WO2010117299A1 - Method and device for converting the inherent energy of the environment - Google Patents

Method and device for converting the inherent energy of the environment Download PDF

Info

Publication number
WO2010117299A1
WO2010117299A1 PCT/RU2009/000690 RU2009000690W WO2010117299A1 WO 2010117299 A1 WO2010117299 A1 WO 2010117299A1 RU 2009000690 W RU2009000690 W RU 2009000690W WO 2010117299 A1 WO2010117299 A1 WO 2010117299A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
energy
compressor
turbine
heat pump
gas
Prior art date
Application number
PCT/RU2009/000690
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович КАЧАНОВ
Original Assignee
Katchanov Sergey Aleksandrovitch
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Katchanov Sergey Aleksandrovitch filed Critical Katchanov Sergey Aleksandrovitch
Publication of WO2010117299A1 publication Critical patent/WO2010117299A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/05Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly characterised by the type or source of heat, e.g. using nuclear or solar energy
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K27/00Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/04Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using pressure differences or thermal differences occurring in nature
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

Definitions

  • This invention relates to the field of converting environmental thermal energy into mechanical energy using a working medium, in the form of a gas, in particular for the purpose of generating electrical energy.
  • the present invention relates to the field of conversion of thermal energy of the environment into mechanical energy, in particular with the aim of generating an electric process that causes the greatest difficulties in terms of efficiency.
  • heat is transferred to the working fluid, which is exposed in the reverse cycle to temperature, pressure and volume.
  • the Carnot cycle is an ideal regenerative cycle, however, a number of other generally accepted cycles can be used, in particular the Rankin cycle, as well as the Atkinson, Erickson, Brighton, Diesel, and Lenoyr cycles.
  • the working fluid in gaseous form is supplied to the device for converting the energy of the working fluid into mechanical energy, which can be either a turbine or a large number of other types of heat engines.
  • the volume of the fluid increases, and its temperature and pressure decrease.
  • the remainder of the cycle relates to an increase in temperature and pressure of the working fluid so that it can further perform useful mechanical work.
  • the working fluid is an important element of the cycle for performing useful work
  • a number of processes are known in which the working fluid is modified in order to increase the useful work of the process.
  • the working medium is passed through the nozzles of the Segner wheel, the medium is boiled intensively and the medium is evaporated from the external cavity of the nozzles, thereby providing jet thrust to create torque on the rim of the Segner wheel.
  • a low pressure is maintained, where the working medium evaporates from the nozzle cavity, the working medium is pumped out from the sealed turbine casing and sent to heat it by the heat of the environment.
  • a method including communicating the working fluid in the tank with sufficient heat energy to transfer the working fluid from the liquid phase to vapor, adding gas to the working fluid placed in the tank whose molecular weight does not exceed the molecular weight of the working fluid. Then the working fluid in vapor form is fed into the device for converting energy into mechanical work with the expansion of the working fluid and lowering the temperature. Then, gas is extracted from the expanded and cooled working fluid, and the expanded and cooled liquid and the released gas are cyclically returned to the reservoir. In this case, the communication of thermal energy of the working fluid with the addition of gas, the molecular mass of which does not exceed the molecular weight of the working fluid, is carried out from the device for heating the working fluid to bring it into the vapor phase. As the working fluid, water is used. The gas used is hydrogen or helium. The working fluid is supplied to the specified device for converting energy at a temperature and pressure close to its critical values.
  • a device for converting thermal energy into mechanical energy comprising a reservoir for the working fluid in communication with the gas source, a device for expanding the working fluid in the vapor phase and converting part of the energy into mechanical work, a device for cooling and condensing the expanded working fluid in the vapor phase and separating the gas from the cooled, condensed working fluid, a device for returning the cooled condensed working fluid in the tank.
  • the reservoir is equipped with a device for heating the working fluid before bringing it into the vapor phase.
  • the tank with a device for heating the working fluid is made in the form of a boiler.
  • the device further comprises means for returning the separated gas to the tank.
  • the method consists in converting the expansion energy of a two-component working medium into useful work, wherein the gaseous component is initially compressed separately from the liquid. Then, the liquid component is injected into the compressed gaseous component, the liquid component being preheated to a temperature equal to or higher than the temperature of the compressed gaseous component. The resulting two-component medium is expanded to produce mechanical energy.
  • the injection of the liquid component is carried out into the mixing chamber, in which the gaseous and liquid components are uniformly mixed. And then, through the resulting two-component medium, an electric discharge is produced with a power that ensures the vaporization of the liquid component of the medium and the destruction of the molecules of the working medium with the formation of plasma, which leads to an increase in the energy of the working medium.
  • the device includes a piston compression-expansion machine, in the upper part of the cylinder of which inlet and outlet valves are installed for passing the working medium and a nozzle for supplying the liquid component, an autonomous heat source, a heating and supply system for the liquid component, a processing and supply system for the gaseous component.
  • the device is equipped with a mixing chamber, into which electrodes are introduced through insulating sleeves, connected by electric circuits to an electric energy generator.
  • the nozzle for supplying the liquid component is located in the upper part of the mixing chamber between the electrodes, and the mixing chamber is connected to the upper end part of the cylinder by a transition channel.
  • the technical result that can be obtained by carrying out the invention on the basis of the proposed method for converting the internal energy of the environment into mechanical energy and devices for implementing this method with its variants is to increase the efficiency of the process of energy extraction from the environment associated with an increase in free power, busy supporting the process that the claimed device can provide to external sources of energy consumption, the simplicity of the design of the device for I am implementing the method and solving environmental issues of the proposed device.
  • a method for converting the internal energy of the environment into mechanical energy by means of a closed circuit consisting of a heat pump, heat exchanger, compressor and turbine, in which the working medium is first supplied to the compressor, then the working medium is supplied under pressure to the heat exchanger, where it can be heated with the extraction of energy from a hotter gas, which can be supplied from the heat pump, after which the working medium can be fed into the turbine, and the gas can be returned to heat howling pump, with gas in the heat pump can be heated to take energy from the environment, and the compressor and heat pump can be driven from the turbine with the supply of residual energy to an external source of energy consumption.
  • air can be used as the working medium.
  • freon may be used as the gas.
  • a method is proposed for converting the internal energy of the environment into mechanical energy, in which the heat pump can be driven through an electric generator.
  • the method according to the invention in which the supply of residual energy to an external source of energy consumption can be carried out through an electric generator.
  • a method in which the compressor can be driven through an electric generator and an electric motor.
  • the present invention also provides a device for converting internal environmental energy into mechanical energy, including a compressor, a heat exchanger associated with a compressor, a turbine associated with a compressor, a heat exchanger and an external source of energy consumption, and a heat pump connected on one side to the turbine, and on the other hand, connected via overpasses to a heat exchanger.
  • a device includes an electric generator connected to a turbine and a heat pump.
  • a device including an electric motor connected to an electric generator on the one hand and a compressor on the other hand is also proposed.
  • FIG. 1 shows a device for converting the internal energy of the environment into mechanical energy.
  • FIG. 2 shows variants of the device depicted in FIG. one.
  • FIG. 3 and FIG. 4 shows variants of the device depicted in FIG. one. The best embodiment of the invention
  • a device for converting internal environmental energy into mechanical energy (Fig. 1) consists of a compressor 1, a heat exchanger 2, a heat pump 3 operating in the reverse Carnot cycle, a turbine 4, an external source of energy consumption 5.
  • the principle of operation of the device is as follows.
  • the working medium (gas 1) enters the compressor 1, from where it is supplied under pressure to the heat exchanger 2.
  • the working medium (gas 1) is heated, taking energy from the hotter gas 2 entering the heat exchanger 2 from the heat pump 3.
  • the advantages of the heat pump in the first place should be attributed to profitability, since to extract thermal energy from the environment it needs to spend a small amount of energy.
  • the heat pump 3 does not burn fuel and does not produce harmful emissions into the atmosphere, i.e. is an environmentally friendly device.
  • the working medium (gas 1) enters the turbine 4, and the gas 2 returns to the heat pump 3.
  • the working medium (gas 1) performs mechanical work, driving its wheel (not shown).
  • gas 2 heats up, drawing energy from the environment.
  • the turbine 4 drives the compressor 1, the heat pump 3 and delivers the residual energy to an external energy source 5.
  • FIG. 2 An embodiment of a device for converting internal environmental energy into mechanical energy is shown in FIG. 2.
  • the device consists of a compressor 1, a heat exchanger 2, a heat pump 3 operating in the reverse Carnot cycle, a turbine 4, an external energy source 5 and an electric generator 6.
  • the principle of operation of the device is as follows.
  • the working medium (gas 1) enters the compressor 1, from where it is supplied under pressure to the heat exchanger 2.
  • the working medium (gas 1) is heated, taking energy from the hotter gas 2 entering the heat exchanger 2 from the heat pump 3.
  • the working medium (gas 1) enters turbine 4, and gas 2 returns to heat pump 3.
  • the working medium (gas 1) performs mechanical work, setting in motion its wheel (not shown).
  • gas 2 heats up, drawing energy from the environment.
  • the turbine 4 drives the compressor 1 and supplies the residual energy to an external source of energy consumption 5.
  • the heat pump 3 is driven from the turbine 4 through an electric generator 6. Air from the environment with a temperature T 1 enters the compressor.
  • the temperature of the inhibited air flow at the outlet of the compressor diffuser is calculated by the formula:
  • T 2 T 1 * (1 + 0.2 * M 2 ) (2), where,
  • T 1 air temperature at the entrance to the nozzle apparatus, K
  • T 2 air temperature at the exit of the nozzle apparatus, K
  • M Mach number equal to and / or sound
  • Nk L ⁇ lZ
  • T 3 air temperature at the outlet of the heat exchanger, K; T 2 - air temperature at the inlet to the heat exchanger, K; N tn t - heat power of the heat pump, W; C p is the heat capacity of air at constant pressure, J / (kg-K); G - mass air flow through the heat exchanger, kg / s; ⁇ to - the efficiency of the heat exchanger.
  • Heated to a temperature of T 3 from the heat exchanger through the nozzle apparatus of the turbine enters the turbine blades, where, performing mechanical work, it is cooled to T 4 , almost equal to T 1 , and then goes into the atmosphere.
  • the turbine power regardless of design, is calculated by the formula:
  • the power supplied to the generator is calculated by the formula:
  • N g N 7 - N k , (8)
  • m g useful m g * l '- N tn e 1 (>I)'
  • N g the power supplied to the shaft of the generator
  • W ⁇ the coefficient of useful generator actions
  • N to - electric power consumed by the heat pump in heating mode, watts.
  • the power supplied to the generator is calculated by the formula (8), we obtain:
  • FIG. 3 Another embodiment of the device is shown in FIG. 3.
  • the device consists of a compressor 1, a heat exchanger 2, a heat pump 3 operating in the reverse Carnot cycle, a turbine 4, an external energy source 5 and an electric generator 6.
  • the principle of operation of the device is as follows.
  • the working medium (gas 1) enters the compressor 1, from where it is supplied under pressure to the heat exchanger 2.
  • the working medium (gas 1) is heated, taking energy from the hotter gas 2 entering the heat exchanger 2 from the heat pump 3.
  • the working the medium (gas 1) enters the turbine 4, and the gas 2 returns to the heat pump 3.
  • the working medium gas 1 performs mechanical work, driving its wheel (not shown).
  • gas 2 heats up, drawing energy from the environment.
  • the turbine 4 drives the compressor 1, the generator 6 and gives part of the energy to an external source of energy consumption 5.
  • the generator 6 feeds the heat pump 3 and gives a part of the energy to an external source of energy 5.
  • FIG. 4 An embodiment of a device for converting internal environmental energy into mechanical energy is shown in FIG. 4.
  • the device consists of a compressor 1, a heat exchanger 2, a heat pump 3 operating in the reverse Carnot cycle, a turbine 4, an external source of energy consumption 5, an electric generator 6 and an electric motor 7.
  • the principle of operation of the device is as follows.
  • the working medium (gas 1) enters the compressor 1, from where it is supplied under pressure to the heat exchanger 2.
  • the working medium (gas 1) is heated, taking energy from the hotter gas 2 entering the heat exchanger 2 from the heat pump 3.
  • the working the medium (gas 1) enters the turbine 4, and the gas 2 returns to the heat pump 3.
  • the working medium (gas 1) performs mechanical work, driving its wheel (not shown).
  • gas 2 heats up, drawing energy from the environment.
  • the compressor 1 is driven from the turbine 4 through the electric generator 6 and the electric motor 7.
  • the turbine 4 gives part of the energy to the external energy consumption source 5.
  • the electric generator 6 supplies the external energy consumption source 5 and the heat pump 3.

Abstract

The invention relates to the conversion of environmental heat energy into mechanical energy using a working medium in the form of a gas. The method for converting inherent environmental energy into mechanical energy is carried out with the aid of a closed circuit consisting of a heat pump, a heat exchanger, a compressor and a turbine. The method involves feeding a working medium to the compressor, then feeding the compressed working medium to the heat exchanger, where the medium is heated by energy extracted from a hotter gas which is supplied from the heat pump, then feeding the working medium to the turbine and returning the gas to the heat pump; furthermore, the gas is heated in the heat pump by energy taken from the environment, wherein the compressor and the heat pump are driven by the turbine and the residual energy is supplied to an external source of energy consumption. Methods in which the heat pump is driven and the residual energy is supplied to an external source of energy consumption via a generator, and a method in which the compressor is driven by a generator and an electric motor are also disclosed. A device for carrying out the above method, comprising a compressor, a heat exchanger connected to the compressor, a turbine connected to the compressor, the heat exchanger and an external source of energy consumption, and a heat pump connected to the turbine on one side and, by viaducts, to the heat exchanger on the other side, is also disclosed. Devices additionally comprising an electric generator and an electric motor are also disclosed.

Description

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ METHOD AND DEVICE FOR CONVERSION OF INTERNAL ENERGY OF THE ENVIRONMENT
Область техники Данное изобретение относится к области преобразования тепловой энергии окружающей среды в механическую энергию с использованием рабочей среды, в виде газа, в частности с целью генерирования электрической энергии.FIELD OF THE INVENTION This invention relates to the field of converting environmental thermal energy into mechanical energy using a working medium, in the form of a gas, in particular for the purpose of generating electrical energy.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Настоящее изобретение относится к области преобразования тепловой энергии окружающей среды в механическую, в частности с целью генерирования электроэнергии-процесса, который вызывает наибольшие затруднения с точки зрения эффективности. В этом процессе тепло передается к рабочей жидкости, которая подвергается в реверсивном цикле воздействию температуры, давления и объема. Известно, что идеальным регенеративным циклом является цикл Карно, однако можно использовать и ряд других общепринятых циклов, в особенности цикл Ранкина, а также циклы Аткинсона, Эриксона, Брайтона, Дизеля и Ленойра. При использовании какого-либо из этих циклов рабочая жидкость в газообразной форме подается в устройство для преобразования энергии рабочей жидкости в механическую энергию, которым может быть как турбина, так и большое множество тепловых машин других типов. В каждом случае, когда рабочая жидкость выполняет полезную механическую работу, объем жидкости возрастает, а ее температура и давление уменьшаются. Оставшаяся часть цикла относится к увеличению температуры и давления рабочей жидкости с тем, чтобы она могла далее выполнять полезную механическую работу.The present invention relates to the field of conversion of thermal energy of the environment into mechanical energy, in particular with the aim of generating an electric process that causes the greatest difficulties in terms of efficiency. In this process, heat is transferred to the working fluid, which is exposed in the reverse cycle to temperature, pressure and volume. It is known that the Carnot cycle is an ideal regenerative cycle, however, a number of other generally accepted cycles can be used, in particular the Rankin cycle, as well as the Atkinson, Erickson, Brighton, Diesel, and Lenoyr cycles. When using any of these cycles, the working fluid in gaseous form is supplied to the device for converting the energy of the working fluid into mechanical energy, which can be either a turbine or a large number of other types of heat engines. In each case, when the working fluid performs useful mechanical work, the volume of the fluid increases, and its temperature and pressure decrease. The remainder of the cycle relates to an increase in temperature and pressure of the working fluid so that it can further perform useful mechanical work.
Поскольку рабочая жидкость является важным для выполнения полезной работы элементом цикла, известен ряд процессов, в которых рабочую жидкость модифицируют с тем, чтобы увеличить полезную работу процесса.Since the working fluid is an important element of the cycle for performing useful work, a number of processes are known in which the working fluid is modified in order to increase the useful work of the process.
Так, известен способ преобразования тепловой энергии окружающей среды в механическую энергию (заявка РФ N2 2005100007), заключающийся в том, что рабочую среду тепловой машины внешнего нагрева нагревают теплотой окружающей среды, доставляют рабочую среду через каналы сегнерова колеса, имеющие радиальную составляющую их направления, к соплам сегнерова колеса, причем сегнерово колесо имеет возможность вращаться вокруг собственной оси и связано с потребителем механической энергии вращения. Сегнерово колесо представляет собой двигатель, основанный на реактивном действии вытекающей воды, или гидравлическую турбину. Расположенное в горизонтальной плоскости колесо без обода, у которого спицы заменены каналами с отогнутыми концами так, что вытекающая из них вода приводит сегнерово колесо во вращение. Затем пропускают рабочую среду через сопла сегнерова колеса, интенсивно кипятят и испаряют рабочую среду из внешней полости сопел, обеспечивая этим реактивную тягу для создания крутящего момента на ободе сегнерова колеса. В герметичном корпусе турбины поддерживают низкое давление, куда испаряется рабочая среда из полости сопел, откачивают рабочую среду из герметичного корпуса турбины и направляют ее для нагрева теплотой окружающей среды.So, there is a known method of converting thermal energy of the environment into mechanical energy (RF application N 2 2005100007), which consists in the fact that the working medium of an external heating thermal machine is heated by the heat of the environment, the working medium is delivered through the channels of the segner wheels having a radial component of their direction, to Segnerov nozzles wheels, and the Segner wheel has the ability to rotate around its own axis and is associated with a consumer of mechanical rotational energy. The Segner wheel is a jet engine based on the reactive action of leaking water, or a hydraulic turbine. A wheel without a rim located in a horizontal plane, in which the spokes are replaced by channels with bent ends so that the water flowing out of them drives the Segner wheel into rotation. Then, the working medium is passed through the nozzles of the Segner wheel, the medium is boiled intensively and the medium is evaporated from the external cavity of the nozzles, thereby providing jet thrust to create torque on the rim of the Segner wheel. In a sealed turbine casing, a low pressure is maintained, where the working medium evaporates from the nozzle cavity, the working medium is pumped out from the sealed turbine casing and sent to heat it by the heat of the environment.
Известен способ преобразования тепловой энергии в механическую и устройство для его осуществления (патент РФ Na 21 14999).A known method of converting thermal energy into mechanical energy and a device for its implementation (RF patent N a 21 14999).
Способ, включающий сообщение рабочей жидкости, находящейся в резервуаре, тепловой энергии, достаточной для перевода рабочей жидкости из жидкой фазы в парообразную, добавление в рабочую жидкость, помещенную в резервуар, газа, молекулярная масса которого не превышает молекулярной массы рабочей жидкости. Затем рабочую жидкость в парообразной форме подают в устройство для преобразования энергии в механическую работу с расширением рабочей жидкости и снижением температуры. Далее выделяют газ из расширенной и охлажденной рабочей жидкости, циклически возвращают расширенную и охлажденную жидкость и выделенный газ в резервуар. При этом, сообщение тепловой энергии рабочей жидкости с добавлением газа, молекулярная масса которого не превышает молекулярную массу рабочей жидкости, осуществляют от устройства для нагрева рабочей жидкости до приведения ее в парообразную фазу. В качестве рабочей жидкости используют воду. В качестве газа используют водород или гелий. Рабочую жидкость подают к указанному устройству для преобразования энергии при температуре и давлении, близким к ее критическим значениям.A method including communicating the working fluid in the tank with sufficient heat energy to transfer the working fluid from the liquid phase to vapor, adding gas to the working fluid placed in the tank whose molecular weight does not exceed the molecular weight of the working fluid. Then the working fluid in vapor form is fed into the device for converting energy into mechanical work with the expansion of the working fluid and lowering the temperature. Then, gas is extracted from the expanded and cooled working fluid, and the expanded and cooled liquid and the released gas are cyclically returned to the reservoir. In this case, the communication of thermal energy of the working fluid with the addition of gas, the molecular mass of which does not exceed the molecular weight of the working fluid, is carried out from the device for heating the working fluid to bring it into the vapor phase. As the working fluid, water is used. The gas used is hydrogen or helium. The working fluid is supplied to the specified device for converting energy at a temperature and pressure close to its critical values.
Согласно вышеуказанному патенту предложено устройство для преобразования тепловой энергии в механическую, содержащее резервуар для рабочей жидкости, сообщенный с источником газа, устройство для расширения рабочей жидкости в парообразной фазе и преобразования части энергии в механическую работу, устройство для охлаждения и конденсации расширенной рабочей жидкости в парообразной фазе и отделения газа от охлажденной, сконденсированной рабочей жидкости, устройство для возвращения охлажденной сконденсированной рабочей жидкости в резервуар. В вышеописанном устройстве, резервуар снабжен устройством для нагрева рабочей жидкости до приведения ее в парообразную фазу. Резервуар с устройством для нагрева рабочей жидкости выполнен в виде котла. Устройство дополнительно содержит средства возврата отделенного газа в резервуар.According to the above patent, a device for converting thermal energy into mechanical energy, comprising a reservoir for the working fluid in communication with the gas source, a device for expanding the working fluid in the vapor phase and converting part of the energy into mechanical work, a device for cooling and condensing the expanded working fluid in the vapor phase and separating the gas from the cooled, condensed working fluid, a device for returning the cooled condensed working fluid in the tank. In the above device, the reservoir is equipped with a device for heating the working fluid before bringing it into the vapor phase. The tank with a device for heating the working fluid is made in the form of a boiler. The device further comprises means for returning the separated gas to the tank.
Известен способ получения и преобразования энергии рабочей среды в механическую работу и устройство для его осуществления. (Патент РФ N2 2285144).A known method of obtaining and converting the energy of the working medium into mechanical work and a device for its implementation. (RF patent N 2 2285144).
Способ, заключающийся в преобразовании энергии расширения двухкомпонентной рабочей среды в полезную работу, при этом газообразную компоненту первоначально сжимают отдельно от жидкостной. Затем в сжатую газообразную компоненту впрыскивают жидкостную компоненту, причем жидкостную компоненту предварительно нагревают до температуры, равной или превышающей температуру сжатой газообразной компоненты. Полученную двухкомпонентную среду расширяют с получением механической энергии. Впрыск жидкостной компоненты производят в смесительную камеру, в которой равномерно перемешивают газообразную и жидкостную компоненты. А затем через образовавшуюся двухкомпонентную среду производят электрический разряд мощностью, обеспечивающей парообразование жидкостной составляющей среды и разрушение молекул рабочей среды с образованием плазмы, что приводит к повышению энергии рабочей среды. В качестве жидкостной компоненты используют воду. Однако, для получения тепловой энергии не используется внутренняя энергия однокомпонентной рабочей среды, как в предлагаемом изобретении. Применение двукомпонентной среды ведет к увеличению этапов преобразования энергии, а именно дополнительно необходим этап перемешивания газа и жидкости, пропускание электрического разряда требуется определенной мощности с целью парообразования, что является затруднительным. В данной ситуации очень сложно определить то значение мощности, которое необходимо для парообразования. В связи с этим происходит усложнение конструкции устройства, описанного ниже (согласно патента N2 2285144), т.е. увеличение трудоемкости изготовления устройства.The method consists in converting the expansion energy of a two-component working medium into useful work, wherein the gaseous component is initially compressed separately from the liquid. Then, the liquid component is injected into the compressed gaseous component, the liquid component being preheated to a temperature equal to or higher than the temperature of the compressed gaseous component. The resulting two-component medium is expanded to produce mechanical energy. The injection of the liquid component is carried out into the mixing chamber, in which the gaseous and liquid components are uniformly mixed. And then, through the resulting two-component medium, an electric discharge is produced with a power that ensures the vaporization of the liquid component of the medium and the destruction of the molecules of the working medium with the formation of plasma, which leads to an increase in the energy of the working medium. As a liquid component, water is used. However, to obtain thermal energy, the internal energy of a single-component working medium is not used, as in the present invention. The use of a two-component medium leads to an increase in the stages of energy conversion, namely, an additional step is the mixing of gas and liquid; transmission of an electric discharge requires a certain power in order to vaporize, which is difficult. In this situation, it is very difficult to determine the power value that is needed for vaporization. In this regard, there is a complication of the design of the device described below (according to patent N 2 2285144), i.e. the increase in the complexity of manufacturing the device.
Согласно вышеуказанному патенту предложено устройство для получения и преобразования энергии рабочей среды в механическую работу. Устройство включает поршневую машину сжатия-расширения, в верхней части цилиндра которой установлены входные и выходные клапаны для пропуска рабочей среды и форсунка для подачи жидкостной компоненты, автономный источник теплоты, систему нагрева и подачи жидкостного компонента, систему обработки и подачи газообразного компонента. Устройство снабжено смесительной камерой, в которую введены через изоляционные втулки электроды, связанные электрическими цепями с генератором электрической энергии. При этом форсунка для подачи жидкостной компоненты расположена в верхней части смесительной камеры между электродами, а смесительная камера соединена с верхней торцевой частью цилиндра переходным каналом.According to the above patent, a device for receiving and converting the energy of the working medium into mechanical work is proposed. The device includes a piston compression-expansion machine, in the upper part of the cylinder of which inlet and outlet valves are installed for passing the working medium and a nozzle for supplying the liquid component, an autonomous heat source, a heating and supply system for the liquid component, a processing and supply system for the gaseous component. The device is equipped with a mixing chamber, into which electrodes are introduced through insulating sleeves, connected by electric circuits to an electric energy generator. In this case, the nozzle for supplying the liquid component is located in the upper part of the mixing chamber between the electrodes, and the mixing chamber is connected to the upper end part of the cylinder by a transition channel.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения на основе предлагаемого способа преобразования внутренней энергии окружающей среды в механическую энергию и устройства для осуществления данного способа с его вариантами, заключается в повышении эффективности процесса извлечения энергии из окружающей среды, связанного с увеличением свободной мощности, не занятой на поддержание процесса, которую заявляемое устройство может дать внешним источникам потребления энергии, простоте конструкции устройства для осуществления способа и решении вопросов экологической чистоты предлагаемого устройства.The technical result that can be obtained by carrying out the invention on the basis of the proposed method for converting the internal energy of the environment into mechanical energy and devices for implementing this method with its variants is to increase the efficiency of the process of energy extraction from the environment associated with an increase in free power, busy supporting the process that the claimed device can provide to external sources of energy consumption, the simplicity of the design of the device for I am implementing the method and solving environmental issues of the proposed device.
Для достижения данного технического результата предлагается способ преобразования внутренней энергии окружающей среды в механическую энергию посредством замкнутой схемы, состоящей из теплового насоса, теплообменника, компрессора и турбины, в котором рабочую среду сначала подают в компрессор, затем рабочую среду подают под давлением в теплообменник, где она может нагреваться с отбором энергии от более горячего газа, который может быть подан из теплового насоса, после чего рабочую среду можно подать в турбину, а газ можно вернуть в тепловой насос, при этом газ в тепловом насосе может нагреваться с отбором энергии из окружающей среды, причем привод компрессора и теплового насоса может осуществляться от турбины с подачей остаточной энергии во внешний источник потребления энергии. В способе, в качестве рабочей среды может использоваться воздух.To achieve this technical result, a method is proposed for converting the internal energy of the environment into mechanical energy by means of a closed circuit consisting of a heat pump, heat exchanger, compressor and turbine, in which the working medium is first supplied to the compressor, then the working medium is supplied under pressure to the heat exchanger, where it can be heated with the extraction of energy from a hotter gas, which can be supplied from the heat pump, after which the working medium can be fed into the turbine, and the gas can be returned to heat howling pump, with gas in the heat pump can be heated to take energy from the environment, and the compressor and heat pump can be driven from the turbine with the supply of residual energy to an external source of energy consumption. In the method, air can be used as the working medium.
В вышеописанном способе, в качестве газа может применяться фреон. Предлагается способ преобразования внутренней энергии окружающей среды в механическую энергию, в котором привод теплового насоса можно осуществлять через электрогенератор. Способ, согласно изобретению, в котором подачу остаточной энергии во внешний источник потребления энергии можно осуществлять через электрогенератор.In the above method, freon may be used as the gas. A method is proposed for converting the internal energy of the environment into mechanical energy, in which the heat pump can be driven through an electric generator. The method according to the invention, in which the supply of residual energy to an external source of energy consumption can be carried out through an electric generator.
Согласно изобретению предлагается способ, в котором привод компрессора можно осуществлять через электрогенератор и электродвигатель. Настоящее изобретение предлагает также устройство для преобразования внутренней энергии окружающей среды в механическую энергию, включающее компрессор, теплообменник, связанный с компрессором, турбину, связанную с компрессором, теплообменником и внешним источником потребления энергии, и тепловой насос, связанный с одной стороны с турбиной, а с другой стороны, связанный посредством путепроводов с теплообменником.According to the invention, a method is provided in which the compressor can be driven through an electric generator and an electric motor. The present invention also provides a device for converting internal environmental energy into mechanical energy, including a compressor, a heat exchanger associated with a compressor, a turbine associated with a compressor, a heat exchanger and an external source of energy consumption, and a heat pump connected on one side to the turbine, and on the other hand, connected via overpasses to a heat exchanger.
Предлагается устройство, включающее электрогенератор, связанный с турбиной и тепловым насосом.A device is proposed that includes an electric generator connected to a turbine and a heat pump.
Также предлагается устройство для осуществления способа, в котором электрогенератор может быть связан с внешним источником потребления энергии.Also provided is a device for implementing the method in which the generator can be connected to an external source of energy consumption.
Предлагается также устройство, включающее электродвигатель, связанный с электрогенератором с одной стороны и компрессором с другой стороны.A device including an electric motor connected to an electric generator on the one hand and a compressor on the other hand is also proposed.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На Фиг. 1 представлено устройство для преобразования внутренней энергии окружающей среды в механическую энергию.In FIG. 1 shows a device for converting the internal energy of the environment into mechanical energy.
На Фиг. 2, Фиг. 3 и Фиг. 4 представлены варианты устройства, изображенного на Фиг. 1. Лучший вариант осуществления изобретенияIn FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 shows variants of the device depicted in FIG. one. The best embodiment of the invention
Предлагаемый способ преобразования внутренней энергии окружающей среды в механическую энергию осуществлен в описываемом ниже устройстве и его вариантах. Устройство для преобразования внутренней энергии окружающей среды в механическую энергию (Фиг. 1 ) состоит из компрессора 1 , теплообменника 2, теплового насоса 3, работающего по обратному циклу Карно, турбины 4, внешнего источника потребления энергии 5.The proposed method of converting the internal energy of the environment into mechanical energy is implemented in the device described below and its variants. A device for converting internal environmental energy into mechanical energy (Fig. 1) consists of a compressor 1, a heat exchanger 2, a heat pump 3 operating in the reverse Carnot cycle, a turbine 4, an external source of energy consumption 5.
Принцип работы устройства следующий. Рабочая среда (газ 1 ) поступает в компрессор 1 , откуда под давлением подается в теплообменник 2. В теплообменнике 2 рабочая среда (газ 1 ) нагревается, отбирая энергию от более горячего газа 2 поступающего в теплообменник 2 из теплового насоса 3. К преимуществам теплового насоса в первую очередь следует отнести экономичность, так как для извлечения тепловой энергии из окружающей среды ему необходимо затратить незначительное количество энергии. Кроме того, тепловой насос 3 не сжигает топлива и не производит вредных выбросов в атмосферу, т.е. является экологически чистым устройством. Из теплообменника 2 рабочая среда (газ 1 ) поступает в турбину 4, а газ 2 возвращается в тепловой насос 3. В турбине 4 рабочая среда (газ 1 ) совершает механическую работу, приводя в движение ее колесо (не показано). В тепловом насосе 3 газ 2 нагревается, отбирая энергию из окружающей среды. Турбина 4 приводит в движение компрессор 1 , тепловой насос 3 и подает остаточную энергию во внешний источник потребления энергии 5.The principle of operation of the device is as follows. The working medium (gas 1) enters the compressor 1, from where it is supplied under pressure to the heat exchanger 2. In the heat exchanger 2, the working medium (gas 1) is heated, taking energy from the hotter gas 2 entering the heat exchanger 2 from the heat pump 3. The advantages of the heat pump in the first place should be attributed to profitability, since to extract thermal energy from the environment it needs to spend a small amount of energy. In addition, the heat pump 3 does not burn fuel and does not produce harmful emissions into the atmosphere, i.e. is an environmentally friendly device. From the heat exchanger 2, the working medium (gas 1) enters the turbine 4, and the gas 2 returns to the heat pump 3. In the turbine 4, the working medium (gas 1) performs mechanical work, driving its wheel (not shown). In heat pump 3, gas 2 heats up, drawing energy from the environment. The turbine 4 drives the compressor 1, the heat pump 3 and delivers the residual energy to an external energy source 5.
Вариантустройства для преобразования внутренней энергии окружающей среды в механическую энергию представлен на Фиг. 2. Устройство состоит из компрессора 1 , теплообменника 2, теплового насоса 3, работающего по обратному циклу Карно, турбины 4, внешнего источника потребления энергии 5 и электрогенератора 6.An embodiment of a device for converting internal environmental energy into mechanical energy is shown in FIG. 2. The device consists of a compressor 1, a heat exchanger 2, a heat pump 3 operating in the reverse Carnot cycle, a turbine 4, an external energy source 5 and an electric generator 6.
Принцип работы устройства следующий. Рабочая среда (газ 1 ) поступает в компрессор 1 , откуда под давлением подается в теплообменник 2. В теплообменнике 2 рабочая среда (газ 1 ) нагревается, отбирая энергию от более горячего газа 2 поступающего в теплообменник 2 из теплового насоса 3. Из теплообменника 2 рабочая среда (газ 1 ) поступает в турбину 4, а газ 2 возвращается в тепловой насос 3. В турбине 4 рабочая среда (газ 1 ) совершает механическую работу, приводя в движение ее колесо (не показано). В тепловом насосе 3 газ 2 нагревается, отбирая энергию из окружающей среды. Турбина 4 приводит в движение компрессор 1 и подает остаточную энергию во внешний источник потребления энергии 5. Привод теплового насоса 3 осуществляется от турбины 4 через электрогенератор 6. Воздух из окружающей среды с температурой T1 поступает в компрессор.The principle of operation of the device is as follows. The working medium (gas 1) enters the compressor 1, from where it is supplied under pressure to the heat exchanger 2. In the heat exchanger 2, the working medium (gas 1) is heated, taking energy from the hotter gas 2 entering the heat exchanger 2 from the heat pump 3. From the heat exchanger 2, the working medium (gas 1) enters turbine 4, and gas 2 returns to heat pump 3. In turbine 4, the working medium (gas 1) performs mechanical work, setting in motion its wheel (not shown). In heat pump 3, gas 2 heats up, drawing energy from the environment. The turbine 4 drives the compressor 1 and supplies the residual energy to an external source of energy consumption 5. The heat pump 3 is driven from the turbine 4 through an electric generator 6. Air from the environment with a temperature T 1 enters the compressor.
Из колеса компрессора со скоростью и, приблизительно равной окружной скорости колеса, воздух поступает в диффузор, где замедляется, при этом его температура и давление увеличиваются.From the compressor wheel at a speed and approximately equal to the peripheral speed of the wheel, air enters the diffuser, where it slows down, while its temperature and pressure increase.
Скорость воздуха на входе в диффузор рассчитывается по формуле: и =2V* R* ω ( 1 ), где, и - окружная скорость колеса, м/с; R- радиус колеса, м; ω - частота вращения колеса, с"1;The air velocity at the inlet to the diffuser is calculated by the formula: u = 2V * R * ω (1), where, and - wheel peripheral speed, m / s; R is the radius of the wheel, m; ω - wheel speed, s "1 ;
Температура заторможенного потока воздуха на выходе из диффузора компрессора рассчитываются по формуле:The temperature of the inhibited air flow at the outlet of the compressor diffuser is calculated by the formula:
T2 = T1 * ( 1 + 0,2 * M2) (2), где,T 2 = T 1 * (1 + 0.2 * M 2 ) (2), where,
T1 - температура воздуха на входе в сопловой аппарат, К; T2- температура воздуха на выходе из соплового аппарата, К; M - число маха, равное и / извyкa T 1 - air temperature at the entrance to the nozzle apparatus, K; T 2 - air temperature at the exit of the nozzle apparatus, K; M - Mach number equal to and / or sound
Затраты энергии на сжатие воздуха, рассчитываются по упрощенной методике, по формуле:
Figure imgf000009_0001
Energy costs for air compression are calculated by a simplified method, according to the formula:
Figure imgf000009_0001
где,Where,
L^УД - удельная работа сжатия, Дж/кг; к - показатель адиабаты газа; R - газовая постоянная, Дж/(кг-K); ΔTк - изменение температуры воздуха в компрессоре (T2- T1), КL ^ UD - specific work of compression, J / kg; k is the gas adiabatic exponent; R is the gas constant, J / (kg-K); ΔT to - change in air temperature in the compressor (T 2 - T 1 ), K
Мощность, отбираемая с вала компрессором на сжатие воздуха, рассчитывается по формуле:The power taken from the shaft by the compressor for air compression, calculated by the formula:
Nк=Ь≡lЗ, (4) Nk = L≡lZ, (4)
где,Where,
Nx - мощность отбираемая компрессором, Вт;N x - power taken by the compressor, W;
1-кyд - удельная работа сжатия, Дж/кг; G - массовый расход воздуха через компрессор, кг/с; η - коэффициент полезного действия компрессора.1- kyd - specific work of compression, J / kg; G - mass air flow through the compressor, kg / s; η is the efficiency of the compressor.
Из диффузора компрессора воздух (газ 1 ) с температурой T2 поступает в теплообменник, где при постоянном давлении нагревается. Давление воздуха в теплообменнике не повышается, поскольку через сопловой аппарат и колесо турбины внутреннее пространство теплообменника сообщается с окружающей средой. В другую полость теплообменника подается фреон 410 (газ 2) из теплового насоса, с температурой T5.From the compressor diffuser, air (gas 1) with a temperature T 2 enters the heat exchanger, where it is heated at constant pressure. The air pressure in the heat exchanger does not increase, since the internal space of the heat exchanger communicates with the environment through the nozzle apparatus and the turbine wheel. In another cavity of the heat exchanger freon 410 (gas 2) is supplied from the heat pump, with a temperature of T 5 .
Температура воздуха на выходе из теплообменника рассчитывается по формуле:
Figure imgf000010_0001
где,
The air temperature at the outlet of the heat exchanger is calculated by the formula:
Figure imgf000010_0001
Where,
T3 - температура воздуха на выходе из теплообменника, К; T2 -температура воздуха на входе в теплообменник, К; Nтн т - мощность по теплу теплового насоса, Вт; Cp -теплоемкость воздуха при постоянном давлении, Дж/(кг-K); G - массовый расход воздуха через теплообменник, кг/с; ηтo - коэффициент полезного действия теплообменника. Нагретый до температуры T3 воздух из теплообменника через сопловой аппарат турбины поступает на лопатки турбины, где совершая механическую работу охлаждается до T4, практически равной T1, а затем выходит в атмосферу. Мощность турбины, независимо от конструкции, рассчитывается по формуле:T 3 - air temperature at the outlet of the heat exchanger, K; T 2 - air temperature at the inlet to the heat exchanger, K; N tn t - heat power of the heat pump, W; C p is the heat capacity of air at constant pressure, J / (kg-K); G - mass air flow through the heat exchanger, kg / s; η to - the efficiency of the heat exchanger. Heated to a temperature of T 3 from the heat exchanger through the nozzle apparatus of the turbine enters the turbine blades, where, performing mechanical work, it is cooled to T 4 , almost equal to T 1 , and then goes into the atmosphere. The turbine power, regardless of design, is calculated by the formula:
L, yд =Cp * ΔTт, (6) где,L, yд = Cp * ΔT t , (6) where,
L1- Уд - удельная работа турбины, Дж/кг; cp-тeплoeмкocть воздуха при постоянном давлении, Дж/(кг-K); ΔTT - изменение температуры воздуха в турбине (T3 - T4), К Мощность, развиваемая турбиной, при заданном расходе воздуха и КПД турбины рассчитывается по формуле: N1= Цад * G * η, (7) где,L 1 - Ud - specific work of the turbine, J / kg; c p is the heat capacity of air at constant pressure, J / (kg-K); ΔT T is the temperature change in the turbine (T 3 - T 4 ), K The power developed by the turbine, for a given air flow rate and turbine efficiency, is calculated by the formula: N 1 = Tsad * G * η, (7) where,
N1- - мощность турбины, Вт; L-^д - удельная работа газа, Дж/кг; G - массовый расход воздуха через компрессор, кг/с; η - коэффициент полезного действия турбины;N 1 - - turbine power, W; L- ^ d - specific work of gas, J / kg; G - mass air flow through the compressor, kg / s; η is the turbine efficiency;
Мощность, подаваемая на электрогенератор рассчитывается по формуле:The power supplied to the generator is calculated by the formula:
Nг= N7 - Nк, (8) где,N g = N 7 - N k , (8) where,
Nт - мощность турбины, Вт; Nк - мощность отбираемая компрессором, Вт;N t - turbine power, W; N to - power taken by the compressor, W;
Полезная мощность, которую электрогенератор может дать внешнему источнику потребления энергии рассчитывается по формуле: м г полезная =м г * л ' - N тн э1 ( >Я) ' где, Nг - мощность подаваемая на вал электрогенератора, Вт η - коэффициент полезного действия генератора;The net power that the generator can give to an external source of energy consumption is calculated by the formula: m g useful = m g * l '- N tn e 1 (>I)' where, N g is the power supplied to the shaft of the generator, W η is the coefficient of useful generator actions;
Nтнэ - электрическая мощность, потребляемая тепловым насосом в режиме обогрева, Вт.N to - electric power consumed by the heat pump in heating mode, watts.
В качестве примера приведем расчет полезной мощности, которую электрогенератор может дать внешним источникам потребления энергии с учетом того, что газ 1 - воздух, газ 2 - фреон 410, сжатие воздуха производится компрессором, для привода компрессора и электрогенератора используется осевая одноступенчатая турбина, в качестве теплового насоса используется модель FTXR28EV1 B "URURA SARARA" фирмы " DAIKIN" с техническими характеристиками: мощность по теплу теплового насоса - 3600 Вт; электрическая мощность, потребляемая тепловым насосом в режиме обогрева - 700 Вт. Сначала рассчитываем скорость воздуха на входе в диффузор по формуле ( 1 ), где, R = 0, 1 м, ω = 150 с"1 , получаем: и = 2 * 3, 14 * 0, 1 м * 150 с'1 = 94,2 м/сAs an example, let us calculate the useful power that the generator can give to external sources of energy consumption, taking into account the fact that gas 1 is air, gas 2 is freon 410, air is compressed by a compressor, an axial single-stage turbine is used to drive the compressor and generator, the pump model FTXR28EV1 B "URURA SARARA" of the company "DAIKIN" is used with the technical characteristics: heat power of the heat pump - 3600 W; electrical power consumed by the heat pump in heating mode - 700 watts. First, we calculate the air velocity at the inlet to the diffuser according to the formula (1), where, R = 0, 1 m, ω = 150 s "1 , we get: u = 2 * 3, 14 * 0, 1 m * 150 s ' 1 = 94.2 m / s
Затем температуру заторможенного потока воздуха на выходе из диффузора компрессора при T1 = 283 К (температура воздуха из окружающей среды) рассчитываем по формуле (2), получаем:Then, the temperature of the inhibited air flow at the outlet of the compressor diffuser at T 1 = 283 K (air temperature from the environment) is calculated by the formula (2), we obtain:
T2 = 283 К * (1 + 0,2 * (94,2 м/с / 337 м/с)2) = 287,4 К Затраты энергии на сжатие воздуха рассчитываем по формуле (3), где ΔTк = (T2- T1) = 287,4 - 283 = 4,4 К, получаем: L^ = 1005 Дж/(K кг) * 4,4 К = 4422 Дж/кгT 2 = 283 K * (1 + 0.2 * (94.2 m / s / 337 m / s) 2 ) = 287.4 K The energy consumption for air compression is calculated by the formula (3), where ΔT k = ( T 2 - T 1 ) = 287.4 - 283 = 4.4 K, we get: L ^ = 1005 J / (K kg) * 4.4 K = 4422 J / kg
Далее мощность, отбираемую с вала компрессором на сжатие воздуха, при заданном расходе воздуха G = 0,2 кг/с и КПД компрессора η = 80% рассчитываем по формуле (4), получаем:Next, the power taken from the shaft by the compressor for air compression, for a given air flow rate G = 0.2 kg / s and compressor efficiency η = 80%, we calculate by formula (4), we obtain:
Nж = (4422 Дж/кг * 0,2 кг/с )/0,8 = 1 105,5 Вт Температуру воздуха на выходе из теплообменника рассчитываем по формуле (5), где Nтн т = 3600 Вт (согласно техническим характеристикам производителя), коэффициент полезного действия теплообменника принимается η10 = 60%, cp - теплоемкость воздуха при постоянном давлении = 1004 Дж/(кг К), расход воздуха G = 0,2 кг/с, получаем: T3 = 287,4 К + (3600 Вт / ( 1004 Дж/кг К * 0,2 кг/с) * 0,6) = 298,2 КN W = (4422 J / kg * 0.2 kg / s) / 0.8 = 1 105.5 W The air temperature at the outlet of the heat exchanger is calculated by the formula (5), where N tn = 3600 W (according to technical specifications manufacturer), the efficiency of the heat exchanger is taken η 10 = 60%, c p is the heat capacity of air at constant pressure = 1004 J / (kg K), air consumption G = 0.2 kg / s, we get: T 3 = 287, 4 K + (3600 W / (1004 J / kg K * 0.2 kg / s) * 0.6) = 298.2 K
Мощность турбины рассчитываем по формуле (6), где ΔTT = (T3 - T4), а T4 = T1, получаем:The turbine power is calculated by the formula (6), where ΔT T = (T 3 - T 4 ), and T 4 = T 1 , we obtain:
L^ = 1005 Дж/(K кг) * (298, 2K - 283K) = 15276 Дж/кг Мощность, развиваемую турбиной, при заданном расходе воздуха G = 0,2 кг/с и КПД турбины η = 80% рассчитываем по формуле (7), получаем:L ^ = 1005 J / (K kg) * (298, 2K - 283K) = 15276 J / kg The power developed by the turbine at a given air flow rate G = 0.2 kg / s and the turbine efficiency η = 80% are calculated by formula (7), we obtain:
Nт = 15276 Дж/кг * 0,2 кг/с * 0,8 = 2444,2 ВтN t = 15276 J / kg * 0.2 kg / s * 0.8 = 2444.2 W
Мощность, подаваемую на электрогенератор рассчитываем по формуле (8), получаем:The power supplied to the generator is calculated by the formula (8), we obtain:
Nг = 2444,2 Вт -1 105,5 Вт = 1338,7 Вт Полезную мощность, которую электрогенератор может дать внешнему источнику потребления энергии, при КПД генератора η — 90% рассчитываем по формуле (9), получаем:N g = 2444.2 W -1 105.5 W = 1338.7 W The usable power that the generator can give an external source of energy consumption, when the generator efficiency is η - 90%, we calculate by the formula (9), we obtain:
Nг полезная = 1338,7 Вт * 0,9 - 700 Вт = 504,83 Вт Еще один вариант устройства представлен на Фиг. 3. Устройство состоит из компрессора 1 , теплообменника 2, теплового насоса 3, работающего по обратному циклу Карно, турбины 4, внешнего источника потребления энергии 5 и электрогенератора 6. Принцип работы устройства следующий. Рабочая среда (газ 1 ) поступает в компрессор 1 , откуда под давлением подается в теплообменник 2. В теплообменнике 2 рабочая среда (газ 1 ) нагревается, отбирая энергию от более горячего газа 2 поступающего в теплообменник 2 из теплового насоса 3. Из теплообменника 2 рабочая среда (газ 1 ) поступает в турбину 4, а газ 2 возвращается в тепловой насос 3. В турбине 4 рабочая среда (газ 1 ) совершает механическую работу, приводя в движение ее колесо (не показано). В тепловом насосе 3 газ 2 нагревается, отбирая энергию из окружающей среды. Турбина 4 приводит в движение компрессор 1 , электрогенератор 6 и отдает часть энергии во внешний источник потребления энергии 5. Электрогенератор 6 питает тепловой насос 3 и отдает часть энергии во внешний источник потребления энергии 5.N A N N r reached = 0.9 * 1338.7 W - W = 700 W 504.83 Another embodiment of the device is shown in FIG. 3. The device consists of a compressor 1, a heat exchanger 2, a heat pump 3 operating in the reverse Carnot cycle, a turbine 4, an external energy source 5 and an electric generator 6. The principle of operation of the device is as follows. The working medium (gas 1) enters the compressor 1, from where it is supplied under pressure to the heat exchanger 2. In the heat exchanger 2, the working medium (gas 1) is heated, taking energy from the hotter gas 2 entering the heat exchanger 2 from the heat pump 3. From the heat exchanger 2, the working the medium (gas 1) enters the turbine 4, and the gas 2 returns to the heat pump 3. In the turbine 4, the working medium (gas 1) performs mechanical work, driving its wheel (not shown). In heat pump 3, gas 2 heats up, drawing energy from the environment. The turbine 4 drives the compressor 1, the generator 6 and gives part of the energy to an external source of energy consumption 5. The generator 6 feeds the heat pump 3 and gives a part of the energy to an external source of energy 5.
Вариантустройства для преобразования внутренней энергии окружающей среды в механическую энергию представлен на Фиг. 4. Устройство состоит из компрессора 1 , теплообменника 2, теплового насоса 3, работающего по обратному циклу Карно, турбины 4, внешнего источника потребления энергии 5, электрогенератора 6 и электродвигателя 7.An embodiment of a device for converting internal environmental energy into mechanical energy is shown in FIG. 4. The device consists of a compressor 1, a heat exchanger 2, a heat pump 3 operating in the reverse Carnot cycle, a turbine 4, an external source of energy consumption 5, an electric generator 6 and an electric motor 7.
Принцип работы устройства следующий. Рабочая среда (газ 1 ) поступает в компрессор 1 , откуда под давлением подается в теплообменник 2. В теплообменнике 2 рабочая среда (газ 1 ) нагревается, отбирая энергию от более горячего газа 2 поступающего в теплообменник 2 из теплового насоса 3. Из теплообменника 2 рабочая среда (газ 1 ) поступает в турбину 4, а газ 2 возвращается в тепловой насос 3. В турбине 4 рабочая среда (газ 1 ) совершает механическую работу, приводя в движение ее колесо (не показано). В тепловом насосе 3 газ 2 нагревается, отбирая энергию из окружающей среды. Привод компрессора 1 осуществляется от турбины 4 через электрогенератор 6 и электродвигатель 7. Турбина 4 отдает часть энергии внешнему источнику потребления энергии 5. Электрогенератор 6 питает внешний источник потребления энергии 5 и тепловой насос 3. The principle of operation of the device is as follows. The working medium (gas 1) enters the compressor 1, from where it is supplied under pressure to the heat exchanger 2. In the heat exchanger 2, the working medium (gas 1) is heated, taking energy from the hotter gas 2 entering the heat exchanger 2 from the heat pump 3. From the heat exchanger 2, the working the medium (gas 1) enters the turbine 4, and the gas 2 returns to the heat pump 3. In the turbine 4, the working medium (gas 1) performs mechanical work, driving its wheel (not shown). In heat pump 3, gas 2 heats up, drawing energy from the environment. The compressor 1 is driven from the turbine 4 through the electric generator 6 and the electric motor 7. The turbine 4 gives part of the energy to the external energy consumption source 5. The electric generator 6 supplies the external energy consumption source 5 and the heat pump 3.

Claims

Формула изобретения Claim
1. Способ преобразования внутренней энергии окружающей среды в механическую энергию посредством замкнутой схемы, состоящей из теплового насоса, теплообменника, компрессора и турбины, в котором рабочую среду сначала подают в компрессор, затем рабочую среду под давлением подают в теплообменник, где нагревают с отбором энергии от более горячего газа, который подают из теплового насоса, после чего рабочую среду подают в турбину, а газ возвращают в тепловой насос, при этом газ в тепловом насосе нагревают с отбором энергии из окружающей среды, а привод компрессора и теплового насоса осуществляют от турбины с подачей остаточной энергии во внешний источник потребления энергии.1. A method of converting the internal energy of the environment into mechanical energy by means of a closed circuit consisting of a heat pump, heat exchanger, compressor and turbine, in which the working medium is first supplied to the compressor, then the working medium is supplied under pressure to the heat exchanger, where it is heated with energy extraction from hotter gas, which is supplied from the heat pump, after which the working medium is supplied to the turbine, and the gas is returned to the heat pump, while the gas in the heat pump is heated with the extraction of energy from the environment, and the compressor and heat pump are driven from the turbine with the supply of residual energy to an external source of energy consumption.
2. Способ, по п. 1 , в котором в качестве рабочей среды используют воздух.2. The method according to p. 1, in which air is used as the working medium.
3. Способ, по п. 1 , в котором в качестве газа используют фреон.3. The method according to p. 1, in which freon is used as the gas.
4. Способ, по п. 1 , в котором привод теплового насоса осуществляют через электрогенератор.4. The method according to claim 1, wherein the heat pump is driven through an electric generator.
5. Способ, по п. 4, в котором подачу остаточной энергии во внешний источник потребления энергии осуществляют через электрогенератор.5. The method according to p. 4, in which the supply of residual energy to an external source of energy consumption is carried out through an electric generator.
6. Способ, по п. 1 , в котором привод компрессора осуществляют через электрогенератор и электродвигатель. 6. The method according to claim 1, wherein the compressor is driven through an electric generator and an electric motor.
7. Устройство для осуществления способа по п.1 , включающее компрессор, теплообменник, связанный с компрессором, турбину, связанную с компрессором, теплообменником и внешним источником потребления энергии, и тепловой насос, связанный с одной стороны с турбиной, а с другой стороны, связанный посредством путепроводов с теплообменником. 7. The device for implementing the method according to claim 1, comprising a compressor, a heat exchanger associated with the compressor, a turbine associated with a compressor, a heat exchanger and an external source of energy consumption, and a heat pump connected on one side to the turbine, and on the other hand, connected through overpasses with a heat exchanger.
8. Устройство по п. 7, включающее электрогенератор, связанный с турбиной и тепловым насосом.8. The device according to claim 7, comprising an electric generator associated with a turbine and a heat pump.
9. Устройство по п. 8, в котором электрогенератор связан с внешним источником потребления энергии.9. The device according to claim 8, in which the electric generator is connected to an external source of energy consumption.
10. Устройство по п. 8, включающее электродвигатель, связанный с электрогенератором с одной стороны и компрессором с другой стороны. 10. The device according to claim 8, comprising an electric motor connected to an electric generator on the one hand and a compressor on the other.
PCT/RU2009/000690 2009-04-10 2009-12-15 Method and device for converting the inherent energy of the environment WO2010117299A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009113470/06A RU2009113470A (en) 2009-04-10 2009-04-10 METHOD FOR CONVERTING ENVIRONMENTAL ENVIRONMENTAL ENVIRONMENT INTO MECHANICAL ENERGY AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD
RU2009113470 2009-04-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010117299A1 true WO2010117299A1 (en) 2010-10-14

Family

ID=42936414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2009/000690 WO2010117299A1 (en) 2009-04-10 2009-12-15 Method and device for converting the inherent energy of the environment

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2009113470A (en)
WO (1) WO2010117299A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013057742A1 (en) * 2011-10-17 2013-04-25 Bhupinder Singh Gill Abhimanyue Bhagat And Darpan Atmospheric energy tapping device for generation' of mechanical and electrical energy

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3730263A (en) * 1968-02-05 1973-05-01 J Anderson Heat pump
RU1825870C (en) * 1989-12-05 1993-07-07 В.П. Корчевский и Е.В.Юсова Combined steam plant operating method
WO2000071944A1 (en) * 1999-05-20 2000-11-30 Thermal Energy Accumulator Products Pty Ltd A semi self sustaining thermo-volumetric motor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3730263A (en) * 1968-02-05 1973-05-01 J Anderson Heat pump
RU1825870C (en) * 1989-12-05 1993-07-07 В.П. Корчевский и Е.В.Юсова Combined steam plant operating method
WO2000071944A1 (en) * 1999-05-20 2000-11-30 Thermal Energy Accumulator Products Pty Ltd A semi self sustaining thermo-volumetric motor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D. REY ET AL.: "Teplovie nasosy.", ENERGIOZDAT, 1982, MOSCOW, pages 16 - 17 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013057742A1 (en) * 2011-10-17 2013-04-25 Bhupinder Singh Gill Abhimanyue Bhagat And Darpan Atmospheric energy tapping device for generation' of mechanical and electrical energy

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009113470A (en) 2010-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9863287B2 (en) Heat engine system with a supercritical working fluid and processes thereof
US8400005B2 (en) Generating energy from fluid expansion
JP6871177B2 (en) Simple cycle system and method of waste heat recovery
JP6194351B2 (en) Thermal cycle for heat transfer and electricity generation between media
CN102549239A (en) Engine waste heat recovery power-generating turbo system and reciprocating engine system provided therewith
JP2010507743A (en) Increasing combustion turbine output by injecting cold air upstream of the compressor
EP2576986A1 (en) Generating energy from fluid expansion
KR20150139859A (en) Charging pump system for supplying a working fluid to bearings in a supercritical working fluid circuit
EP2540995B1 (en) Power generation apparatus
MX2011005130A (en) Turboexpander for power generation systems.
US20100307154A1 (en) Closed thermodynamic system for producing electric power
CN101529055A (en) A heat engine system
CN101839154A (en) Distributed type residual-heat/residual-pressure power generation system and distributed type residual-heat/residual-pressure power generation method
WO2006028444A1 (en) Low temperature heat engine
JP2007263084A (en) Cogeneration system
WO2010117299A1 (en) Method and device for converting the inherent energy of the environment
CN114575951B (en) Organic Rankine two-stage flash evaporation circulating system with gas-liquid injector
CN112303960A (en) Cold power engine
KR20160133762A (en) Steam storing and steam compressing device for waste heat boiler
KR20210104067A (en) District heating network including heat pump unit and heat pump unit
US3826092A (en) Closed cycle energy conversion system
WO2004013491A1 (en) Gas-lift power generation
CN103953447A (en) Intercooled cycle gas turbine capable of generating electricity by utilizing waste heat of low-pressure gas compressor
CN103375196A (en) Steam turbine power generating system
JP2003161116A (en) Power generating system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09843124

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09843124

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1