ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2114999

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭНТАЛЬПИИ И КОЭФФИЦИЕНТА СЖИМАЕМОСТИ ВОДЯНОГО ПАРА

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭНТАЛЬПИИ И КОЭФФИЦИЕНТА СЖИМАЕМОСТИ ВОДЯНОГО ПАРА

Имя изобретателя: Томас Какович (US) 
Имя патентообладателя: Милленниум Рэнкайн Текнолоджиз, Инк. (US)
Адрес для переписки: 
Дата начала действия патента: 1993.08.12 

Способ преобразования тепловой энергии в механическую и устройство для его осуществления предназначены для генерирования энергии посредством сообщения рабочей жидкости, находящейся в резервуаре, тепловой энергии, достаточной для перевода рабочей жидкости из жидкой фазы в паровую. В рабочую жидкость, помещенную в резервуар, добавляют газ, молекулярная масса которого не превышает по существу молекулярную массу рабочей жидкости, и сообщают этой жидкости тепловую энергию от устройства для нагрева рабочей жидкости до приведения ее в пар. Затем подают рабочую жидкость в парообразной фазе в устройство для преобразования энергии в механическую работу, с расширением рабочей жидкости и снижением температуры. Выделяют из расширенной и охлажденной рабочей жидкости газ. Циклически возвращают расширенную и охлажденную жидкость в жидкой фазе и выделенный газ в резервуар. При осуществлении способа увеличения энтальпии и коэффициента сжимаемости водяного пара в качестве рабочей жидкости используют воду, в которую в резервуаре нагревают до получения пара и добавляют в нее в количестве от 0,1 до 9 мас.% водород или гелий для образования смеси газа с паром, имеющей повышенные значения энтальпии и коэффициента сжимаемости. Такое выполнение устройства и осуществление способа приводит к освобождению энтальпии системы для увеличения эффективности преобразования тепловой энергии в механическую.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к области преобразования тепловой энергии в механическую с использованием рабочей жидкости, в частности, с целью генерирования электроэнергии, однако не ограничивается этим применением.

Для выполнения полезной работы должна быть изменена форма энергии: потенциальная должна быть преобразована в кинетическую, тепловая - в механическую, механическая - в электрическую и так далее. Экспериментально подтверждаемая эквивалентность всех форм энергии приводит к выводу первого закона термодинамики, а именно: энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а всегда сохраняется в той или иной форме. Поэтому стараются увеличить эффективность этого процесса с тем, чтобы максимально увеличить получение требуемой формы энергии и в то же время максимально снизить потери энергии в других формах.

Механическая, электрическая и кинетическая энергия - это формы энергии, которые могут преобразовываться одна в другую с очень высокой степенью эффективности. Однако это не относится к тепловой энергии. Если мы попытаемся преобразовать тепловую энергию при температуре T в механическую работу, эффективность этого процесса будет ограничена значением 1-T0/T, где T0 - температура окружающей среды. Эта полезная энергия, которая может быть преобразована, называется эксергией, в то время как энергия, которая не может быть преобразована в эксергию, называется анергией. Соответственно первый закон термодинамики может быть сформирован как "сумма эксергии и анергии всегда постоянная".

Кроме того, второй закон термодинамики, который гласит, что процессы осуществляются в определенном заданном направлении и не могут осуществляться в обратном направлении, может быть сформулирован как "невозможно преобразовать анергию и аксергию".

Термодинамические процессы могут быть разделены на нереверсивные и реверсивные. В нереверсивных процессах выполненная работа равна нулю, при этом эксергия преобразуется в анергию. В реверсивных процессах может быть выполнена максимально возможная работа.

Попытки преобразования энергии базируются на втором законе, имея целью максимально использовать эксергию прежде, чем она будет преобразована в анергию - форму энергии, которая не может больше использоваться. Другими словами, должны быть созданы условия, поддерживающие реверсивность процесса как можно дольше.

Настоящее изобретение относится к области преобразования тепловой энергии 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 ряда соотношений 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. На фиг. 1(a-k) приведены P-V и T-S - диаграммы для ряда типичных циклов.

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. В патенте [1] описывается цикл Ранкина, в котором для впрыскивания в турбину рабочей жидкости в газообразном состоянии применен эжектор. Оказалось, что благодаря применению эжектора для впрыска легкого газа в рабочую жидкость (после того, как рабочая жидкость была нагрета и испарена), турбина извлекает полезную энергию при меньшем падении давления, чем потребовалось бы в предыдущем варианте с применением только рабочей жидкости, и что имеется существенное падение температуры рабочей жидкости, чем обеспечивается работа турбины в среде с более низкой температурой. Могут быть использованы следующие легкие газы: водород, гелий, азот, воздух, водяной пар или органические соединения, имеющие молекулярную массу меньшую, чем у рабочей жидкости.

Патент [2] описывает способ впрыска инертного газа, такого, как аргон или гелий, в рабочую жидкость в газообразном состоянии (например, водяной пар), используемую для выполнения механической работы в тепловом двигателе. Пар с добавками имеет более низкое, по сравнению с вариантом применения рабочей жидкости без добавок, значение показателя адиабаты H, где значение H определяется как Cp/Cv, где Cp - удельная теплоемкость при постоянном давлении, а Cv - удельная теплоемкость при постоянном объеме.

Патент [3] посвящен рабочей жидкости для электростанции, работающей по циклу Ранкина, в которые включают полярное и неполярное соединения, при этом полярное соединение имеет меньшую, чем у неполярного соединения, молекулярную массу.

При рассмотрении преобразования тепловой энергии в механическую чрезвычайно важным термодинамическим свойством является энтальпия. Энтальпия определяется как сумма внутренней энергии и произведения давления на объем H= U+PV. Энтальпия на единицу массы определяется как сумма внутренней энергии и произведения давления на удельный объем h=U+PV. Когда значение давления приближается к нулю, все газы приближаются к идеальному газу, и изменение внутренней энергии определяется как произведение удельной теплоемкости Cpo и приращение температуры dT. Приращение "идеальной" энтальпии определяется как произведение Cpo и приращения температуры: dh=CpodT. Пока давление превышает нулевое значение, приращение энтальпии представляет собой "реальную" энтальпию.

Отношение разности между идеальной энтальпией и реальной энтальпией к критической температуре рабочей жидкости называется остаточной энтальпией.

Заявитель теоретически обосновал, что большую эффективность реверсивного процесса можно обеспечить, если удастся обеспечить приращение реальной энтальпии системы в диапазоне значений температуры и давления, какие требовались для ее предыдущего состояния. Это предположительно можно было бы осуществить с помощью способов, которые позволили бы освободить "остаточную" энтальпию, в сущности, понижая потери эксергии в системе.

Другим чрезвычайным важным свойством рабочей жидкости является коэффициент сжимаемости Z, с помощью которого определяется соответствие поведения реального газа поведению идеального. Поведение идеального газа при изменяющихся давлении (P), объеме (V) и температуре (T) определяется уравнением состояния:

PV=nMRT,

где

n - количество молей газа;

M - молекулярная масса; а

R определяется как , где -константа.

Это уравнение в действительности не полностью описывает поведение реального газа, для которого было определено соотношение:

PV=ZnMRT или PV=ZRT,

где

Z - коэффициент сжимаемости;

V - удельный объем V/(nM).

Для идеального газа Z равна 1, а для реального газа коэффициент сжимаемости изменяется в зависимости от давления и температуры. Хотя значения коэффициента сжимаемости для различных газов отличаются, оказалось, что они фактически постоянны, если эти значения определяются как функции одного и того же значения приведенного давления. Приведенная температура определяется как отношение температуры к критической температуре T/Tc, а приведенное давление определяется как отношение давления к критическому давлению P/Pc. Критические температуры и давление - это температура и давление, при которых мениск между жидкой и газообразной фазой вещества исчезает, и вещество образует единую, непрерывную жидкую фазу.

Заявитель также теоретически обосновал, что значительное объемное расширение можно получить путем изменения коэффициента сжимаемости рабочей жидкости.

Заявитель также теоретически обосновал, что можно найти вещество, которое позволило бы увеличить как энтальпию, так и сжимаемость рабочей жидкости.

Таким образом, задача изобретения - освобождение остаточной энтальпии системы с целью увеличения эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую.

Задачей изобретения также является увеличение расширения рабочей жидкости с целью увеличения работы, производимой рабочей жидкостью.

Для достижения этих и других задач предлагается настоящее изобретение, предмет которого - способ преобразования тепловой энергии в механическую, при котором рабочей жидкости, находящейся в резервуаре, сообщают тепловую энергию с целью перевода рабочей жидкости из жидкой в парообразную форму, подают рабочую жидкость в парообразной форме в устройство для преобразования энергии в механическую работу при увеличенном расширении и повышенной температуре рабочей жидкости, а затем циклически возвращают расширенную рабочую жидкость, имеющую пониженную температуру, в резервуар.

Эффективность этого процесса может быть увеличена путем добавления газа в рабочую жидкость, находящуюся в резервуаре. Молекулярная масса этого газа не выше, чем приблизительно молекулярная масса рабочей жидкости, так что молекулярная масса рабочей жидкости и газа не могут быть значительно больше, чем приблизительно молекулярная масса одной рабочей жидкости. Этот газ затем отделяется (вне резервуара) от рабочей жидкости, а затем циклически возвращается в рабочую жидкость, находящуюся в резервуаре [3].

Когда в качестве рабочей жидкости используется вода, в указанном способе следует отдать предпочтение водороду и гелию. Хотя водород имеет небольшое преимущество с точки зрения эффективности, с точки зрения безопасности он менее предпочтителен, поэтому гелий предпочтительнее для применения на практике.

Практический эффект от добавления газа в рабочую жидкость, находящуюся в резервуаре, проявляется в значительном увеличении приращения энтальпии и, таким образом, расширении, которому подвергается жидкость при данных температуре и давлении. Благодаря этому большему расширению может быть выполнено большее количество механической работы, при фиксированном количестве подводимой тепловой энергии, или же количество тепловой энергии может быть уменьшено с целью получения данного количества работы. В любом случае имеет место значительное повышение эффективности этого процесса.

Предлагая настоящее изобретение, заявитель теоретически обосновал, что при нагревании рабочей жидкости в резервуаре изменение реальной энтальпии за пределами заданного температурного диапазона больше, чем когда в рабочую жидкость добавлено "каталитическое" вещество. В тех случаях, когда присутствует каталитическое вещество, для выполнения работы необходимо больше полезного тепла, при любом данном значении температуры давление выше, по сравнению с той же системой, но без катализатора. Для каждого заданного значения давления может быть снижено значение температуры по сравнению с той же системой, но без катализатора.

Заявитель считает, что, смешивая пар с небольшим (5 мас.%) количеством "каталитического" газа, можно существенно изменить коэффициент сжимаемости полученного в результате этого процесса газа. На фиг. 2 приведены рассчитанные значения коэффициента сжимаемости Z для смесей пара и ряда газов. В показанном на фиг. 2 диапазоне значений приведенного давления от 0,1 до 10 и выше чистый пар имеет наименьшее значение Z. Коэффициент Z может быть увеличен путем добавления газов в различных соотношениях, хотя изменения от дабавления самых тяжелый газов, таких как Xe, Kr, и Ar, относительно малы. Тем не менее, когда добавляют водород или гелий в пар, изменения в значениях коэффициента сжимаемости довольно существенны. Увеличенная центральная часть этого графика приведена на фиг. 3. Из фиг. 3 видно, что при работе в диапазоне значений приведенного давления выше 1, но ниже 1,5, добавление 5% гелия в пар приводит к возрастанию коэффициента сжимаемости почти на 50%. Добавление к пару водорода в указанном диапазоне значений приведенного давления приводит к увеличению коэффициента сжимаемости приблизительно на 80%. В действительности, добавление небольшого количества каталитического вещества в пар приводит к тому, что пар ведет себя значительно ближе к идеальному газу и может обеспечить значительное возрастание выхода полезной энергии в данном температурном диапазоне.

Это увеличение значений Z показано также на фиг. 4, выполненном на компьютере в трехмерной графике, как функции приведенного давления, так и приведенной температуры. При работе в режиме превышения как критической температуры, как и критического давления подъем значений Z даже более резок.

Пусть в приведенном ниже уравнении подстрочный индекс a относится к свойствам чистого пара, а подстрочный индекс w - к свойствам пара с каталитическим веществом (для давления, объема, молекулярной массы и константы R). Из определения коэффициента сжимаемости известно:

Za=PVa/(RaT), (2)

и

Zw=PVw/(RwT). (3)

Из этих уравнений можно получить следующее:

Zw/Za=PVw/(RwT<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/183.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>PVa/ (RaT)),(4)

а если

P и T для обеих систем одинаковы, они взаимно уничтожаются, и уравнение принимает вид:

Zw/Za=RaVw/(RwVa). (5)

Однако, было уже показано, что теоретически Zw больше или равно Za, а поэтому:

RaVw/(RwVa)1, (6)

или

RaVwRwVa. (7)

Однако известно также, что:

,

и

. (9)

Рассматривая эти соотношения вместе с уравнением 7, получим:

,

и

(Mwa)VwVa.(11)

Известно также, что

Va=Va/Ma,(12)

и

Vw=Vw/Mw,(13)

где

Va - стандартное объемное расширение пара;

Vw - объемное расширение пара с добавлением каталитического вещества.

Теперь мы может записать неравенство в виде:

(Mw/Ma)·(Va/Mw)) Va/Ma,(14)

или

(Mw/a)·(1/Mw/Ma))· VwVa.(15)

Для конкретно рассматриваемой системы, в которой применен пар плюс 5 мас.% гелия, молекулярная масса воды (Ma) составляет 18, отсюда:

Mw/a=1+0,05=1,05.

Путем анализа было определено, что Mw равно 15,4286, и поэтому:

15,4286/(1%·1,05)·VwVa.(17)

Уравнение 17 приводится к следующему неравенству:

Vw1,225 Va.

Таким образом, приведенные выше уравнения показывают, что при заданных условиях значение объемного расширения смеси пара с гелием и/или водородом существенно выше, чем в случае применения чистого пара. Увеличивая объемное расширение пара при данных условиях, можно существенно увеличить количество выполненной работы.

Эта теория была обоснована теоретически путем выполнения необходимых расчетов энтальпии для заданных систем. Чтобы определить остаточную энтальпию рабочей жидкости в определенном диапазоне значений температуры, необходимо использовать функцию, которая связывала бы вместе идеальную и реальную энтальпию системы в обобщенной функции сжимаемости. Остаточную энтальпию можно рассчитать по следующей формуле:

где левая часть уравнения представляет остаточную энтальпию в процессе увеличения давления от нуля до заданного значения при постоянной температуре.

Были также выполнены вычисления для изменения значений энтальпии при заданных изменениях температуры и давления. На фиг. 5 показаны изменения значения энтальпии для чистого пара, а на фиг. 6 - изменение энтальпии для смеси пара с 5% гелия. Эти графики совмещены на фиг. 7 для наглядности полученного результата. Если к пару добавлено 5% гелия, приращения энтальпии увеличивается в каждом случае на 13 британских тепловых единиц (BTE) (I BTE= 1055,06 Дж) на фунт массы воды (1 фунт = 0,454 кг).

Рассмотрим применение этих принципов для реального случая получения электрической энергии. Типичная электростанция генерирует около 659 мегаватт электроэнергии, используя для этого 4 250 00 фунтов воды в час. Увеличив энергетическую эффективность этой электростанции на 13 БТЕ на фунт воды, можно сберечь около 55 000 000 БТЕ в час.

Эта теория была применена выше для расчета энтальпии, освобождаемой из пара, но она одинаково применима для любой и каждой рабочей жидкости, которая разогревается до газообразного состояния и которая подвергается расширению и охлаждению с целью выполнения механической работы. Таким образом, добавление к такой рабочей жидкости в резервуаре газа с более низкой, чем у него, молекулярной массой позволяет увеличить количество выполненной работы при том же подводе теплоты.

На фиг. 1(a-k) показаны P-V и T-S диаграммы для ряда циклов выполнения работы; на фиг. 2 - график зависимости коэффициента сжимаемости Z от приведенного давления для чистого пара и для смесей пара с рядом газов; на фиг. 3 - увеличенный участок графика на фиг. 2; на фиг. 4 - график зависимости коэффициента сжимаемости Z от температуры и давления для чистого пара, для пара с гелием и для пара с водородом; на фиг. 5 - график изменения энтальпии в зависимости от температуры и давления для чистого пара; на фиг. 6 - график изменения энтальпии в зависимости от температуры и давления для пара с 5% гелия; на фиг. 7 - график изменения энтальпии в зависимости от температуры и давления как для чистого пара, так и для пара с 5% гелия; на фиг. 8 - структурная схема устройства для преобразования тепла в механическую энергию с применением водорода в качестве рабочей жидкости; на фиг. 9 - график зависимости температуры от времени для различных веществ, нагреваемых в устройстве, показанном на фиг. 8; на фиг. 10 - график зависимости давления от времени для различных веществ, нагреваемых в устройстве, показанном на фиг. 8.

СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ, СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭНТАЛЬПИИ И КОЭФФИЦИЕНТА СЖИМАЕМОСТИ ВОДЯНОГО ПАРА

В устройстве, показанном на фиг. 8, для нагревания рабочей жидкости применяется котел 12. Для добавления газа к рабочей жидкости (в данном случае воды) к котлу присоединен баллон 14. Выход котла подключен к турбине 16, которая генерирует электрическую энергию, потребляемую загрузкой 18. Рабочая жидкость, подвергаемая расширению в турбине 16, собирается в коллекторе 20 и конденсируется снова в жидкость в конденсаторе 22. Конденсатор 22 отделяет добавленный газ от рабочей жидкости, находящейся в жидкой фазе, которая затем возвращается в котел. Там, где позволяет соответствующая методология, газ также может быть отделен от пара перед турбиной.

На практике был применен котел, продаваемый под маркой "BABY GIANT", модель BG-3.3. фирмы Electro Steam Gеnеrator Corporation из Александрии, штат Вирджиния. Котел нагревался пружинным нагревателем, изготовленным из нержавеющей стали, потребляющим 3,3 кВт и обеспечивающим тепловой поток 10 015 БТЕ в час. Котел комплектуется датчиками температуры и давления, обеспечивающими контроль температуры и давления нижнего потока в коллекторе, в систему были введены дополнительные датчики. В котел были также вмонтированы клапаны, позволяющие добавлять газы в рабочую жидкость, находящуюся в котле. Температура и давление также измерялись в змеевике конденсатора (рассчитанного на давление 60 фунт/кв.дюйм), который был добавлен для улавливания пара.

Турбиной служит 12-вольтный автомобильный генератор переменного тока, имеющий приваренные к нему ребра.

Результаты различных прогонов занесены в табл. 1 и 2. В качестве базовой рабочей жидкости использовалась вода, а также вода с добавлением 5% гелия, 5% неона, 5% кислорода и 5% ксенона. Показания температуры и давления снимались на катушке коллектора сначала при включении системы, а затем через 30, 60 и 90 мин как для воды, так и для пара.

Данные, представленные в табл. 1 и 2, - средние значения, полученные в результате ряда опытов.

По температурным показаниям из табл. 1 построен график, приведенный на фиг. 9, а по показаниям давления из табл. 2 построен график, приведенный на фиг. 10. Результаты, приведенные на этих графиках, очень существенны. Через 90 мин температура пара с гелием самое низкое, по сравнению со всеми примененными рабочими жидкостями, значение - в среднем 154,44oC. Температура пара с неоном несколько выше - около 183,33oC, пара с кислородом - около 187,78oC, а температура чистого пара и пара с ксеноном - для обоих около 191,1oC.

В основном те же соотношения сохраняются применительно к воде в котле: через 90 мин вода с гелем имеет температуру около 93,33oC, а вода с неоном - около 101,67oC. Для всех других комбинаций - около 110oC.

Что касается давления, то были получены противоположные соотношения. Пар с гелием имел самое большое давление - около 72,2 фунт/кв.дюйм. Все другие сочетания имели приблизительно то же давление, при этом давление пара было около 69 фунт/кв.дюйм.

Кроме того, был подключен вольтметр к выходу генератора переменного тока. Его показания были: для чистого пара 12 В, для пара с гелием (He) до 18 В.

Таким образом, ясно, что при добавлении небольшого количества гелия в котел результирующее значение температуры через 90 мин прогрева относительно низкое, в то время как значение давления при этой низкой температуре относительно высокое. Как результат этого повышенного давления может быть выполнено большое количество работы при том же самом подводе энергии.

"Каталитическое" вещество может добавляться к рабочей жидкости в широком диапазоне соотношений, например, от 0,1 до 50 мас.%. Чем ближе молекулярная масса рабочей жидкости к молекулярной массе каталитического вещества, тем большее количество "каталитического" вещества потребуется. Если в качестве рабочей жидкости применяется вода, для добавок предпочтительно выбирать H2 или He, 3 - 9 мас.%.

Как водород, так и гелий увеличивают реальную энтальпию рабочей жидкости, значение коэффициента сжимаемости, увеличивают расширение, что позволяет выполнить больше механической работы. В добавление к этому оказалось, что гелий практически понижает температуру в котле, уменьшая тем самым потребление топлива и загрязнение среды.

Увеличение энтальпии и коэффициента сжимаемости наиболее показательны при критических значениях температуры и давления рабочей жидкости, для воды это 374oC и 218 атм (3205 фунт/кв.дюйм). Во время работы при таких давлениях требуется специальный сосуд, такое оборудование имеется и используется, например, при генерировании электрической энергии с использованием ядерных реакторов.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ преобразования тепловой энергии в механическую, 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, по существу, молекулярную массу рабочей жидкости, подачу рабочей жидкости в парообразной фазе в устройство для преобразования энергии в механическую работу, с расширением рабочей жидкости и снижением температуры, последующее выделение газа из расширенной и охлажденной рабочей жидкости, циклическое возвращение расширенной и охлажденной жидкости в жидкой фазе и выделенного газа в резервуар, отличающийся тем, что сообщение тепловой энергии рабочей жидкости с добавлением в последнюю газа, молекулярная масса которого не превышает молекулярную массу рабочей жидкости, осуществляют от устройства для нагрева рабочей жидкости до приведения ее в парообразную фазу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочей жидкости используют воду.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве газа используют водород или гелий.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный газ добавляют к рабочей жидкости в количестве 0,1 - 9 мас.%.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что указанный газ добавляют в количестве 3 - 9 мас.%.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что рабочую жидкость подают к указанному устройству для преобразования энергии при температуре и давлении, близким к ее критическим значениям.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве рабочей жидкости применяют воду, нагретую в резервуаре до температуры 374oC.

8. Способ увеличения энтальпии и коэффициента сжимаемости водяного пара, включающий нагрев воды в резервуаре до получения пара, отличающийся тем, что добавляют в воду в резервуаре в количестве 0,1 - 9 мас.% водород или гелий для образования смеси газа с паром, имеющей повышенные значения энтальпии и коэффициента сжимаемости.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дополнительно используют смесь указанных газов.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что добавляют 3 - 9 мас.% гелия.

11. 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, сообщающееся через жидкость с резервуаром, устройство для охлаждения и конденсации расширенной рабочей жидкости в парообразной фазе и отделения газа от охлажденной, сконденсированной рабочей жидкости, сообщающееся с устройством для расширения, устройство для возвращения охлажденной сконденсированной рабочей жидкости в резервуар, отличающееся тем, что резервуар снабжен устройством для нагрева рабочей жидкости до приведения ее в парообразную фазу.

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что резервуар с устройством для нагрева рабочей жидкости до приведения ее в парообразную фазу выполнен в виде котла.

13. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что дополнительно содержит средства возврата отделенного газа в резервуар.

14. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что источник газа заполнен водородом или гелием.

Версия для печати
Дата публикации 13.01.2007гг


вверх