically justified if the sales radius of all three types of energy is reduced to almost zero, that is, when the installation that implements the proposed method is installed in individual enterprises, houses or even apartments so that consume all three types of energy locally, while simultaneously converting available low-grade waste heat into high-potential heat, as the proposed method allows this, especially since the radius of the economically justified the sale of many types of fuel is very large (gas pipelines Siberia-Western Europe).
В то же время принято, что:
- чем мощнее энергетическая установка, тем больший КПД на ней и может быть получен, да и удельные затраты материалов меньше,
- чем больший диапазон величин параметров рабочих тел, используемых в энергетической установке, реализуется, тем больший КПД и может быть получен,
- производство тепла, холода и механической энергии относится к высоким, наукоемким технологиям, требует специализации и высококвалифицированных специалистов при производстве и обслуживании агрегатов и поэтому оправдано повышение мощности агрегатов.At the same time, it is accepted that:
- the more powerful the power plant, the greater the efficiency on it can be obtained, and the unit cost of materials is less,
- the larger the range of values of the parameters of the working fluid used in the power plant is realized, the greater the efficiency and can be obtained,
- the production of heat, cold and mechanical energy refers to high, high-tech technologies, requires specialization and highly qualified specialists in the manufacture and maintenance of units, and therefore it is justified to increase the capacity of the units.
Поэтому и производят разные заводы продукцию в виде газовых или электрических плит, водогрейных котлов (АОГВ), электрических холодильников, кондиционеров, тепловых насосов, вентиляционных систем с регенерацией тепла и дизельных электростанций, а в дома и на предприятия тянут под землей теплосети без конца, заменяя их ввиду быстрого износа, и заводы организуют сети ремонтных мастерских для своей продукции. Therefore, different factories produce products in the form of gas or electric stoves, hot water boilers (AOGW), electric refrigerators, air conditioners, heat pumps, ventilation systems with heat recovery and diesel power plants, and in homes and enterprises they pull underground heating networks endlessly, replacing due to rapid wear and tear, and factories organize repair shop networks for their products.
Функции всех этих и других изделий можно осуществлять в одном сравнительно простом, экологичном, маломатериалоемком комбайне - бытовом энергоузле, который можно установить даже в отдельно взятой квартире. The functions of all these and other products can be carried out in one relatively simple, environmentally friendly, low-material combine - a household energy center, which can be installed even in a single apartment.
В связи с этим уместно вспомнить, что одной из закономерностей развития техники, установленных в рамках теории решения изобретательских задач (ТРИЗ, автор Г. С. Альтшуллер) является закон перехода технических систем (ТС) в надсистему, который в формулировке В.М.Герасимова и С.С.Литвина гласит, что развитие технических систем идет в направлении их объединения друг с другом с целью взаимного использования ресурсов для дальнейшего совершенствования на уровне надсистемы (статья "Зачем технике плюрализм". Журнал ТРИЗ N 1, 1990г.). In this regard, it is appropriate to recall that one of the laws governing the development of technology established within the framework of the theory of solving inventive problems (TRIZ, author G.S. Altshuller) is the law of transition of technical systems (TS) to a supersystem, which is formulated by V.M. Gerasimov and S. S. Litvin says that the development of technical systems goes in the direction of combining them with each other with the aim of sharing resources for further improvement at the level of a supersystem (article "Why pluralism is necessary for technology." TRIZ Magazine No. 1, 1990).
Появление предлагаемого способа яркое подтверждение вышеоговоренного закона. Действительно, в этом способе объединились несколько систем с разными функциями, работающих как по прямым, так и обратным термодинамическим циклам, но реализация которых требует одних и тех же агрегатов (камеры сгорания, компрессоры, турбины, теплообменнику) и рабочих тел (вода и воздух), в связи с чем и появляется возможность использовать располагаемые ресурсы одной системы для усовершенствования другой, и, наоборот, что в корне меняет требования к системам для достижения максимального КПД каждой из них. The appearance of the proposed method is a vivid confirmation of the above law. Indeed, in this method several systems with different functions were combined, operating both in direct and inverse thermodynamic cycles, but the implementation of which requires the same units (combustion chambers, compressors, turbines, heat exchanger) and working fluids (water and air) , and therefore it becomes possible to use the available resources of one system to improve another, and vice versa, which radically changes the requirements for systems to achieve maximum efficiency of each of them.
Под использованием ресурсов одной системы для усовершенствования другой имеется в виду такое их использование, когда этот ресурс абсолютно не расходуется, но приводит к появлению другого полезного уже для другой системы. Система выработки тепла в комбайне от отдельной системы выработки тепла, реализованная, например, в АОГВ (водогрейный котел) отличается только тем, что вода нагревается не до 90oC и подается в систему отопления, а до 140 - 150oC, в результате чего мы получаем пар с давлением 4 - 5 кгс/см2 (который, при возможности можно и перегреть до 600oC, если надо увеличить относительную долю механической энергии и холода), с помощью которого без какого-либо расходования тепла в простейшем эжекторе получаем дополнительный ресурс - сжатый до 2 - 2,5 кгс/см2 воздух примерно в таком количестве, как и использованный для этого пар, причем, одновременно с этим потенциал располагаемого тепла снижается до тех же 90oC в виде парогаза, который можно непосредственно подавать в радиаторы отопления без снижения их тепловой мощности, так как коэффициент теплопередачи при конденсации пара на стенке не меньше, чем от жидкости к стенке. В данном случае используется и другой ресурс системы выработки тепла - большая упругость паров воды при 140 - 150oC, благодаря которому и сработал в данном случае другой ресурс - тепло, которые в тандеме позволили получить кинетическую энергию струи пара в сопле эжектора, что в свою очередь позволяет задействовать и другой располагаемый ресурс - низкопотенциальное тепло окружающей среды, например, тепло, исходящее от плиты или тепло спертого воздуха помещения, который необходимо заменить на свежий. Действительно, в эжекторе внутренняя энергия смешиваемых рабочих тел не меняется и он превращается по сути дела в тепловой насос, увеличивающий суммарное количество годного к использованию тепла по сравнению с исходным, например, теплом сгорания любых топлив, причем, после отдачи, например, в систему отопления этого увеличенного количества тепла, в том числе и за счет конденсации воды, необходимой для запитки парового котла, у нас остается бесплатный побочный ресурс - сжатый до 2 - 2,5 кгс/см2 воздух при температуре окружающей среды, при наличии которого термодинамика получения холода и(или) механической энергии в корне изменяются, так как отпадает необходимость совершения такого энергоемкого процесса, как сжатие воздуха со своими необратимыми потерями энергии.By using the resources of one system to improve another, we mean their use when this resource is absolutely not spent, but leads to the appearance of another useful one for another system. The heat generation system in the combine from a separate heat generation system, implemented, for example, in AOGW (hot water boiler) differs only in that the water is not heated to 90 o C and supplied to the heating system, but to 140 - 150 o C, resulting in we get steam with a pressure of 4 - 5 kgf / cm 2 (which, if possible, can be superheated to 600 o C, if it is necessary to increase the relative fraction of mechanical energy and cold), with the help of which without any heat consumption in the simplest ejector we get an additional resource - compressed to 2 - 2.5 kgf / cm 2 air approx It is even in such quantity as the steam used for this, and at the same time, the potential of the available heat decreases to the same 90 o C in the form of steam, which can be directly supplied to the heating radiators without reducing their thermal power, since the heat transfer coefficient during condensation the vapor on the wall is not less than from the liquid to the wall. In this case, another resource of the heat generation system is used - a large elasticity of water vapor at 140 - 150 o C, due to which another resource was activated - heat, which in tandem made it possible to obtain the kinetic energy of the steam jet in the nozzle of the ejector, which The queue also allows you to use another available resource - low-potential heat of the environment, for example, heat coming from a stove or the heat of stale indoor air, which must be replaced with fresh. Indeed, in the ejector, the internal energy of the mixed working fluids does not change and it essentially turns into a heat pump, which increases the total amount of usable heat compared to the initial, for example, heat of combustion of any fuel, and, after returning, for example, to a heating system this increased amount of heat, including by condensation of water required for powering the boiler, we are left free by-resource - compressed to 2 - 2.5 kgf / cm 2, air at ambient temperature, with Nali ii thermodynamics which receive the cold and (or) the mechanical energy radically changed, since there is no need to commit such energy-consuming process, as the compressed air from its irreversible energy loss.
Основной особенностью предлагаемого способа совместной выработки тепла, холода и механической энергии является то, что относительное количество вырабатываемых холода и механической энергии по отношению к количеству вырабатываемого тепла сравнительно невелико и составляет примерно 4-8%. Эта особенность определяется характеристиками эжектора, как такового. Действительно, КПД эжектора максимален в том случае, если коэффициент эжекции - отношение весовых расходов сжимаемого и сжимающего газов - будет равен n = 1 при отношении полных давлений этих газов πo = 4 - 6. Учитывая, что для увеличения давления пара в паровом котле затраты механической энергии на привод насоса закачки воды в него увеличиваются очень мало, можно было бы не обращать внимания на КПД эжектора, но начиная с πo = 6 рост отношения давления смеси газов за эжектором к давлению сжимаемого газа 
Все в мире относительно, говорил еще Энштейн, и поэтому разработчики теплосиловых установок для ТЭЦ, естественно, крупных по мощности и предназначенных для запитки электросетей и теплоцентралей городов, прежде всего обратят внимание на такой показатель предлагаемого способа, как малое относительное количество вырабатываемой механической энергии и, естественно, забракуют его, тем более, что их квалификация и профессионализм в реализации высоких термодинамических параметров становятся в этом случае невостребованными, в то время как изготовителя и покупателя энергоузла, выполненного по предлагаемому способу и предназначенного, например, для отдельной квартиры, совершенно не будет волновать этот параметр, так как это избавляет их от заботы одних сбывать куда-то, а других в сложных агрегатах превращать в другие виды энергии излишки механической энергии, ввиду того, что соотношение потребляемых отдельной семьей видов энергии примерно и будет соответствовать тому соотношению, которое и обеспечивает предлагаемый способ, тем более что все остальные характеристики предлагаемого способа должны всеми только приветствоваться. Everything in the world is relative, Einstein said, and therefore the developers of heat power plants for CHP plants, naturally large in capacity and designed to power the electric grids and heating centers of cities, will first of all pay attention to such an indicator of the proposed method as a small relative amount of generated mechanical energy and, Naturally, they reject him, especially since their qualifications and professionalism in the implementation of high thermodynamic parameters become unclaimed in this case, while The owner and buyer of the energy center, made according to the proposed method and intended, for example, for a separate apartment, will not be bothered by this parameter at all, since this saves them from the worries of some selling somewhere, while others in complex units turn other mechanical energy into surplus energy, in view of the fact that the ratio of the types of energy consumed by an individual family will approximately correspond to the ratio that the proposed method provides, especially since all other characteristics of the proposed A clear method should all be welcomed.
Увеличение такого показателя ТЭЦ, как удельная выработка механической (электрической) энергии, диктуется необходимостью обеспечить и привод многочисленных станков предприятий (которых в квартирах нет) и такое варварское использование электроэнергии в больших количествах, как получение тепла в электроплитах и других электронагревательных приборах, которые вполне может заменить квартирный энергоузел, реализующий предлагаемый способ преобразования тепловой энергии, чем электроспиралями при затрате на это одного и того же количества энергии. An increase in such an indicator of thermal power plants as the specific generation of mechanical (electrical) energy is dictated by the need to provide the drive of numerous machine tools of enterprises (which are not in the apartments) and such barbaric use of electricity in large quantities as the generation of heat in electric stoves and other electric heaters, which may well replace the residential energy center that implements the proposed method of converting heat energy than electric spirals at the cost of the same amount of electricity energies.
Кроме того, в сочетании с уже известными способами преобразования энергии предлагаемый способ уже в надсистеме может обеспечить и рекордное относительное количество механической энергии в сумме вырабатываемых видов энергии, но эта тема уже другой заявки на изобретение, а мы продолжим усовершенствование предлагаемого способа применительно к энергоузлу, предназначенному для отдельной квартиры или фермерского дома. In addition, in combination with the already known methods of energy conversion, the proposed method, already in the supersystem, can also provide a record relative amount of mechanical energy in the amount of generated types of energy, but this topic is another application for the invention, and we will continue to improve the proposed method in relation to the energy center intended for a separate apartment or farmhouse.
В этом случае у нас появляется возможность потенциальную энергию сжатого воздуха преобразовать в механическую энергию:
- в адиабатном процессе расширения без предварительного подвода тепла, когда одновременно с получением механической энергии мы одновременно в том же количестве получаем и тепловую энергию в виде холода,
- в изотермическом процессе расширения, когда часть располагаемого тепла окружающей среды дополнительно напрямую преобразуется в механическую энергию с КПД 100%,
- в адиабатном процессе расширения с предварительным подводом тепла (так, чтобы на выходе из турбины температура воздуха была не выше температуры окружающего воздуха), когда специально подведенное тепло сгорания топлив дополнительно напрямую преобразуется в механическую энергию с КПД 100%,
Второй из этих способов, труднореализуемый на практике, а вот первый и третий легко могут быть реализованы на практике, расширяя возможности регулирования соотношения вырабатываемых видов энергии энергоузла, в котором реализован предлагаемый способ.In this case, we have the opportunity to convert the potential energy of compressed air into mechanical energy:
- in the adiabatic expansion process without preliminary supply of heat, when simultaneously with obtaining mechanical energy, we simultaneously receive the same amount of thermal energy in the form of cold,
- in the isothermal expansion process, when part of the available environmental heat is additionally directly converted into mechanical energy with an efficiency of 100%,
- in the adiabatic expansion process with preliminary heat input (so that the air temperature at the turbine exit is not higher than the ambient temperature), when the specially supplied fuel combustion heat is additionally directly converted into mechanical energy with an efficiency of 100%,
The second of these methods, difficult to implement in practice, but the first and third can easily be implemented in practice, expanding the ability to control the ratio of the generated types of energy of the energy center in which the proposed method is implemented.
Какие еще внутренние ресурсы можно полезно использовать в предлагаемом способе?
Располагаемое тепло в сочетании с большой упругостью паров воды были как ресурсы использованы для сжатия воздуха, как бы без затраты на это тепла. Зададимся теперь вопросом, а как может быть полезно использован такой ресурс, как новый, появившийся в предлагаемом способе, метод передачи располагаемого тепла потребителю? В отличие от обычного водогрейного котла (АОГВ) располагаемое тепло в предлагаемом способе передается потребителю тепла не непосредственно через стенку, а как бы с помощью промежуточного теплоносителя - водяного пара, который истекает из сопла эжектора. Для сопла эжектора неважно, как будет получен пар из пресной или морской воды, молока или фруктовых соков, а вот хозяйку дома вполне может заинтересовать предложение без каких-либо затрат тепла из морской воды получать рассол солей и пресную воду, из молока - сливки (более качественные и полезные, чем полученные обычным способом) и пресную воду, а также концентраты фруктовых соков и пресную воду или спирт и пресную воду уже из водки.What other internal resources can be useful to use in the proposed method?
The available heat combined with the high vapor pressure of the water were used as resources to compress the air, as it were without the cost of heat. We now ask ourselves a question: how can such a resource be used as a new method of transferring available heat to a consumer that appears in the proposed method? Unlike a conventional hot water boiler (AHW), the heat in the proposed method is not transferred directly to the heat consumer through the wall, but as if using an intermediate heat transfer medium - water vapor that flows out of the ejector nozzle. It does not matter for the ejector nozzle how steam will be obtained from fresh or sea water, milk or fruit juices, but the hostess of the house may well be interested in the proposal to get salt brine and fresh water from sea water without any heat consumption, and cream (more than high-quality and healthy than obtained in the usual way) and fresh water, as well as fruit juice concentrates and fresh water or alcohol and fresh water already from vodka.
Для обеспечения этого предлагаемый способ может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что в паровой котел подают растворы, которые предварительно подогревают в теплообменниках методом противоток сконденсированной за счет передачи тепла потребителю фракцией раствора и удаляемой из парового котла фракцией, на которые разделяют раствор без расходования на это тепла. To ensure this, the proposed method can be supplemented with essential features, namely, that solutions are supplied to the steam boiler, which are preheated in counterflow heat exchangers condensed by the heat transfer to the consumer by the fraction of the solution and the fraction removed from the steam boiler, into which the solution is divided without spending to this heat.
Использование в предлагаемом способе в качестве дополнительного рабочего тела-воздуха позволяет нетрадиционно использовать такие внешние и внутренние ресурсы, как тепло и холод, и реализовать его попутно в качестве теплового насоса, регенератора тепла при замене свежим воздуха в помещении и кондиционера, для чего предлагаемый способ может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что забор воздуха для пароструйного эжектора осуществляют от источника некондиционного для дыхания, но теплоэнергоемкого воздуха, например, над кухонной плитой или просто из жилого помещения, а сброс воздуха из холодильника на улицу, тепло смеси пара с воздухом после пароструйного эжектора передают последовательно в систему отопления помещения и свежему воздуху, поступающему в вентилируемое помещение в отопительный сезон, в то время как в жаркий сезон воздух после холодильника подают уже в кондиционируемое помещение, а на вход в пароструйный эжектор уже с улицы, и тепло парогаза после пароструйного эжектора используют, например, на подогрев воды для бытовых и технических целей и подогрев воздуха, поступающего в кондиционируемое помещение уже из холодильника. Using in the proposed method as an additional working fluid-air allows non-traditional use of external and internal resources, such as heat and cold, and to implement it along the way as a heat pump, heat regenerator when replacing fresh indoor air and air conditioning, for which the proposed method can be supplemented with essential features, namely, that the air intake for the steam jet ejector is carried out from a source of substandard for breathing, but heat-intensive air, for example measures above the stove or just from the living room, and the discharge of air from the refrigerator to the street, the heat of the steam-air mixture after the steam-jet ejector is transferred successively to the room heating system and to the fresh air entering the ventilated room during the heating season, while the hot season, the air after the refrigerator is already supplied to the air-conditioned room, and the entrance to the steam jet ejector is already from the street, and the heat of the steam and gas after the steam jet ejector is used, for example, to heat water for domestic and technical x targets and heating the air entering the air-conditioned room from the refrigerator.
Такая комбинация используемых в предлагаемом способе рабочих тел, как вода и воздух, позволяет усовершенствовать и такую, характерную большими необратимыми потерями энергии, операцию, как передача тепла потребителю, рабочее тело которого, в частности, находится и под другим давлением, например, воды системы отопления или воздуха, поступающего в помещение с улицы. This combination of the working fluid used in the proposed method, such as water and air, allows to improve the operation characteristic of large irreversible energy losses, such as heat transfer to the consumer, the working fluid of which, in particular, is also under different pressure, for example, heating system water or air entering the room from the street.
В связи с этим, предлагаемый способ может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что вода, воздух или парогаз - частные потребители и поставщики тепла передают тепло и свою массу друг другу в массотеплообменном аппарате методом противоток при движении воды сверху вниз, а воздуха или парогаза снизу вверх. In this regard, the proposed method can be supplemented with essential features, namely, that water, air or combined-cycle gas — private consumers and heat suppliers transfer heat and their mass to each other in the mass transfer apparatus by the counterflow method when water moves from top to bottom, and air or steam gas from bottom to top.
Действительно, при непосредственном контакте парогаза и воздуха с водой, во-первых, происходит не только теплообмен, но и массообмен между ними и, во-вторых, большая площадь контакта между ними может быть обеспечена сколь угодно большой без увеличения веса теплообменника, что позволяет достичь минимально возможной разницы температур рабочих тел обменивающихся теплом, а следовательно, и минимально-возможных необратимых потери энергии, причем, воду, отдающую или воспринимающую тепло, легко передавать, например, насосом (из) в зону теплообмена с разными давлениями практически без затрат механической энергии. Indeed, with direct contact of steam and gas with air, firstly, not only heat transfer occurs, but also mass transfer between them and, secondly, a large contact area between them can be provided arbitrarily large without increasing the weight of the heat exchanger, which allows to achieve the minimum possible temperature difference of the working fluid exchanging heat, and therefore the minimum possible irreversible energy loss, moreover, the water that gives or receives heat can be easily transferred, for example, by pump (from) to the heat exchange zone at different pressures with little or no mechanical energy.
Выше было сказано, что энергоузел, реализующий предлагаемый способ преобразования энергии, обладает и свойствами теплового насоса, когда располагаемое низкопотенциальное тепло может быть преобразовано в тепло, приемлемое для нужд потребителя, причем, для этого требуется тем меньшее количество механической энергии (меньшее потребное увеличение температуры рабочего тела, а следовательно, и степени повышения давления в компрессоре), чем большую температуру имеет рабочее тело-обладатель этого низкопотенциального тепла. Одним из источников низкопотенциального тепла может рассматриваться и регенеративное тепло - тепло, которое возвращается к рабочему телу с выхода на вход в компрессор, ввиду уже непригодности его для нужд потребителя тепла, вследствие понижения температуры рабочего тела за компрессором при отдаче тепла его потребителю. Регенерация тепла теоретически мыслима только в тепловых насосах, где теплообмен между рабочими телами осуществляется при переменных температурах и рекомендуется применение образцового для таких случаев регенеративного цикла Лоренца (см. рис.7.6, с.244, кн. А.И.Андрющенко "Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок", Москва, Высшая школа, 1985г). It was said above that the energy center that implements the proposed method of energy conversion also has the properties of a heat pump, when the available low-grade heat can be converted into heat acceptable for the needs of the consumer, and this requires the smaller amount of mechanical energy (a smaller required increase in the working temperature body, and, consequently, the degree of increase in pressure in the compressor), the higher the temperature of the working body, the owner of this low-potential heat. One of the sources of low-grade heat can also be considered regenerative heat - heat that returns to the working fluid from the outlet to the compressor inlet, since it is already unsuitable for the needs of the heat consumer, due to lowering the temperature of the working fluid behind the compressor when heat is transferred to its consumer. Heat recovery is theoretically conceivable only in heat pumps, where heat exchange between the working fluids is carried out at variable temperatures and it is recommended to use the Lorentz regenerative cycle exemplary for such cases (see Fig. 7.6, p. 244, Prince A.I. Andryushchenko, “Fundamentals of Thermodynamics of Cycles”). heat power plants ", Moscow, Higher School, 1985).
Введение регенерации тепла не всегда бывает оправдано при использовании теплообменников поверхностного типа, но в нашем варианте использования теплообменников тепломассообменного типа с малыми необратимыми потерями энергии может быть вполне оправдано, тем более, что это резко повышает возможности по регулированию тепловой мощности радиаторов отопления и соотношения вырабатываемых видов энергии при постоянстве давлений по тракту теплового насоса, характерного для случая применения пароструйного эжектора в качестве компрессора и источника механической энергии его привода, особенно когда нет смысла менять давление в паровом котле и давление воздуха на входе в эжектор, как и на выходе из него ввиду неизбежности увеличения необратимых потерь энергии при введении каких-либо видов дросселирования рабочих тел в газо- или парообразном состояних из-за больших необратимых потерь потенциальной энергии давления. The introduction of heat recovery is not always justified when using surface-type heat exchangers, but in our version of the use of heat-mass-exchanging heat exchangers with small irreversible energy losses it can be fully justified, especially since this dramatically increases the ability to control the thermal power of heating radiators and the ratio of the generated types of energy at a constant pressure along the heat pump path, typical for the case of using a steam-jet ejector as a compressor and and the source of mechanical energy of its drive, especially when there is no point in changing the pressure in the steam boiler and the air pressure at the inlet to the ejector, as well as at the exit from it, due to the inevitability of an increase in irreversible energy losses when introducing any types of throttling of working fluids in a gas or vapor state due to large irreversible losses of potential pressure energy.
Регенеративный подогрев воздуха на входе в эжектор и свежего воздуха, подаваемого в помещение с улицы, можно последовательно осуществить от воды, покидающей радиаторы отопления, но в этом случае мы наталкиваемся на техническое противоречие, заключающееся в том, что при передаче тепла от парогаза после эжектора к воде в тепломассообменном теплообменнике будут неизбежны большие необратимые потери энергии (в виде большого среднеинтегрального перепада температур) при передаче тепла уже по той причине, что удельная теплоемкость воды во всем диапазоне температур теплообмена остается практически постоянной, в то время, как удельная теплоемкость парогаза, например, при температуре 70oC в 10 раз больше, чем при температуре 26oC.Regenerative heating of the air at the inlet to the ejector and the fresh air supplied to the room from the street can be carried out sequentially from the water leaving the heating radiators, but in this case we encounter a technical contradiction, namely, that when heat is transferred from the combined gas after the ejector to water in the heat and mass transfer heat exchanger will be inevitable large irreversible energy losses (in the form of a large average integral temperature difference) during heat transfer for the reason that the specific heat of water in all heat exchange temperature range remains almost constant, while the specific heat of the vapor gas, for example, at 70 o C in 10 times greater than at a temperature of 26 o C.
Для преодоления этого противоречия предлагаемый способ преобразования энергии может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что тепло парогаза после пароструйного эжектора передают последовательно нескольким замкнутым контурам промежуточного теплоносителя - воды для потребителей тепла разной температуры, например, водяной системе отопления, системе регенерации тепла на вход в компрессор и системе подогрева, подаваемого в отапливаемое или кондиционируемое помещение воздуха, которым замечают уже некондиционный воздух, подаваемый на вход в пароструйный эжектор. To overcome this contradiction, the proposed method of energy conversion can be supplemented with essential features, namely, that the heat of the steam gas after the steam jet ejector is transferred sequentially to several closed circuits of the intermediate heat transfer medium - water for heat consumers of different temperatures, for example, a water heating system, an input heat recovery system to the compressor and the heating system supplied to a heated or air-conditioned room, which they already notice substandard th air supplied to the entrance to the steam jet ejector.
В разных контурах мы можем задать и разные расходы воды, а следовательно, исключить необратимые потери энергии при тепломассообмене. In different circuits, we can set different water flow rates, and therefore, eliminate irreversible energy losses during heat and mass transfer.
Несколько контуров промежуточного теплоносителя - воды предопределяют и дополнительные существенные признаки, которыми может быть дополнен предлагаемый способ преобразования энергии, заключающиеся в том, что тепловую мощность каждого из потребителей тепла и влажность поступающего в помещение воздуха регулируют изменением расхода воды в соответствующем контуре, в том числе, и за счет полного или частичного замыкания этого контура, например, регенеративного, через другой потребитель горячей воды, в частности, душ или ванну, при пользовании которыми мощность системы отопления, в частности, и не снижают, для чего на это время включают кухонную плиту и, в частности, совмещают приготовление пищи и заливку горячей водой, например, ванны. Several circuits of the intermediate coolant - water also determine additional significant features that can be used to supplement the proposed method of energy conversion, namely that the thermal power of each of the heat consumers and the humidity of the air entering the room are controlled by changing the flow rate of the water in the corresponding circuit, including and due to the complete or partial closure of this circuit, for example, regenerative, through another consumer of hot water, in particular a shower or bath, when using SRI which heating power, in particular, does not reduce, which at this time include a cooker, and in particular, combined cooking and pouring the hot water, such as bath.
Интересно отметить, что при совмещении приготовления пищи и горячей воды для ванны, горячая вода получается совершенно бесплатно, а если бы мы на плите специально грели только воду для ванны, то пришлось бы ее включить на время приготовления примерно в 10 раз большее, чем это потребуется энергоузлу, реализующему предлагаемый способ, так как плита имеет КПД отдачи тепла потребителю примерно 10%, а пароструйный эжектор может забрать весь горячий воздух, исходящий от плиты и выдать все это тепло в виде горячей воды, затрачивая на это примерно 10% электроэнергии от того его количества, которое потребовалось бы для нагрева этой воды электрокипятильником (с КПД 100%). It is interesting to note that when combining cooking and hot water for a bath, hot water is obtained completely free of charge, and if we specially heated only bath water on the stove, we would have to turn it on for the cooking time about 10 times more than required an energy center that implements the proposed method, since the stove has an efficiency of heat transfer to the consumer of about 10%, and a steam-jet ejector can take all the hot air coming from the stove and produce all this heat in the form of hot water, spending about 10% e electricity from the amount that would be required to heat this water with an electric boiler (with an efficiency of 100%).
Предлагаемый способ преобразования энергии может быть реализован в бытовом энергоузле применительно даже к отдельному дому или квартире, прототипом которого является пароструйная эжекторная установка, взятая в качестве прототипа и для предлагаемого способа, которая состоит из парового котла, выход которого связан с соплом пароструйного эжектора, диффузор которого соединен с полостью по охлаждаемой среде конденсатора, выход из которой через конденсационный насос связан с потребителем конденсата, в частности, паровым котлом, и через уменьшитель давления с полостью по нагреваемой среде холодильника. The proposed method of energy conversion can be implemented in a domestic energy center, even for a separate house or apartment, the prototype of which is a steam jet ejector installation, taken as a prototype and for the proposed method, which consists of a steam boiler, the output of which is connected to the nozzle of a steam jet ejector, the diffuser of which connected to the cavity through the cooled medium of the condenser, the output of which through the condensation pump is connected to the consumer of the condensate, in particular, the steam boiler, and through enshitel pressure to the cavity heated by the cooler environment.
Цель изобретения - увеличение коэффициента термотрансформации теплоты при попутном (без затрат тепловой энергии) получении механической энергии, в основном, будет выполнена, если известная установка будет дополнена существенными признаками, заключающимися в том, что в качестве уменьшителя давления использована турбина, механически связанная с потребителем механической энергии, например, электрогенератором, а вход сжимаемого рабочего тела пароструйного эжектора сообщен с атмосферой. The purpose of the invention is to increase the coefficient of thermotransformation of heat during the associated (without the cost of thermal energy) production of mechanical energy, mainly, will be performed if the known installation is supplemented with essential features, namely, that a turbine mechanically connected to a consumer is used as a pressure reducer energy, for example, by an electric generator, and the input of a compressible working fluid of a steam-jet ejector is connected with the atmosphere.
Для обеспечения попутного (без всяких затрат тепловой энергии) разделения растворов на их фракции методом возгонки в процессе передачи тепла от парового котла к потребителю, в которых соответственно совершаются процессы испарения и конденсации жидкости, бытовой энергоузел может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что вход в паровой котел связан с источником разделяемого на фракции раствора через конденсационный насос и полости по нагреваемым средам теплообменников противоточного типа, полости, по охлаждаемым средам которых одна из них своим входом связана с полостью по охлаждаемой среде конденсатора, а выходом с потребителем испаряемой фракции раствора, а другая своим входом со сливом из парового котла, а выходом с потребителем неиспаряемой фракции раствора в паровом котле. To ensure the associated (without any thermal energy costs) separation of solutions into their fractions by sublimation during heat transfer from the steam boiler to the consumer, in which the processes of evaporation and condensation of the liquid respectively occur, the household power center can be supplemented with the essential features that the entrance to the steam boiler is connected to the source of the solution divided into fractions through the condensation pump and cavities through the heated media of countercurrent type heat exchangers, cavities, by cooling on media of which one of them, with its inlet, is connected to the cavity through the cooled medium of the condenser, and with the outlet of the evaporated fraction of the solution with the consumer, and the other, with its inlet and outlet from the steam boiler, and the outlet of the non-evaporated fraction of the solution with the consumer in the steam boiler.
Применение в предлагаемом бытовом энергоузле в качестве второго рабочего тела воздуха без каких-либо дополнительных конструктивных средств, но с привлечением жилого помещения в качестве как бы одного из агрегатов энергоузла с соответствующей сезонной перенастройкой агрегатов, позволяет использовать его в качестве теплового насоса утилизации, располагаемого бросового низкопотенциального тепла жилого помещения, регенератора тепла при вентиляции помещения в отопительный сезон и кондиционера в жаркий сезон, если бытовой энергоузел будет дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что в отопительный сезон вход сжимаемого рабочего тела пароструйного эжектора связан с источником уже некондиционного для дыхания, но теплоэнергоемкого воздуха, например, над кухонной плитой или просто с вентилируемым помещением, а выход из холодильника с улицей, в то время как в жаркий сезон вход сжимаемого рабочего тела пароструйного эжектора сообщен с улицей, а выход из холодильника с помещением, причем вход и выход по нагреваемой среде (средам) конденсатора связаны с входом и выходом водяной системы отопления (в жаркое время водоснабжения горячей водой) или(и) соответственно с улицей и помещением в отопительный сезон и с выходом по нагреваемой среде холодильника и помещением в жаркий сезон. The use of air in the proposed domestic energy center as a second working fluid without any additional structural means, but with the use of a living room as one of the units of the energy center with the appropriate seasonal reconfiguration of the units, allows it to be used as a heat pump for disposal, disposed of low-grade waste the heat of the living room, the heat regenerator during ventilation of the room during the heating season and the air conditioner during the hot season, if the household power center is the child is supplemented with essential features, namely, in the heating season, the input of the compressible working fluid of the steam-jet ejector is connected to a source of already substandard for breathing, but heat-intensive air, for example, above a stove or simply with a ventilated room, and the exit from the refrigerator with the street while in the hot season the entrance of the compressible working fluid of the steam-jet ejector is connected to the street, and the exit from the refrigerator to the room, and the entrance and exit of the condenser’s heated medium (s) are connected to the entrance and the exit of the water heating system (during hot water supply with hot water) or (and) respectively with the street and the premises during the heating season and with access to the heated environment of the refrigerator and the premises during the hot season.
Если в качестве рабочего тела в потребителе тепла используется вода, например, в системах водяного отопления или бытового снабжения горячей водой, то вес теплообменника-конденсатора может быть значительно снижен с одновременным резким снижением необратимых потерь энергии за счет снижения перепада температур при тепломассообмене между парогазом за эжектором и нагреваемой водой, если энергоузел будет дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что полость по охлаждаемой среде конденсатора-теплообменника имеет дополнительную полость, вход которой сообщен со сборником конденсата воды, а выход через регулировочный кран, водяной насос и разбрызгиватель воды, установленный в верхней части основной полости у ее выхода, в то время как сборник конденсата воды, дополнительно связанный через подпиточный поплавковый клапан с источником воды, - в нижней части у входа в нее. If water is used as a working fluid in a heat consumer, for example, in water heating systems or domestic hot water supply, the weight of the heat exchanger-condenser can be significantly reduced with a sharp decrease in irreversible energy losses due to a decrease in the temperature difference during heat and mass transfer between the gas and vapor behind the ejector and heated water, if the energy center will be supplemented with essential features, namely, that the cavity in the cooled medium of the condenser-heat exchanger has an additional the cavity, the inlet of which is connected to the water condensate collector, and the outlet through the control valve, water pump and water sprayer installed in the upper part of the main cavity at its outlet, while the water condensate collector, additionally connected through the make-up float valve to the water source , - in the lower part at the entrance to it.
Если в качестве рабочего тела в потребителе тепла используется воздух, например, в системах воздушного отопления или вентиляции, то снижение веса теплообменика-конденсатора и необратимых потерь энергии в нем и может быть обеспечено за счет применения воды в качестве промежуточного теплоносителя, позволяющей обеспечить тепломассообмен. между газами, находящимися и при разных давлениях, для обеспечения чего бытовой энергоузел может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что полость по нагреваемой среде теплообменника выполнена также, как и полость по охлаждаемой среде, и связана через общие для них дополнительные полости с полостью по нагреваемой среде теплообменника, причем разбрызгиватель полости по нагреваемой среде теплообменника у его выхода связан со сборником конденсата воды полости по нагреваемой среде, а разбрызгиватель воды полости по охлаждаемой среде теплообменника связан через насос и регулировочный кран со сборником конденсата воды у входа в полость по нагреваемой среде теплообменника. If air is used as a working fluid in a heat consumer, for example, in air heating or ventilation systems, then the weight of the heat exchanger-condenser and irreversible energy losses in it can be reduced by using water as an intermediate heat carrier, which allows heat and mass transfer. between gases located at different pressures, to ensure that the household energy unit can be supplemented with essential features, namely, that the cavity along the heated medium of the heat exchanger is made as well as the cavity along the cooled medium, and is connected through additional cavities common to them with the cavity in the heated medium of the heat exchanger, the cavity sprayer in the heated medium of the heat exchanger at its outlet connected with the condensate collector of the cavity water in the heated medium, and the cavity water sprayer cooling medium heat exchanger connected through a pump and an adjustment valve with the collection of the condensate water at the entrance to the cavity heated by the heat exchanger medium.
Для преодоления технического противоречия, заключавшегося в том, что в широком диапазоне температур теплообмена между парогазом и водой возрастают необратимые потери энергии по причине постоянства удельной теплоемкости воды и резкого изменения ее по температуре для парогаза, бытовой энергоузел может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что он имеет несколько последовательно установленных теплообменников, в том числе в различных их вариантах исполнения для передачи тепла разным потребителям, например, водяной системе отопления, системе регенерирования тепла и увлажнения воздуха на входе в пароструйный эжектор и системе подогрева и увлажнения подаваемого в отапливаемое или кондиционируемое помещение воздуха. To overcome the technical contradiction, which consists in the fact that in a wide range of heat exchange temperatures between steam and water, irreversible energy losses increase due to the constant specific heat of water and its sharp change in temperature for steam, the household power center can be supplemented with essential features, namely that it has several heat exchangers installed in series, including their various versions for transferring heat to different consumers, for example, water heating system, heat recovery and air humidification system at the entrance to the steam jet ejector and heating and humidification system of the air supplied to the heated or air-conditioned room.
В контуре промежуточного теплоносителя каждого из потребителей тепла в отдельности может быть задан свой расход воды, соответствующий средней удельной теплоемкости парогаза в более узком диапазоне теплообмена, что резко уменьшает необратимые потери энергии и увеличивает возможности по регулированию энергоустановки под новые погодные условия. In the intermediate coolant circuit of each of the heat consumers individually, a specific water flow rate can be set corresponding to the average specific heat capacity of the steam and gas in a narrower heat transfer range, which drastically reduces irreversible energy losses and increases the ability to regulate the power plant under new weather conditions.
Для исключения потерь потенциальной энергии давления воздуха за счет прорыва парогаза после эжектора в потребители тепла через магистрали контуров промежуточного теплоносителя и стабилизации расхода воды в них бытовой энергоузел может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что сборники конденсата воды теплообменников на впуске магистралей без крана и насоса имеют выпускные поплавковые регуляторы уровня воды в сборниках конденсата. To eliminate the potential loss of air pressure energy due to the breakthrough of steam gas after the ejector to the heat consumers through the lines of the intermediate coolant circuits and stabilization of the water flow in them, the household power center can be supplemented with essential features, namely, that the condensate water collectors of the heat exchangers at the inlet of the pipes without a tap and The pumps have outlet float controllers for the water level in the condensate collectors.
В целях подачи в помещение наружного воздуха заданной относительной влажности, бытовой энергоузел может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что на выходе подогревателя воздуха смесительного типа установлен подогреватель воздуха поверхностного типа, например, радиатор водяного отопления или электроподогреватель. In order to supply the specified relative humidity to the outdoor air, the household power center can be supplemented with essential features, namely, that a surface type air heater, for example, a water heating radiator or an electric heater, is installed at the outlet of the mixing type air heater.
Теплообменники тепломассообменного типа в своем выходе имеют насыщенный влагой воздух, и если мы после этого подогреем его хотя бы на 5oC традиционным способом, относительная влажность его снижается до комфортного уровня 40 - 70%.Heat exchangers of the heat and mass transfer type in their outlet have air saturated with moisture, and if we then heat it at least 5 o C in the traditional way, its relative humidity decreases to a comfortable level of 40 - 70%.
До сих пор мы выявленными существенными признаками пытались наиболее простыми конструктивными средствами решить основную цель - при минимальных затратах тепла получить максимальное количество тепла механической (электрической) энергии и холода, попутно находя очевидное их применение в быту, в частности, на кухне - наиболее подходящем месте установки бытового энергоагрегата, в частности, фермерского или дачного дома, а также квартиры. Until now, we have identified the essential signs by the simplest constructive means to solve the main goal - to obtain the maximum amount of heat of mechanical (electrical) energy and cold at the minimum heat consumption, simultaneously finding their obvious application in everyday life, in particular in the kitchen - the most suitable installation site a household power unit, in particular, a farm or a country house, as well as an apartment.
ТРИЗ рекомендует не останавливаться после достижения поставленной цели и рассмотреть появившиеся в связи с этим внутренние ресурсы системы на предмет выявления тех сверхэффектов, которые могут быть с помощью их получены без расходования этих ресурсов, необходимых для достижения основной цели изобретения. TRIZ recommends not to stop after reaching the goal and consider the internal resources of the system that have arisen in connection with this in order to identify those super-effects that can be obtained by using them without spending these resources necessary to achieve the main goal of the invention.
В предлагаемом бытовом энергоузле мы имеем дело с механической энергией и электричеством, теплом и холодом. Что полезного для членов семьи и, в частности, хозяйки на кухне мы можем получить с помощью этих видов энергии, в то же время не расходуя их, т.е. без ничего, применяя для достижения этого лишь дополнительные простые конструктивные изменения и дополнения. In the proposed domestic energy center, we are dealing with mechanical energy and electricity, heat and cold. What is useful for family members and, in particular, the housewife in the kitchen, we can get with the help of these types of energy, at the same time without spending them, i.e. without anything, applying to achieve this only additional simple design changes and additions.
Начнем с электричества, которое применяется в электроподогревательном приборе для уменьшения относительной влажности воздуха, подаваемого в помещение. Можно ведь нагреть воздух не электроспиралью, а вольтовой дугой, и получить при этом дополнительный положительный эффект, заключающийся в том, что появляется полезный для легких озон и яркий ультрафиолетовый свет, убивающий микробы, в связи с чем последний существенный признак (электроподогреватель) можно дополнить словами, например, - основанный на применении вольтовой дуги. Let's start with electricity, which is used in an electric heating device to reduce the relative humidity of the air supplied to the room. You can, after all, heat the air not with an electric spiral, but with a voltaic arc, and get an additional positive effect, consisting in the fact that there is ozone useful for the lungs and bright ultraviolet light that kills microbes, and therefore the last significant sign (electric heater) can be supplemented with words , for example, based on the use of a volt arc.
Возьмем теперь тепло, которое вырабатывается и в кухонной плите и в предлагаемом бытовом энергоагрегате. Где больше энергии тратится на подогрев воды на 1oC? Конечно, в плите, примерно раз в 20. Так зачем тогда ставить, например, чайник с холодной водой на плиту, когда можно из бытового энергоагрегата взять воду при 50 - 70oC и на плите подогревать ее до 100oC, существенно экономя энергетические ресурсы. Конечно, для приготовления пищи нужна чистая вода и в связи с этим предлагаемый бытовой энергоузел может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что на входе в систему подпитки водой энергоузла установлен фильтр, например, типа "Росинка", соединенный, в том числе, и с баком для горячей воды, оборудованным сливным краном и выполненным в виде рубашки охлаждения стенок полости по охлаждаемой среде теплообменника тепломассообменного типа.Now we take the heat that is generated both in the stove and in the proposed household power unit. Where more energy is spent heating water at 1 o C? Of course, in the stove, about once every 20. So why put, for example, a teapot with cold water on the stove, when you can take water from a household power unit at 50 - 70 o C and heat it up to 100 o C on the stove, significantly saving energy resources. Of course, clean water is needed for cooking, and in this regard, the proposed household energy center can be supplemented with essential features, namely, a filter, for example, a Rosinka type, is connected at the entrance to the water supply system of the energy center, including and with a hot water tank equipped with a drain valve and made in the form of a jacket for cooling the walls of the cavity in a cooled medium of a heat and mass transfer heat exchanger.
Среди членов семьи всегда найдется любитель попить холодной воды, особенно в жарко время года. Конечно, для этого можно держать банку с водой в холодильнике, но куда будет удобней, если мы наш энергоузел дополним существенными признаками, заключающимися в том, что фильтр соединен, том числе, и с баком для холодной воды, оборудованным сливным краном и выполненным в виде рубашки охлаждения стенок полости по нагреваемой среде теплообменника тепломассообменного типа, предназначенного для подогрева воздуха, подаваемого в помещение с улицы или из турбины. Among family members there is always a lover of cold water, especially in the hot season. Of course, for this you can keep a can of water in the refrigerator, but it will be much more convenient if we supplement our energy center with the essential features that the filter is connected, including, to the cold water tank, equipped with a drain valve and made in the form jacket cooling the walls of the cavity through the heated medium of the heat exchanger of the heat and mass transfer type, designed to heat the air supplied to the room from the street or from the turbine.
Посмотрим, как может быть теперь полезно использовано в предлагаемом энергоузле такое располагаемое сочетание, как тепло и холод, но в то же время, без расходования их, так как они нужны совсем для других - основных целей энергоузла. Let us see how the disposable combination such as heat and cold can be used in the proposed energy center now, but at the same time, without spending them, since they are needed for completely different purposes — the main goals of the energy center.
В частности, для жителей Крыма, по заказу которых и создается данный бытовой энергоузел, было бы необходимо, если бы он мог опреснять, например, морскую воду, так как в Крыму есть места, куда пресную воду завозят автомобилями, например, в район Батилимана, расположенного на берегу моря, да и в водопроводную сеть городов Крыма закачивают воду из Северо-Крымского канала, по которому течет вода, настолько загрязненная вредными веществами индустриальных районов Украины, что ее не может очистить никакой фильтр и она без дистилляции практически не может быть рекомендована медиками для питья. In particular, for residents of the Crimea, by whose order this household energy center is being created, it would be necessary if it could desalinate, for example, sea water, since in Crimea there are places where fresh water is imported by cars, for example, to the Batiliman district, located on the seashore, and even in the water supply network of the cities of Crimea, water is pumped from the North Crimean canal, through which water flows, so polluted by harmful substances from the industrial regions of Ukraine that no filter can clean it and it is practically not without distillation can be recommended by doctors for drinking.
Один из способов опреснения воды заключается в том, что морскую воду испаряют, т.е. используют тепло, а затем пары воды конденсируют, т.е. используют холод. Но ведь для получения тепла и холода необходимы затраты энергии. И до сих пор идут на это, используя для этого, в основном, солнечную и атомную энергии, создавая дорогостоящие опреснительные установки. One way to desalinate water is to evaporate seawater, i.e. use heat, and then the water vapor condenses, i.e. use cold. But energy is needed to produce heat and cold. And they still go for it, using mainly solar and atomic energy for this, creating expensive desalination plants.
В соответствии с законами термодинамики, сколько тратится на испарение жидкости, столько и возвращается при конденсации паров жидкости, например воды. Весь вопрос заключается в том, чтобы полезно возвратить тепло. В каком случае подведенное к чему-то тепло полезно возвращается? В частности, тепло, подведенное к одной из сторон стенки любого теплообменника, полезно возвращается от другой стороны стенки уже другому рабочему телу. Процессы передачи тепла от одного рабочего тела к другому в нашем бытовом энергоузле есть, а следовательно, и есть возможность попутно без всяких затрат энергии опреснить, в частности, морскую или загрязненную воду, если вспомнить принцип работы так называемой "тепловой трубы", предназначенной для передачи тепла на какое-то расстояние от одного рабочего тела к другому с помощью промежуточного теплоносителя. Вся ценность тепловой трубы для нас заключается в том, что промежуточный теплоноситель в ней подвергается процессам испарения и конденсации, т.е. тем же процессам, что и при опреснении воды, которые к тому же обеспечивают и максимальные коэффициенты теплопередачи от стенки уже к другой стенке, обеспечивая коэффициент теплопередачи даже больший, чем через стенку, выполненную из меди или серебра. In accordance with the laws of thermodynamics, how much is spent on the evaporation of the liquid, so much is returned during the condensation of liquid vapor, such as water. The whole question is whether it is useful to return heat. In which case is the heat brought to something useful returns? In particular, the heat supplied to one of the sides of the wall of any heat exchanger is beneficially returned from the other side of the wall to another working fluid. There is a process of heat transfer from one working fluid to another in our household energy center, and therefore it is possible to desalinate, in particular, sea or contaminated water at the same time without any expenditure of energy, if we recall the principle of operation of the so-called "heat pipe" designed to transfer heat at some distance from one working fluid to another using an intermediate heat transfer medium. The whole value of the heat pipe for us lies in the fact that the intermediate heat carrier in it is subjected to evaporation and condensation processes, i.e. the same processes as in the desalination of water, which also provide the maximum heat transfer coefficients from the wall to another wall, providing a heat transfer coefficient even greater than through a wall made of copper or silver.
Чтобы добиться поставленной цели, надо даже упростить тепловую трубу. Действительно, запаянная в тепловой трубе жидкость испаряется от тепла горячей стенки, пар сам поступает к холодной стенке, конденсируется там при той же температуре и уже в виде жидкости вновь возвращается по фитилю к горячей стенке. Если мы выбросим фитиль, к горячей стенке будем подавать морскую воду, а от холодной - будем откачивать пресную воду, то поставленная цель будет достигнута. Кроме того у нашего бытового энергоузла есть и конструктивные средства для обеспечения этого. Действительно, бак для горячей воды - это горячая стенка тепловой трубы, а бак для холодной воды - это холодная стенка тепловой трубы. Не хватает только самой трубы для движения пара из одного бака в другой, но этого не произойдет если в баках и трубе, их соединяющей, будет присутствовать воздух. To achieve this goal, you even need to simplify the heat pipe. Indeed, the liquid sealed in the heat pipe evaporates from the heat of the hot wall, the steam itself enters the cold wall, condenses there at the same temperature and again returns as a liquid to the hot wall through the wick. If we throw away the wick, we will supply sea water to the hot wall, and we will pump out fresh water from the cold wall, then the goal will be achieved. In addition, our domestic energy center has constructive means to ensure this. Indeed, the hot water tank is the hot wall of the heat pipe, and the cold water tank is the cold wall of the heat pipe. All that is missing is the pipe itself for the movement of steam from one tank to another, but this will not happen if air is present in the tanks and the pipe connecting them.
В этом случае в соответствии с законом Дальтона в обоих баках установится одно и то же давление (атмосферное), но парциальное давление воздуха в баке для холодной воды будет больше и пары воды при отсутствии перепада давления между баками будут переходить из бака в бак только за счет диффузии между молекулами воздуха. In this case, in accordance with Dalton’s law, the same pressure (atmospheric) will be established in both tanks, but the partial air pressure in the cold water tank will be greater and water vapor, in the absence of a pressure differential between the tanks, will transfer from tank to tank only due to diffusion between air molecules.
Чтобы резко ускорить процесс самопроизвольного перехода паров воды из бака в бак, необходимо, чтобы вода в баке для горячей воды закипела, т.е. чтобы парциальное давление паров воды превысило суммарное давление паров воды и воздуха в баке с холодной водой. Для обеспечения этого надо или нагреть воду до 100oC (на что надо затратить тепловую энергию) или баки сделать герметичными, создать в них вакуум через бак для холодной воды.To dramatically accelerate the process of spontaneous transition of water vapor from tank to tank, it is necessary that the water in the hot water tank boils, i.e. so that the partial pressure of water vapor exceeds the total vapor pressure of water and air in the tank with cold water. To ensure this, it is necessary either to heat the water to 100 o C (what thermal energy should be spent on) or to make the tanks airtight, create a vacuum in them through the cold water tank.
Но для создания вакуума необходимы затраты механической энергии для привода вакуумнасоса. Какое количество механической энергии потребуется для этого? Задача вакуумнасоса состоит только в том, чтобы откачать воздух из баков и создать там давление, равное давлению насыщенных паров воды при температуре воды в баке для горячей воды, и после этого вакуум будет поддерживаться автоматически за счет того, что сколько воды испарится, столько же и конденсируется при попутной передаче тепла через стенки баков с горячей и холодной водой. But to create a vacuum, mechanical energy is needed to drive the vacuum pump. How much mechanical energy will be required for this? The task of the vacuum pump is only to pump out the air from the tanks and create a pressure there equal to the pressure of saturated water vapor at the water temperature in the hot water tank, and after that the vacuum will be maintained automatically due to the fact that how much water evaporates, the same condenses when passing heat through the walls of tanks with hot and cold water.
Чтобы не усложнять систему вакуумнасоса, выберем, последний струйного типа, как наиболее надежный и технологичный, тем более что в нашем бытовом энергоузле есть несколько замкнутых контуров жидкого промежуточного теплоносителя - воды. Вопрос состоит только в том, где то место для установки струйного вакуумнасоса, чтобы затраты механической энергии при этом абсолютно не изменились. Эти места - на входе в разбрызгиватели воды в полости по нагреваемой среде теплообменников тепломассообменного типа по регенеративному подогреву воздуха на входе в компрессор и воздуха, подаваемого в помещение, так как в эти разбрызгиватели осуществляется простое дросселирование воды при располагаемом перепаде давления, равном перепаду давления воздуха на компрессоре. In order not to complicate the vacuum pump system, we will choose the last jet type as the most reliable and technologically advanced, especially since in our household energy center there are several closed circuits of a liquid intermediate coolant - water. The only question is where is the place for installing the jet vacuum pump, so that the costs of mechanical energy do not change at the same time. These places are at the entrance to the water sprayers in the cavity through the heated medium of heat and mass transfer heat exchangers for regenerative heating of the air at the compressor inlet and the air supplied to the room, since these sprinklers carry out a simple throttling of water at an available pressure drop equal to the pressure drop compressor.
В связи с вышеизложенным, бытовой энергоузел может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что бак с холодной водой сообщен с выходом фильтра через бак для горячей воды и дополнительно через кран с входом низкого давления струйного насоса, установленного в магистрали, соединяющей сборник воды и разбрызгиватель, расположенные соответственно в полостях по охлаждаемой и нагреваемой средам тепломассообменных теплообменников. In connection with the foregoing, the household energy center can be supplemented with essential features, namely, that the cold water tank is in communication with the filter outlet through the hot water tank and additionally through a tap with a low-pressure input of the jet pump installed in the line connecting the water collector and a sprinkler located respectively in the cavities along the cooled and heated media heat and mass transfer heat exchangers.
В бак для горячей воды можно заливать не только морскую воду, периодически сливая из него рассол морской воды (на продажу, для любителей морских ванн), а из бака для холодной воды смывать пресную воду. Таким образом, можно разделять молоко на сливки и воду, водку на воду и спирт, любые соки на их концентрат и воду, мокрое белье на воду и сухое белье, и вообще сушить и выпаривать любые продукты и вещества. Если выпариваемая влага не нужна, можно воспользоваться только струйным вакуумнасосом (их можно установить в количестве до трех) и любой герметичной емкостью, в которую закладывается выпариваемый продукт. Not only sea water can be poured into the hot water tank, periodically draining brine from it (for sale, for lovers of sea baths), and fresh water can be washed off from the cold water tank. Thus, it is possible to divide milk into cream and water, vodka into water and alcohol, any juices into their concentrate and water, wet clothes into water and dry clothes, and generally dry and evaporate any products and substances. If the evaporated moisture is not needed, you can use only a jet vacuum pump (they can be installed in an amount of up to three) and any sealed container into which the evaporated product is placed.
Кроме того, на все эти нужные в хозяйстве технологии может быть направлена и вся тепловая мощность бытового энергоузла, если мы дополним его существенными признаками, заключающимися в том, что радиаторы отопления имеют сливные краны для конденсата и подключены к верхней части бака для горячей воды и своей верхней частью к входу низкого давления струйного вакуумнасоса. In addition, all the heat capacity of the domestic energy center can be directed to all these technologies needed in the household, if we supplement it with the essential features that heating radiators have drain valves for condensate and are connected to the top of the hot water tank and the upper part to the low pressure inlet of the jet vacuum pump.
Действительно, в этом случае водяная система отопления просто превращается в не менее эффективную известную вакуумно-паровую систему отопления, но периодического действия, когда, например, после испарения морской воды из бака для горячей воды надо слить из него рассол морской соли, а из радиаторов отопления уже пресную воду и примерно 1 - 2 раза в сутки повторять этот цикл, который легко может быть преобразован и в непрерывный при небольшом усложнении системы. Indeed, in this case, the water heating system simply turns into a no less effective known vacuum-steam heating system, but of a periodic action, when, for example, after evaporating sea water from the hot water tank, it is necessary to drain the brine of sea salt from it, and from the radiators already fresh water and about 1 to 2 times a day repeat this cycle, which can easily be converted to continuous with a slight complication of the system.
Очевидно, что такие нужные всем, но энергоемкие технологии, могут быть подобным образом осуществлены везде, где есть системы отопления, и вообще передача тепла от одного рабочего тела к другому, например, в более экономичных самих по себе регенеративных теплосиловых установках, и все это - без каких-либо затрат тепловой энергии на осуществление этих технологий. It is obvious that such necessary but energy-intensive technologies can be similarly implemented wherever there is a heating system, and in general heat transfer from one working medium to another, for example, in more economical regenerative heat-generating plants themselves, and all this - without any cost of thermal energy for the implementation of these technologies.
Учитывая, что при сжатии атмосферного воздуха максимальный КПД эжектора достигается уже при давлении пара в паровом котле 4 - 6 кгс/см2 нет смысла увеличивать давление пара в паровом котле > 6 кгс/см2 (лучше перегревать пар, если надо регулировать соотношение вырабатываемых тепловой и механической энергией), тем более, что это позволит повысить безопасность парового котла при эксплуатации в условиях квартиры. Тем не менее, давление 4 - 6 кгс/см2 в паровом котле достигается при температуре воды в нем 140 - 150oC, вполне достаточной, для того чтобы обеспечить приготовление пищи в посуде, устанавливаемой на внешней поверхности парового котла. Вспомним в связи с этим хотя бы кастрюли с двойными стенками, между которыми наливается вода, чтобы не пригорали молоко или каша, приготавливаемые в них.Considering that when compressing atmospheric air, the maximum ejector efficiency is achieved even at a steam pressure in the steam boiler of 4-6 kgf / cm 2, it makes no sense to increase the steam pressure in the steam boiler> 6 kgf / cm 2 (it is better to superheat the steam if it is necessary to adjust the ratio of the generated heat and mechanical energy), especially since this will improve the safety of the steam boiler during operation in an apartment. However, the pressure of 4 - 6 kgf / cm 2 in the steam boiler is achieved at a water temperature in it of 140 - 150 o C, which is quite sufficient to ensure cooking in the dishes installed on the outer surface of the steam boiler. Let us recall in this connection at least pots with double walls, between which water is poured so that the milk or porridge prepared in them does not burn.
Для выполнения паровым котлом функций бытовой плиты для приготовления пищи, предлагаемый энергоузел может быть дополнен существенными признаками, заключающимися в том, что на верхней горизонтальной поверхности парового котла в теле парового котла или(и) его теплоизоляции выполнены углубления по размерам посуды для приготовления пищи, после снятия которой они закрыты крышками с теплоизоляцией. For the steam boiler to perform the functions of a household stove for cooking, the proposed energy center can be supplemented with essential features, namely, in the upper horizontal surface of the steam boiler in the body of the steam boiler or (and) its thermal insulation, recesses are made in the dimensions of the cooking utensils, after the removal of which they are closed with lids with thermal insulation.
На фиг. 1 представлена схема бытового энергоузла, применительно, например, к отдельной квартире. In FIG. 1 presents a diagram of a domestic energy center, for example, for a separate apartment.
Предлагаемый бытовой энергоузел состоит из компрессора в виде пароструйного эжектора 1, парового котла-плиты 2 и воздушной турбины 3, механически связанной с потребителем механической энергии, например электрогенератором 4. Выход эжектора 1 магистралями 5 и 6 связан с входом в турбину 3 через вертикально установленную колонку 7, состоящую из последовательно соединенных между собой полостей 8 по охлаждаемой среде трех теплообменников 9 тепломассообменного типа, состоящих из разбрызгивателей душевого типа 10 и сборников конденсата воды 11 с установленными в них поплавковыми регуляторами 12 уровня воды в них. В первом теплообменнике 9 сборник конденсата 11 соединен через кран 13 с душем и через конденсационный насос 14 с паровым котлом 2 и с разбрызгивателем воды 10 через радиатор водяного отопления 15, кран 16 и водяной насос 17, а через кран 18, фильтр 19 и поплавковый клапан 12 - с системой подпитки бытового энергоузла водой. The proposed household energy unit consists of a compressor in the form of a steam-jet ejector 1, a steam boiler-stove 2 and an air turbine 3, mechanically connected to a consumer of mechanical energy, for example, an electric generator 4. The output of the ejector 1 by lines 5 and 6 is connected to the entrance to the turbine 3 through a vertically mounted column 7, consisting of cavities 8 connected in series between each other along a cooled medium, three heat exchangers 9 of heat and mass transfer type, consisting of shower type sprayers 10 and water condensate collectors 11 with anovlennymi they float valve 12, the water level in them. In the first heat exchanger 9, the condensate collector 11 is connected through a faucet 13 to a shower and through a condensing pump 14 to a steam boiler 2 and to a water sprayer 10 through a water heating radiator 15, a faucet 16 and a water pump 17, and through a faucet 18, a filter 19 and a float valve 12 - with a system for feeding a domestic energy center with water.
Два других теплообменника 9 попарно и перекрестно гидравлически связаны с аналогичными по конструкции теплообменниками 20, но с полостями 21 уже по нагреваемой среде, причем, через краны 16 и водяные насосы 17 связаны между собой сборники конденсата воды 11 теплообменников 20 с разбрызгивателями с 10 теплообменников 9, в то время как сборники конденсата 11 теплообменников 9 связаны с разбрызгивателями воды 10 теплообменников 20 магистралями 22 через поплавковые клапаны 12 и, в частном случае, через входной высокого давления и выходной патрубки струйного вакуумнасоса 23. Two other heat exchangers 9 are pairwise and cross-hydraulically connected to similar heat exchangers 20, but with cavities 21 already in a heated medium, and, through taps 16 and water pumps 17, water condensate collectors 11 of heat exchangers 20 are connected to each other with sprinklers from 10 heat exchangers 9, while the condensate collectors 11 of the heat exchangers 9 are connected to the water sprayers 10 of the heat exchangers 20 by lines 22 through the float valves 12 and, in the particular case, through the high pressure inlet and outlet nozzles of the jets second vacuum pump 23.
Выход полости по нагреваемой среде 21 одного из теплообменников 20 магистралью 24 связан с входом в эжектор 1, а другого - с вентилируемым помещением, в то время как в холодное время года вход первого из них связан вентилируемым помещением, а второго - с улицей, а в жаркое время года соответственно магистралями 25 с улицей и выходом холодильника 26, вход которого магистралью 27 связан с выходом турбины 3. Водяные насосы 17 и 14 собраны в единый блок и механически связаны между собой и электромотором 28. The outlet of the cavity through the heated medium 21 of one of the heat exchangers 20 by the main 24 is connected to the entrance to the ejector 1, and the other to the ventilated room, while in the cold season, the first of them is connected to the ventilated room, and the second to the street, and the hot season, respectively, by highways 25 with the street and the outlet of the refrigerator 26, the entrance of which is connected by the highway 27 to the output of the turbine 3. The water pumps 17 and 14 are assembled in a single unit and are mechanically connected between themselves and the electric motor 28.
Для реализации технологий по разделению растворов на их компоненты без специальной затраты на это энергии бытовой энергоузел имеет испаритель-подогреватель растворов 29, выполненный в виде рубашки охлаждения полости по охлаждаемой среде первого теплообменника 9, конденсатор-охладитель 30 жидких компонентов растворов с меньшей упругостью паров и радиатор парового отопления 31, оборудованные кранами 32 для слива разделенных компонентов растворов, последние из которых в верхних своих точках связаны с испарителем-подогревателем 29 и входным патрубком низкого давления струйного эжектора 23 через кран 33. Магистраль 34 подачи кондиционированного воздуха в помещение имеет подогреватель воздуха 35, а паровой котел 2 оборудован предохранительным клапаном 36 и теплоизолированными крышками 37 под кастрюли. Эжектор 1 оборудован краном 38. For the implementation of technologies for the separation of solutions into their components without a special energy cost, the household energy unit has an evaporator-heater of solutions 29, made in the form of a cavity cooling jacket for the cooled medium of the first heat exchanger 9, a condenser-cooler 30 of the liquid components of the solutions with lower vapor pressure and a radiator steam heating 31, equipped with taps 32 for draining the separated components of the solutions, the last of which at their highest points are connected with the evaporator-heater 29 and the inlet the low-pressure nozzle of the jet ejector 23 through the valve 33. The air-conditioned air supply line 34 has an air heater 35, and the steam boiler 2 is equipped with a safety valve 36 and heat-insulated lids 37 for the pan. The ejector 1 is equipped with a crane 38.
Бытовой энергоузел работает следующим образом. The household energy center works as follows.
При включении духовки, например, газовой плиты - парового котла 2, температура воды в нем повышается до 140 - 150oC, а давление пара до 4 - 6 кгс/см2. После открытия крана 38 эжектора 1 пар поступает к соплу эжектора и обеспечивает преобразование тепловой и потенциальной энергии давления пара в тепловую и потенциальную энергии давления уже значительно большего количества парогаза, так как на вход в эжектор 1 по магистрали 24 поступает воздух из отапливаемого помещения в отопительный сезон или в жаркое время с улицы. При этом в соответствии с законом сохранения энергии, парогаз за эжектором будет обладать тепловой энергией как самого пара, так и тепловой энергией сжимаемого эжектором 1 воздуха, которая стала приемлемой для потребления ввиду повышения ее температурного потенциала за счет превращения части потенциальной (механической) энергии давления пара в тепловую, т.е. за счет уменьшения в эжекторе эксергии пара, в связи с чем и существует такое понятие, как КПД эжектора, в то время как повышение эксергии пара при нагреве воды в замкнутом объеме можно рассматривать, как источник бесплатной энергии, так как удельная теплоемкость воды даже падает при повышении давления в паровом котле, а механической энергии на закачку воды в паровой котел тратится очень мало. Другими словами, паровой котел 2 и эжектор 1 представляют собой тепловой насос, вырабатывающий тепла больше, чем тратится тепла на его привод в действие. Иначе говоря, в данном случае малый КПД эжектора не должен рассматриваться, как отрицательное качество эжектора, да и в противном случае имело бы место нарушение закона сохранения энергии, ввиду отсутствия в эжекторе деталей, позволяющих отобрать механическую энергию, которая поневоле превращается в тепловую.When you turn on the oven, for example, a gas stove - steam boiler 2, the water temperature in it rises to 140 - 150 o C, and the steam pressure to 4 - 6 kgf / cm 2 . After opening the ejector valve 38, 1 steam enters the ejector nozzle and converts the thermal and potential energy of the vapor pressure into the thermal and potential energy of the pressure of a significantly larger amount of gas, since air enters the entrance to the ejector 1 through line 24 from the heated room during the heating season or in hot weather from the street. Moreover, in accordance with the law of conservation of energy, the steam gas behind the ejector will have the thermal energy of both the steam itself and the thermal energy of the air compressed by the ejector 1, which has become acceptable for consumption due to an increase in its temperature potential due to the conversion of part of the potential (mechanical) energy of the vapor pressure in heat, i.e. due to a decrease in steam exergy in the ejector, in connection with which there is such a thing as an ejector efficiency, while increasing steam exergy when heating water in a closed volume can be considered as a source of free energy, since the specific heat of water even drops when increasing pressure in the steam boiler, and mechanical energy is spent very little on pumping water into the steam boiler. In other words, the steam boiler 2 and the ejector 1 are a heat pump that generates more heat than the heat is expended to drive it. In other words, in this case, the low efficiency of the ejector should not be considered as a negative quality of the ejector, and otherwise there would be a violation of the law of conservation of energy, due to the absence of parts in the ejector that would allow us to take mechanical energy, which inevitably turns into thermal energy.
Из эжектора 1 парогаз поступает в тепломассообменную колонку 7, где последовательно отдает свое тепло в трех теплообменниках 9 тепломассообменного типа трем контурам воды за счет непосредственного контакта парогаза, поднимающегося снизу вверх и струи воды, падающие сверху вниз из разбрызгивателей 10. Охлажденный таким образом воздух уже с содержанием влаги, в десятки раз меньшим подается по магистрали 6 к турбине 3, где, расширяясь, преобразует свою внутреннюю энергию в механическую работу, которая используется для привода, например, генератора 4 для выработки электричества. Из турбины 3 еще более охлажденный воздух поступает по магистрали 27 в холодильник 26, где частично отдает холод продуктам питания, хранящимся в нем, и далее или выбрасывается на улицу в отопительный сезон или в жаркое время года подается в кондиционируемое помещение, предварительно подогревшись и насытившись влагой в теплообменнике 20 и одновременно отдав холод воде, которая уже в теплообменнике 9 за счет подачи ее к разбрызгивателю 10 насосом 17 окончательно охлаждает воздух перед подачей ее на турбину 3. Аналогично подогревается в другом теплообменнике 20 за счет тепла, приобретенного водой уже во втором теплообменнике 9, воздух, подаваемый на вход в эжектор 1 с тем, чтобы при неизменной степени повышения давления получить большую потребную температуру парогаза после эжектора 1, а следовательно, и воды, подаваемой в радиатор водяного отопления 15, увеличивая этим его тепловую мощность. The vapor gas enters the heat and mass transfer column 7 from the ejector 1, where it sequentially transfers its heat in three heat and mass transfer heat exchangers 9 to three water circuits due to direct contact of the gas rising from the bottom up and water jets falling from top to bottom from the sprayers 10. The air cooled in this way is already moisture content, ten times less, is supplied through line 6 to turbine 3, where, expanding, it converts its internal energy into mechanical work, which is used to drive, for example, a generator 4 torus to generate electricity. From the turbine 3, even more cooled air flows through line 27 to the refrigerator 26, where it partially gives off the cold to the food products stored in it, and then it is either thrown out into the street during the heating season or in the hot season, pre-heated and saturated with moisture in the heat exchanger 20 and at the same time releasing cold water, which is already in the heat exchanger 9 by supplying it to the sprayer 10 with the pump 17, finally cools the air before feeding it to the turbine 3. It is similarly heated in another heat the heat exchanger 20 due to the heat acquired by the water already in the second heat exchanger 9, the air supplied to the inlet to the ejector 1 so that at a constant degree of pressure increase to obtain a large required temperature of the gas vapor after the ejector 1, and therefore the water supplied to the water radiator heating 15, thereby increasing its heat output.
Регулирование тепловой мощности энергоузла и степени регенерации тепла на вход в эжектор 1, и холода на вход в кондиционируемое помещение осуществляется с помощью кранов 16, изменяющих расход воды в замкнутых контурах промежуточного теплоносителя, а также ручкой управления краном 38. The thermal power of the power unit and the degree of heat recovery at the entrance to the ejector 1, and the cold at the entrance to the air-conditioned room are controlled by taps 16, which change the flow rate of water in closed circuits of the intermediate coolant, as well as the crane control handle 38.
В отопительный сезон при дефиците тепловой энергии, когда поступающий на вход в эжектор 1 воздух все равно потом сбрасывается из холодильника 26 на улицу, можно подавать на вход в эжектор 1 еще горячие газы из трубы топки парового котла, увеличивая этим до 1 коэффициент использования тепла сгорания топлива, в частности, при заполнении водой ванны или пользовании душем, тем более, что в этом случае качество поступающего в помещение воздуха не будет ухудшено по той причине, что перед тем как этот газ начнет подогревать воду, от которой будет нагреваться воздух, поступающий в вентилируемое помещение, он будет очищен от вредных примесей 3-мя потоками воды, в других теплообменниках, да и потом ничего не будет страшного, если на время заполнения ванны или принятия душа каким-либо членом семьи, вентиляция помещения будет отключена, тем более, что в этом случае выработка электрической энергии несколько увеличится, а выработка холода несколько уменьшится на турбине 3, ввиду повышения температуры воздуха на входе в нее. In the heating season, when there is a shortage of thermal energy, when the air that enters the inlet to the ejector 1 is still subsequently discharged from the refrigerator 26 to the street, still hot gases can be supplied to the ejector inlet 1 from the furnace tube of the steam boiler, thereby increasing the utilization coefficient of combustion heat to 1 fuel, in particular, when filling the bath with water or using a shower, especially since in this case the quality of the air entering the room will not be deteriorated because before this gas begins to heat the water from which it will be heated If air enters the ventilated room, it will be cleaned of harmful impurities by 3 streams of water, in other heat exchangers, and then there will be nothing to worry about if the room’s ventilation is turned off while the bath is filling or taking a shower , moreover, in this case, the generation of electrical energy will increase slightly, and the generation of cold will decrease slightly on the turbine 3, due to an increase in the air temperature at the inlet to it.
В связи с тем что сколько тепла затрачено на испарение воды, столько же можно получить обратно, для передачи вырабатываемого энергоагрегатом тепла основному его потребителю-воздуху в помещении, можно воспользоваться принципом "тепловой трубы" и реализовать не водяную, а не менее эффективную вакуумно-паровую систему отопления, когда за счет работы струйного эжектора 23 при открытом кране 33 в радиаторе парового отопления 31, а следовательно, и в баке 29 создается вакуум, вода в баке 29 закипает и пар, поступая в радиатор 31, конденсируется в нем, отдавая тепло конденсации воды воздуху в помещении. Вакуумно-паровая система отопления ценна тем, что в качестве рабочего тела в ней (для заливки бака 29) может быть выбрана морская вода, молоко или водка, в результате чего как бы попутно без всяких затрат энергии на это мы можем поручить пресную воду и такие продукты, как рассол морской соли, сливки и спирт, сливая их через краны 32 после окончания процесса разделения этих компонентов вышеуказанных растворов морской воды, молока и водки (браги). Due to the fact that how much heat is spent on evaporating water, the same amount can be obtained back to transfer the heat generated by the energy unit to its main consumer, the air in the room, you can use the principle of "heat pipe" and realize not water, but no less effective vacuum-steam heating system, when due to the operation of the jet ejector 23 with the tap 33 open in the steam heating radiator 31, and therefore also in the tank 29, a vacuum is created, the water in the tank 29 boils and the steam entering the radiator 31 condenses in it, about giving the heat of condensation of water in the room air. Vacuum-steam heating system is valuable in that seawater, milk or vodka can be chosen as the working fluid in it (for filling the tank 29), as a result of which, as if incidentally, without any expenditure of energy, we can charge fresh water and such products like brine of sea salt, cream and alcohol, draining them through taps 32 after the end of the process of separation of these components of the above solutions of sea water, milk and vodka (mash).
Для любителей чистой охлажденной дистиллированной воды предусмотрен бак 30, а из бака 29 можно сливать подогретую воду перед тем, как устанавливать ее на плиту, что способствует экономии тепловой энергии при приготовлении пиши. For lovers of clean, chilled distilled water, a tank 30 is provided, and heated water can be drained from the tank 29 before installing it on the stove, which helps to save thermal energy when cooking.
Расчеты показывают, что на 1 кВт располагаемой тепловой энергии сгорания любых топлив бытовой энергоузел может обеспечить одновременно:
- выработку механической или электрической энергии в количестве до 0,04 кВт,
- выработку тепловой энергии для отопления помещения или нагрева воды для бытовых нужд в количестве до 1,12 кВт при полной утилизации неиспользуемого ранее выбрасываемого через систему вытяжки тепла выхлопных газов плиты-парового котла и полной регенерации тепла при замене свежим очищенным от пыли воздухом некондиционного воздуха в проветриваемом помещении,
- выработку холода для холодильника и кондиционирования помещения в жаркое время года в количестве до 0,04 кВт,
- использование тепловой мощности до 1,8 кВт при двух теплопередачах для попутной без какого-либо расходования этой тепловой энергии (предназначенной для отопления помещения), реализации таких ранее энергоемких технологий, как сушка различных продуктовый разделения различных растворов на их компоненты путем возгонки, например, опреснения морской воды, что равносильно получению в сумме до 3,0 кВт различных видов энергии,
- регулирование в широких пределах потребной тепловой мощности в зависимости от изменения погодных условий по времени года с сохранением максимально-возможного коэффициента термотрансформации.Calculations show that per 1 kW of available thermal energy of combustion of any fuel, a household energy unit can provide at the same time:
- generation of mechanical or electrical energy in an amount up to 0.04 kW,
- the generation of thermal energy for heating a room or heating water for domestic needs in an amount up to 1.12 kW with the complete utilization of the stove-steam boiler previously unused previously exhausted through the heat exhaust system and full heat recovery when replacing substandard air with fresh, dust-free air in ventilated area
- the production of cold for the refrigerator and air conditioning in the hot season in an amount up to 0.04 kW,
- the use of thermal power up to 1.8 kW for two heat transfer for the associated without any expenditure of this thermal energy (intended for heating the room), the implementation of previously energy-intensive technologies such as drying various food separation of various solutions into their components by sublimation, for example, desalination of sea water, which is equivalent to the receipt of up to 3.0 kW of various types of energy,
- regulation over a wide range of the required heat capacity depending on changes in weather conditions over the time of the year while maintaining the maximum possible coefficient of thermal transformation.
Приведенные выше расчетные характеристики и относительная простота изготовления энергоузла при отсутствии в нем дефицитных и дорогих материалов, а также привлекательность его для завода- изготовителя в том смысле, что не надо обеспечивать сеть ремонтных мастерских, а для покупателя тем, что он сам всегда может починить его при том, что этот энергоузел заменяет множество нужных любой семье существующих энергоагрегатов, дорогих и неэкономичных самих по себе, все это позволяет сделать вывод, что предлагаемый бытовой энергоузел будет высококонкурентноспособным на мировом рынке в наше время - высокой стоимости всех видов энергии, которые он вырабатывает по рекордно низкой себестоимости. The above calculation characteristics and the relative simplicity of manufacturing an energy center in the absence of scarce and expensive materials, as well as its attractiveness for the manufacturer in the sense that it is not necessary to provide a network of repair shops, but for the buyer that he can always fix it himself despite the fact that this energy center replaces the many existing energy units that are necessary for any family, expensive and uneconomical in themselves, all this allows us to conclude that the proposed household energy center will be high highly competitive in the world market today - the high cost of all types of energy that it produces at a record low cost.
Claims (19)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94023920A RU2107233C1 (en) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | Method for conversion of energy and power unit for its realization |
| PCT/RU1995/000132 WO1996000368A1 (en) | 1994-06-24 | 1995-06-23 | Combined heating/cooling method and integrated thermal converters for implementing said method |
| AU29000/95A AU2900095A (en) | 1994-06-24 | 1995-06-23 | Combined heating/cooling method and integrated thermal converters for implementing said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94023920A RU2107233C1 (en) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | Method for conversion of energy and power unit for its realization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94023920A RU94023920A (en) | 1997-04-10 |
| RU2107233C1 true RU2107233C1 (en) | 1998-03-20 |
Family
ID=20157699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94023920A RU2107233C1 (en) | 1994-06-24 | 1994-06-24 | Method for conversion of energy and power unit for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2107233C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2444633C2 (en) * | 2006-11-29 | 2012-03-10 | Динатроник Гмбх | Device for conversion of thermodynamic energy to electric energy |
| WO2014051466A2 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Общество с ограниченной ответственностью "МВТУ" (ООО "МВТУ") | Methods, devices and system for converting heat into cold |
| RU2511333C1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МВТУ" (ООО "МВТУ") | Heat-to-cold conversion method (versions), device for its implementation (versions), and heat-to-cold conversion system |
| RU2670856C1 (en) * | 2017-10-06 | 2018-10-25 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Ejector gas heat power generator |
-
1994
- 1994-06-24 RU RU94023920A patent/RU2107233C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Андрющенко А.И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок. М.: Высшая школа, 1985, с. 237, рис.7.3. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2444633C2 (en) * | 2006-11-29 | 2012-03-10 | Динатроник Гмбх | Device for conversion of thermodynamic energy to electric energy |
| WO2014051466A2 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-03 | Общество с ограниченной ответственностью "МВТУ" (ООО "МВТУ") | Methods, devices and system for converting heat into cold |
| RU2511333C1 (en) * | 2012-09-28 | 2014-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МВТУ" (ООО "МВТУ") | Heat-to-cold conversion method (versions), device for its implementation (versions), and heat-to-cold conversion system |
| WO2014051466A3 (en) * | 2012-09-28 | 2014-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "МВТУ" (ООО "МВТУ") | Methods, devices and system for converting heat into cold |
| RU2670856C1 (en) * | 2017-10-06 | 2018-10-25 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Ejector gas heat power generator |
| RU2670856C9 (en) * | 2017-10-06 | 2018-11-30 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) | Ejector gas heat power generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94023920A (en) | 1997-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kerme et al. | Energetic and exergetic analysis of solar-powered lithium bromide-water absorption cooling system | |
| CN207688325U (en) | Three cold source air conditioning groups | |
| US20100018228A1 (en) | Bio-renewable thermal energy heating and cooling system and method | |
| CN101876496B (en) | Double-evaporator direct-fired absorption refrigerating and heating unit | |
| RU2107233C1 (en) | Method for conversion of energy and power unit for its realization | |
| CN109028269B (en) | Absorption heat pump unit and heat supply system for recycling low-temperature water source waste heat | |
| CN210485939U (en) | Comprehensive use system for regional centralized air conditioning refrigeration house | |
| Petersen et al. | Integration of large-scale heat pumps to assist sustainable water desalination and district cooling | |
| JP2019078185A (en) | Thermal storage type solar thermal power generation system | |
| CN202766323U (en) | Sea water refrigeration and desalination unit | |
| CN205351851U (en) | Can dirty confession system that allies oneself with of cold soda material of surplus heat driven electric heat of networking management | |
| Okour et al. | Performance analysis of solar absorption ice maker driven by parabolic trough collector. | |
| US20210341187A1 (en) | Heat pump apparatus and district heating network comprising a heat pump apparatus | |
| Plotnikova et al. | The use of heat pump installations as part of waste energy convertion complexes in the joint generation of electrical and thermal energy | |
| RU2638252C1 (en) | Cascade heat pump system for heating and hot water supply of private and utility spaces | |
| Uche et al. | Integration of desalination with cold-heat-power production in the agro-food industry | |
| WO2009125233A2 (en) | Water heating process and method using thermal energy produced by cooling systems. | |
| CN101178253A (en) | Cooling water waste heat pump water heating machine and system thereof | |
| Zhou et al. | Parametric study and multi-objective optimization of a combined cooling, desalination and power system | |
| WO2020107915A1 (en) | Machine with costless consumable but capable of outputting energy | |
| RU2338968C1 (en) | Method of utilisation of impure sewage water heat and preparation of hot coolant | |
| CN211650455U (en) | Hot water supply system | |
| CN111023619A (en) | Green heat pump refrigerating and heating device and method | |
| CN210532692U (en) | Double-evaporator water heater | |
| RU2101628C1 (en) | Method of transformation of heat and domestic power unit for realization of this method |