[RU]

Изобретение относится к системам генерирования и преобразования энергии и, более конкретно, к системе и способу генерирования и преобразования энергии в результате перепада давлений в рабочей среде. Раскрыта система генерирования энергии под давлением, содержащая охлаждающую подсистему, нагревающую подсистему, систему извлечения работы и гидравлический насос, расположенные в замкнутом контуре. Охлаждающую подсистему и нагревающую подсистему, соответственно, поддерживают при более низкой и более высокой температурах относительно друг друга так, что рабочая среда, циркулирующая по замкнутому контуру при помощи насоса, будет характеризоваться различными значениями давления равновесия паров в двух подсистемах. Различные соответствующие функции состояния рабочей среды приводят к двум различным уровням потенциальной энергии упругости и, следовательно, к перепаду давлений между двумя подсистемами. Система извлечения работы расположена между двумя подсистемами для преобразования потенциальной энергии упругости/перепада давлений в полезную кинетическую энергию.

(57) Реферат / Формула:

Изобретение относится к системам генерирования и преобразования энергии и, более конкретно, к системе и способу генерирования и преобразования энергии в результате перепада давлений в рабочей среде. Раскрыта система генерирования энергии под давлением, содержащая охлаждающую подсистему, нагревающую подсистему, систему извлечения работы и гидравлический насос, расположенные в замкнутом контуре. Охлаждающую подсистему и нагревающую подсистему, соответственно, поддерживают при более низкой и более высокой температурах относительно друг друга так, что рабочая среда, циркулирующая по замкнутому контуру при помощи насоса, будет характеризоваться различными значениями давления равновесия паров в двух подсистемах. Различные соответствующие функции состояния рабочей среды приводят к двум различным уровням потенциальной энергии упругости и, следовательно, к перепаду давлений между двумя подсистемами. Система извлечения работы расположена между двумя подсистемами для преобразования потенциальной энергии упругости/перепада давлений в полезную кинетическую энергию.

---

СИСТЕМА ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
ОПИСАНИЕ
Область техники
Настоящее изобретение относится к системам генерирования и преобразования энергии и, более конкретно, к системе и способу генерирования и преобразования энергии в результате перепада давлений в рабочей среде.
Уровень техники
Несмотря на попытки, направленные на снижение потребления энергии, общее потребление энергии продолжает неуклонно возрастать. В результате обеспокоенности по поводу глобального потепления, загрязнения окружающей среды, снижения доступности энергоносителей, а также в целом высокой стоимости энергии, были предприняты попытки создать экологически безвредные, возобновляемые и менее дорогостоящие источники энергии.
Несмотря на активное использование некоторых источников экологически чистой энергии, таких как энергия ветра и солнечная энергия, существуют и другие источники энергии, которые до сих пор не нашли широкого применения, такие как сбросная теплота. Например, во многих системах генерирования электроэнергии используют паровые турбины без извлечения ценной энергии из отработавшего пара. Кроме того, большинство известных систем генерирования электроэнергии являются практически осуществимыми и эффективными только при их изготовлении в очень большом масштабе.
Следовательно, существует потребность в разработке усовершенствованных способов и систем для генерирования (и преобразования) энергии, которые являются экологически безвредными, экономически эффективными, обладают высоким коэффициентом полезного действия и могут быть реализованы в различных размерах, включая небольшие системы.
Сущность изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в предоставлении усовершенствованного способа и системы для генерирования и преобразования энергии.
В настоящем документе описана система (т.е. "система генерирования энергии в результате перепада давлений", именуемая далее "системой генерирования энергии под
давлением"), характеризующаяся различными функциями состояния в "охлаждающей подсистеме" относительно "нагревающей подсистемы", что позволяет использовать свойства рабочей среды(2), состоящей из сложного вещества, как правило, органического, которое характеризуется низкой нормальной точкой кипения (также именуемой "НТК")(3), для осуществления преобразования энергии и извлечения работы. По сути, в системе генерирования энергии под давлением, когда рабочая среда хранится отдельно при различных внешних температурах(5) в двух отдельных закрытых подсистемах, каждая из которых, главным образом, состоит из контейнера для хранения, функции состояния для этих независимых термодинамических подсистем отличаются, вызывая частичное превращение в пар текучей среды при различных условиях, что соответствует двум различным (агрегатным) состояниям вещества. В каждой подсистеме указанное превращение в пар приводит к конкретным значениям давления равновесия паров текучей среды(9), которые соответствуют различным значениям внешнего давления(8), создавая перепад давлений, который используют для извлечения работы. Концепция системы генерирования энергии под давлением обусловлена несколькими основными функциональными принципами, основанными на хорошо известных физических свойствах рабочей среды. Физические свойства рабочей среды, главным образом, определяются физическими свойствами вещества, из которого указанная рабочая среда изготовлена, такими как:
1. Летучесть;
2. Коэффициент расширения;
3. Равновесие жидкость-пар;
4. Свободное расширение;
5. Конденсация;
6. Нормальная функция состояния;
7. Критическая точка.
Упомянутые выше функциональные принципы выражают количественно функции состояния, применимые в охлаждающей и нагревающей подсистемах, соответственно, которые непосредственно связанны с природой вещества рабочей среды и, среди прочего, с физическими свойствами, обусловленными ее летучестью. Они определяют значения давления равновесия паров, что создает перепад давлений между двумя подсистемами, который может быть использован для извлечения работы. Поскольку давление равновесия паров рабочей среды зависит от указанного коэффициента летучести, который изменяется нелинейно в соответствии с температурой,
в каждой подсистеме, входящей в состав системы генерирования энергии под давлением, функция состояния W = PV (давление умножить на объем) должна дополнительно учитывать взаимосвязанную внешнюю температуру. Для упрощения понимания этого документа следует отметить, что в функции состояния W = PV
PV рассматривают в качестве внутренней энергии подсистемы. Процесс превращения в пар трансформирует некоторое количество указанной внутренней энергии в другую форму, именуемую в этом документе "потенциальной энергией упругости"(Т), которую обычно измеряют в Джоулях (см. пример фреона R-410A, представленный на фиг. 5 и 6);
W рассматривают в качестве соответствующей извлекаемой работы, которую обычно измеряют в Ваттах (см. фиг. 5 и 7).
Следовательно, применение системы генерирования энергии под давлением будет представлено при помощи аппарата, который характеризуется циклом, в котором рабочая среда циркулирует в замкнутом контуре между двумя подсистемами, при этом текучая среда хранится отдельно и поддерживается, соответственно, при более низкой и более высокой внешних температурах. Поскольку в виду указанной конфигурации каждой подсистеме будут присущи различные функции состояния, что соответствует различным уровням парообразования, газообразная часть текучей среды (именуемой "насыщенным паром") будет характеризоваться различными давлениями равновесия паров, тем самым вызывая перепад давлений между охлаждающей подсистемой и нагревающей подсистемой, который используют для извлечения работы. Подобно аккумулятору, система генерирования энергии под давлением разработана в виде устройства, состоящего из двух термодинамических ячеек, что позволяет осуществить преобразование накопленной потенциальной энергии упругости в механическую энергию, благодаря чему указанная система может стать универсальным источником энергии для практического применения в промышленности и быту. Соответственно, практическое применение системы генерирования энергии под давлением (т.е. "установки генерирования энергии под давлением", вариант осуществления которой описан в отдельной заявке на выдачу патента № РСТ/СА2013/ххххх, которая ссылкой включена в настоящий документ) направленно, главным образом, на извлечение работы, при этом указанная система может быть реализована, кроме прочего, в виде промышленного объекта, такого как энергоустановка (также именуемая генераторной станцией, силовой установкой или генераторной силовой станцией), которая позволяет генерировать электроэнергию.
Главное отличие системы генерирования энергии под давлением по сравнению с другими термодинамическими системами (например, циклом Ранкина) основано на том факте, что перепад давлений не возникает в результате нагрева пара выше критической точки рабочей среды, (например, при температурах, достигающих 300°C/540°F и даже 500°C/930°F), а в результате естественного состояния вещества при двух различных состояниях фазового перехода, ниже его критической точки, при внешних температурах, как правило, достигающих приблизительно 20 - 30°С (68-86°F). Таким образом, применяемое внешнее давление находится в диапазоне от 1 до 64 бар, что меньше, чем в известных из уровня техники системах, в которых фактически происходит потребление большей части энергии парообразования рабочей среды, при этом некоторое количество энергии теряется в котле. Это позволяет системам согласно настоящему изобретению вырабатывать энергию за счет использования только возобновляемых источников энергии (например, тепловой энергии из окружающей атмосферы).
Разумеется, для достижения указанных эксплуатационных показателей процесс извлечение работы должен быть разработан, соответственно, для использования больших объемов сжатого пара, который характеризуется низким - средним давлением, а не потоков пара с высоким давлением.
Конструктивная схема установки генерирования энергии под давлением содержит, главным образом, три специальных компонента, при этом функционирование указанной установки предусматривает следующее:
• использование и/или рекуперацию тепловой энергии, находящейся в окружающей среде нагревающей подсистемы (т.е. температуры окружающей среды(6)), и ее трансформация в потенциальную энергию упругости рабочей среды (при помощи превращения в пар вещества(10)), хранимой при определенном давлении равновесия паров в компоненте, который представляет собой нагревающую подсистему, в соответствии с внешней температурой (т.е. в "установке рекуперации тепла", описанной в находящейся на рассмотрении заявке на выдачу патента № РСТ/СА2013/ххххх, раскрытие которой ссылкой включено в настоящий документ);
• преобразование этой потенциальной энергии упругости в механическую энергию, т.е. извлечение работы, выполняемое в компоненте (т.е. в "установке извлечения работы", описанной в находящейся на рассмотрении заявке на выдачу патента № РСТ/СА2013/ххххх, раскрытие которой ссылкой включено в настоящий документ), который установлен между нагревающей подсистемой и охлаждающей подсистемой и
использует перепад давлений, возникающий в результате различных давлений равновесия паров вещества, имеющих место в указанных подсистемах; • рекуперацию этого пара в компоненте (т.е. в "установке рекуперации пара", описанной в находящейся на рассмотрении заявке на выдачу патента № РСТ/СА2013/ххххх, раскрытие которой ссылкой включено в настоящий документ), представляющем собой охлаждающую подсистему, где более низкая внешняя температура, которая соответствует более низкому внешнему давлению, дает в результате отличающееся давление равновесия паров, что обеспечивает конденсацию вещества(11).
Множество способов изготовления этих трех компонентов будут очевидны для специалистов в данной области техники, при этом они могут привести к появлению различных конфигураций или физических вариантов осуществления, что способствует развитию этой технологии без отступления от основной концепции настоящего изобретения.
Другие системы, способы, признаки и преимущества настоящего изобретения будут или станут очевидными специалисту в данной области техники при рассмотрении прилагаемых фигур и представленного ниже подробного описания настоящего изобретения. Предполагается, что все такие дополнительные системы, способы, признаки и преимущества включены в настоящее описание, попадают в объем настоящего изобретения и защищены прилагаемой формулой изобретения.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение станет более понятным при прочтении представленного ниже
подробного описания, которое выполнено со ссылками на фигуры, где:
на фиг. 1 представлена концептуальная схема системы генерирования энергии под
давлением согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2 представлена схема работы системы генерирования энергии под давлением
согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 3 представлен график зависимости давления от температуры представленных в качестве примера рабочих сред согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 4 представлена таблица зависимости давления от температуры представленных в качестве примера рабочих сред согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 5 представлена таблица функции состояния для холодильного агента (R-410A), используемого в качестве рабочей среды согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 6 представлен график потенциальной энергии упругости для холодильного агента (R-410A), используемого в качестве рабочей среды согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 7 представлен график извлекаемой работы для холодильного агента (R-410A), используемого в качестве рабочей среды согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 8 представлена структурная схема одного варианта осуществления, представленного в качестве примера, системы генерирования энергии под давлением.
Подробное описание изобретения Вещество рабочей среды
¦ Факторы внешней температуры и внешнего давления
Как следует из вышесказанного, система генерирования энергии под давлением в основном основана на использовании следующих трех процессов:
парообразование;
извлечение работы;
превращение в жидкое состояние. Все перечисленное следует из значений внешней температуры и внешнего давления, имеющих место в охлаждающей и нагревающей подсистемах. Таким образом, концептуальная модель системы генерирования энергии под давлением учитывает, прежде всего, рабочие состояния каждого процесса и ограничения, которые они представляют:
внешняя температура, пригодная для использования в нагревающей подсистеме, которая обычно должна соответствовать температуре окружающей среды и должна способствовать отказу от использования какой-либо формы внешнего нагрева, для которого необходима дополнительная энергия;
результирующее внешнее давление в нагревающей подсистеме, которое должно быть достаточным для создания достаточной потенциальной энергии упругости;
температура окружающей среды, которую можно использовать для того, чтобы обеспечить путем нагревания наилучший диапазон значений внешней температуры внутри нагревающей подсистемы для генерирования наиболее эффективных количеств
потенциальной энергии упругости (например, от 0°С до 55°С при использовании R-41 OA, см. фиг. 6 и 7), тем самым улучшая эксплуатационные характеристики системы генерирования энергии под давлением; и
внешнее давление, поддерживаемое в охлаждающей подсистеме, которое представляет возможный перепад давлений, а также, соответственно, внешнюю температуру для использования в процессе рекуперации пара и превращения указанного пара в жидкость посредством свободного расширения и конденсации. Кроме того, при разработке концептуальной модели системы генерирования энергии под давлением необходимо учитывать вещество рабочей среды, при этом его НТК и исходные значения приводят к различным функциям состояния системы. Например:
эквивалент объема жидкости/газа (коэффициент расширения) рабочей среды в нагревающей и охлаждающей подсистемах, который определяет объемы текучей среды, которые должны циркулировать в системе для обеспечения достаточного преобразования энергии (извлечения работы); и
равновесное давление пара, которое может использоваться как в охлаждающей подсистеме, так и в нагревающей подсистеме.
Следовательно, эти факторы также учитывают вещество, из которого состоит рабочая среда, что изложено ниже в настоящем документе. ¦ Выбор вещества
Поскольку рабочая среда только частично заполняет нагревающую и охлаждающую подсистемы, различные функции состояния в каждой указанной подсистеме естественно приводят к различному давлению равновесия паров вещества, при этом каждый сжатый пар находится в конкретном термодинамическом равновесии с его жидкой фазой, тем самым обеспечивая присутствие двух агрегатных состояний вещества: газа и жидкости.
В охлаждающей подсистеме: температура кипения рабочей среды, соответствующая рабочей внешней температуре в охлаждающей подсистеме, определяет исходный уровень системы генерирования энергии под давлением ("нормальную функцию состояния" системы). Предпочтительно, рабочая внешняя температура в охлаждающей подсистеме должна быть максимально близкой к НТК вещества, так как это обеспечивает более высокий перепад давлений относительно нагревающей подсистемы и, по сути, большее количество извлекаемой работы.
В нагревающей подсистеме: окружающие условия нагревания определяют рабочую внешнюю температуру нагревающей подсистемы и, следовательно, ее рабочее внешнее давление. Для лучшей производительности системы генерирования энергии под
давлением, рабочая внешняя температура нагревающей подсистемы должна быть максимально приближена к критической точке вещества.
В процессе извлечения работы: результирующий перепад давлений между нагревающей подсистемой и охлаждающей подсистемой, следовательно, выражает количественно величину пригодной для эксплуатации потенциальной энергии упругости и определяет полезную энергетическую эффективность системы генерирования энергии под давлением.
Тем не менее, каждое вещество, которое может быть выбрано для использования в качестве рабочей среды в системе генерирования энергии под давлением, представляет
(14)
различные критерии состояния вещества в зависимости от присущей ему закономерности изменения давления от температуры. В настоящем документе представлен пример таблицы зависимости давления от температуры (см. фиг. 4), в которой представлены данные для некоторых рабочих сред, которые могут быть использованы в системе генерирования энергии под давлением, включая значения внешней температуры и соответствующие значения внешнего давления, при которых может функционировать система генерирования энергии под давлением. Таким образом, выбор вещества является первоначальным и должен быть выполнен в соответствии с рабочими состояниями внешней температуры, которая может поддерживаться в охлаждающей и нагревающей подсистемах.
В качестве примеров, большинство ссылок в этом документе, как правило, основаны на использовании R-410A в качестве рабочей среды и моделях, в которых значения температуры окружающей среды нагревающей подсистемы варьируют таким образом, чтобы поддерживать внешнюю температуру в нагревающей подсистеме в пределах ISMC, и в которых охлаждающую подсистему поддерживают при значениях внешней температуры, составляющих от -40°С (-40°F) до -30°С (-22°F). Физические свойства рабочей среды
Как отмечено выше, функционирование системы генерирования энергии под давлением обусловлено различием между состояниями вещества рабочей среды в охлаждающей подсистеме и нагревающей подсистеме, функции состояний которых зависят, кроме прочего, от летучести и коэффициента расширения рабочей среды, а также от ее нормальной точки кипения и критической точки:
¦ Летучесть
Состояние вещества рабочей среды в основном определяется стремлением вещества испаряться, что известно как летучесть(13), при этом летучесть непосредственно связана с давлением равновесия паров вещества.
При данной температуре функция состояния системы определяет давление равновесия паров текучей среды или сложного вещества, хранящегося в заранее определенном объеме, при котором ее или его газообразная фаза(12) ("пар") находится в равновесии с ее или его жидкой фазой.
Сравнивая две термодинамические системы, рассматриваемые в качестве независимых закрытых подсистем, в которых хранимая рабочая среда является одинаковой, но характеризуется двумя различными значениями внешней температуры (представляющими различные функция состояния), летучесть (или давление равновесия паров), которая необходима в каждой подсистеме для преодоления внешнего давления и превращения жидкости в пар, является различной.
Вещество с высоким давлением пара при нормальных значениях температуры, как правило, именуют летучим. Чем выше летучесть, тем выше давление пара жидкости при данной температуре и ниже нормальная точка кипения жидкости. Указанное свойство, как правило, представлено таблицей давления пара (см. фиг. 4, а также график на фиг. 4), в которой представлена зависимость давления пара жидких веществ от их внешней температуры.
¦ Коэффициент расширения
В нагревающей подсистеме тепловая энергия окружения передается в жидкую рабочую среду, более конкретно, при помощи теплообмена, что вызывает превращение жидкости в пар и приводит к значительному увеличению объема:
о Когда происходит вытеснение в открытое пространство при эквиваленте атмосферного давления ISMC(15), объемное расширение газовой фазы различных пригодных рабочих сред, как правило, соответствует коэффициенту расширения, который составляет приблизительно 200 - 400 относительно нормального объема их жидкой формы. Например, при условиях ISCM:
для R-410A коэффициент расширения составляет приблизительно 256, для пропана коэффициент расширения составляет приблизительно 311, и для диоксида углерода коэффициент расширения составляет приблизительно 845. о При протекании в ограниченном объеме указанный процесс приводит к повышению гидростатического напора пара, тем самым преобразовывая внутреннюю
энергию в потенциальную энергию упругости. В результате этого управляемого изменения состояния вещества (фазового перехода) только часть жидкости будет преобразована в газ, как описано выше, посредством уравновешивания давление равновесия паров рабочей среды внутри контейнера с указанной средой. В системе генерирования энергии под давлением нагревающая подсистема, как правило, содержит заранее заданный объем рабочей среды, который должен поддерживаться постоянным (при помощи насосной вакуумной системы), чтобы функции состояния системы могли быть сохранены стабильными.
Расширение рабочей среды и ее переход в газообразную фазу, обусловленный процессом парообразования, позволяют постепенно увеличивать эффективный эксплуатационный объем сжатого газа, который затем, в свой очередь, будет снижен в результате процесса извлечения работы, который преобразовывает перепад давлений в кинетическую энергию (т.е. в работу), что позволяет системе сохранять равновесие функций состояния. Концептуальная модель системы генерирования энергии под давлением также основана на равновесии жидкость-пар: ¦ Равновесие жидкость-пар
Свойство давления пара или давления равновесия паров вещества представляет давление, оказываемое паром при термодинамическом равновесии с его конденсированной фазой при заданной температуре в закрытой системе, по сути, когда рабочая среда хранится в контейнере, емкость которого больше, чем объем, который бы она занимала в жидкой фазе, но меньше, чем объем, который бы она занимала в газообразной фазе, при конкретных условиях температура/давление, существующих в указанной подсистеме. Соответственно, в контейнере происходит естественное испарение/конденсация рабочей среды до тех пор, пока не установится "насыщенное" состояние при равновесии жидкость-пар.
Давление равновесия паров является показателем скорости испарения жидкости, которая нелинейно увеличивается совместно с температурой в соответствии с уравнением Клапейрона - Клаузиуса(16). Это связано с тенденцией частиц покидать жидкость (летучестью).
В обеих подсистемах функции состояния определяют, как вещество рабочей среды нормально уравновешивает объемы сжатого пара и жидкости. Так как объем жидкой рабочей среды меньше, чем вместимость указанных подсистем, она занимает только часть их объема, при этом остальная часть заполнена паром. В обеих подсистемах рабочая среда обычно находит свое равновесие сжатый пар/жидкость. Если функция
состояния внешнего давления в подсистеме снизится, некоторое количество жидкости автоматически испарится, при этом рабочая среда найдет свое давление равновесия паров, в результате чего остальная часть объема будет заполнена сжатым паром. Если функция состояния внешнего давления в подсистеме повысится, некоторое количество сжатого пара автоматически превратится в жидкость.
В результате действия земной гравитации более тяжелая жидкая часть занимает нижнюю часть контейнера, а более легкий сжатый газ удерживается в верхней части, следовательно:
в нагревающей подсистеме сжатый газ, выходящей из верхней части, может расширяться в устройстве извлечения работы; и
в охлаждающей подсистеме жидкость может быть откачана из нижней части и повторно направлена в нагревающую подсистему. ¦ Свободное расширение
В охлаждающей подсистеме свободное расширение является необратимым процессом, в котором газ расширяется в изолированной вакуумированной камере (т.е. расширительной камере), что вызывает снижение его внешнего давления. При свободном расширении происходит изменение температуры реальных газов, при этом может произойти снижение внешнего давления в большой расширительной камере, а также снижение температуры расширенного газа (при атмосферном давлении температура газа, возможно, снизится до температуры конденсации, по сути, около НТК), что вызывает фазовый переход небольшого количества указанной среды из газообразного состояния в жидкое состояние.
При свободном расширении газ не выполняет работы, следовательно, отсутствует потребление энергии. Газ проходит через состояния без термодинамического равновесия перед достижением своего конечного состояния, что означает невозможность определения термодинамических параметров в качестве значений газа в целом. Например, внешнее давление изменяется локально от точки к точке, и объем, занимаемый газом (который состоит из частиц), не является четко определенным количеством. Это означает, что происходит естественная балансировка процесса посредством снижения внешней температуры.
Этот процесс дросселирования (кроме того, именуемый "эффектом Джоуля-Томпсона"(17)) является технически важным, поскольку он представляет собой основную первую стадию для осуществления повторного превращения в жидкое состояние газообразной рабочей среды в охлаждающей подсистеме.
¦ Конденсация
Вторая стадия для осуществления повторного превращения рабочей среды в жидкое состояние в охлаждающей подсистеме состоит из процесса конденсации. Холодный расширенный пар откачивают из расширительной камеры и направляют в конденсатор, предпочтительно, при помощи пропускания через большое количество отверстий (щелевидные отверстия/входные отверстия крышек), по сути, через группу клапанов или пористых пробок, заставляя пар протекать через жидкую рабочую среду, хранящуюся в указанном устройстве. Для осуществления этого насосу необходимо слегка увеличить внешнее давление холодного пара, при этом коэффициент сжатия соответствует менее 0,2 бара, чтобы переместить его через входные отверстия, что вызывает конденсацию пара.
Когда в указанной системе активного распыления находится некоторое количество остаточного пара, будет происходить образование небольших пузырьков, которые, при достижении поверхности находящейся в системе холодной рабочей среды, будут подвержены естественному процессу конденсации из-за низкой внешней температуры. Соответственно, вся охлаждающая подсистема может быть саморегулируемой при внешнем давлении и внешней температуре, близким к нормальной функции состояния рабочей среды.
¦ Нормальная функция состояния
В системе генерирования энергии под давлением исходным значением является нормальная точка кипения (НТК) рабочей среды, которая должна близко представлять нормальную функцию состояния в охлаждающей подсистеме. Таким образом, рабочая среда должна быть выбрана в соответствии с эксплуатационными критериями охлаждающей подсистемы. В охлаждающей подсистеме эту функцию выполняет внешняя температура, которая определяет природу выбираемого вещества, чтобы функция состояния максимально близко соответствовала НТК рабочей среды. Например:
НТК Я23/флуорила соответствует температуре, составляющей -82,1°С/-115,78 К;
НТК холодильного агента R-410A соответствует температуре, составляющей -52,2°C/-61,96°F; и
НТК R134A соответствует температуре, составляющей -26,3°C/-15,34°F.
¦ Критическая точка
Тем не менее, при выборе рабочей среды специалист должен также учитывать ее "критическую точку". Каждая пригодная рабочая среда демонстрирует определенное состояние насыщения при конкретной температуре кипения, соответствующее точной
критической точке ее фазового перехода, при которой граница фаз жидкость/газ перестает существовать и вещество присутствует только в газовой фазе. Это ограничивает максимальную температуру/максимальное давление, которые должны быть достигнуты функцией состояния нагревающей подсистемы, по сути, внешнее давление, как правило, находится в диапазоне, составляющем 32 - 64 бар, и соответствует максимальному уровню внешней температуры, поддерживаемому в указанной нагревающей подсистеме, как установлено таблицей температура/давление для материала рабочей среды. Например:
критическая точка Я23/Флуорила соответствует давлению 48,37 бара (701,55 фунтов на квадратный дюйм) при 25,6°C/78°F;
критическая точка холодильного агента R-410A соответствует давлению 49,4 бара (716,49 фунтов на квадратный дюйм) при температуре 72,5°C/162,5°F;
критическая точка R134A соответствует давлению 40,6 бара (588,85 фунтов на квадратный дюйм) при 100,9°C/213,6°F.
Предпочтительные варианты осуществления конструкции
Рассмотрим фиг. 1 и 8, концепция замкнутого контура в приведенном в качестве примера варианте осуществления системы 100 генерирования энергии под давлением предусматривает наличие охлаждающей подсистемы 105 (т.е. установки А рекуперации пара), нагревающей подсистемы 110 (т.е. установки В рекуперации тепла), процесса 115 извлечения работы (т.е. установки С извлечения работы) и перекачивающего насоса 120 (т.е. гидравлического насоса D).
Нормальная функция состояния в охлаждающей подсистеме 105 представляет исходный уровень для давления равновесия паров рабочей среды.
Некоторое количество рабочей среды постоянно находится в охлаждающей подсистеме 105, которую постоянно поддерживают при низкой внешней температуре, находящейся, как правило, в диапазоне, составляющем от -80° до -20°С, максимально близко к НТК жидкого вещества. В соответствии с функцией состояния рабочей среды при указанной внешней температуре указанное внешнее давление рабочей среды, как правило, находится в диапазоне, составляющем от 0,1 бара до 2 бар манометрического давления (т.е. давления относительно локального атмосферного давления).
В целях постоянного поддержания указанной низкой внешней температуры охлаждающая подсистема 105 предпочтительно содержит:
расширительную камеру 130, увеличивающую объемную производительность указанной охлаждающей подсистемы 105, тем самым обеспечивая свободное расширение рабочей среды в ее газовую фазу до приблизительно атмосферного давления и, тем самым, заполнения объема ее НТК. Это инициирует конденсацию пара;
вакуумную систему 135, поддерживающую внешнее давление расширительной камеры 130 при приблизительно атмосферном давлении и, тем самым, позволяющую охлаждающей подсистеме 105 сохранить условия внешней температуры при приблизительно температуре конденсации рабочей среды во время незначительного сжатия смеси жидкости и пара, вытесненной в конденсатор 140;
конденсатор 140, функционирующий в качестве накопителя, в котором происходит сжижение оставшейся части газообразной рабочей среды, тем самым позволяя рабочей среде сохранять неизменным свое равновесие жидкость-пар при внешней температуре немного выше ее НТК. Это обеспечивает конденсацию пара. Во время работы для системы 100 генерирования энергии под давлением достаточно поддерживать наименее возможное низкое внешнее давление, тем самым естественно обеспечивая достижение низкой внешней температуры просто путем охлаждения, которое обеспечивается в результате процесса свободного расширения. Когда указанная система перестает работать по какой-либо причине, для охлаждающей подсистемы 105 необходимо наличие внешнего охлаждающего устройства (не показано), чтобы поддерживать указанную низкую внешнюю температуру, тем самым сохраняя низкое внешнее давление. Если указанная система перестает работать по какой-либо причине, то температура в охлаждающей подсистеме начнет увеличиваться, что вызовет также увеличение давления в указанной подсистеме. В этом случае охлаждающей подсистеме 100 необходимо внешнее охлаждающее устройство, чтобы поддерживать указанную низкую внешнюю температуру, тем самым сохраняя низкое внешнее давление. В любом случае, по соображениям безопасности охлаждающая подсистема должна быть так сконструирована, чтобы выдерживать значения давления до 30 бар на тот случай, если указанная система остановится и будет находиться в этом состоянии в течение продолжительных периодов времени без внешнего охлаждающего устройства, или если внешнее охлаждающее устройство не будет работать по любым причинам. ¦ Нагревающая подсистема
Некоторое количество рабочей среды также постоянно находится в нагревающей подсистеме ПО, в которой ее постоянно поддерживают при более высокой внешней температуре, которая, как правило, находится в диапазоне, составляющем от -10°С до
+80°С. В зависимости от летучести рабочей среды ее внешнее давление в нагревающей подсистеме, как правило, находится в диапазоне, составляющем от 4 до 32 бар манометрического давления.
Указанную внешнюю температуру получают посредством теплообмена со средой, доступной в окрестностях (комната, контейнер, здание, установка или открытое пространство), как правило, при помощи теплообменников (т.е. испарителей) 205, которые преобразуют окружающую тепловую энергию во внутреннюю энергию рабочей среды и, в свою очередь, большую часть указанной внутренней энергии в потенциальную энергию упругости:
указанный теплообменник может быть нагрет при помощи удаленных источников энергии, включая, кроме прочего, следующую группу, состоящую из солнечного излучения; геотермального тепла; ветра; биомассы; топливных элементов; водных потоков, таких как реки, морские течения, водоносные пласты или источники подземных вод; подземного градиента температуры, например, в стволах шахт и в подвалах зданий; коммерческих или промышленных систем рекуперации тепла; теплиц; и внешней температуры атмосферы, которая непосредственно не окружает промышленные здания или которая находится в них; и
указанный теплообменник может быть дополнительно нагрет при помощи внешнего нагревателя, возможно работающего на пропане, природном газе или другом виде органического топлива.
Кроме того, следует отметить, что нагревающая подсистема ПО может собирать энергию из множества окружающих источников тепловой энергии при помощи коллекторов 210 теплоты окружающей среды и/или устройства (устройств) 215 предварительного нагрева, которые могут быть расположены на расстоянии от системы 100 генерирования энергии под давлением, что позволяет эксплуатировать систему 100 генерирования энергии под давлением в качестве гибридного рабочего процесса. ¦ Процесс извлечения работы
Процесс извлечение работы должен быть специально разработан так, чтобы воплотить устройство с переменной емкостью, такое как пневмогидравлический двигатель 305, который может преобразовывать давление во вращение вала гидравлического двигателя 310. Следовательно, указанный процесс использует и трансформирует перепад давлений между охлаждающей подсистемой 105 и нагревающей подсистемой ПО за счет эксплуатации расширения объема, возникающего в результате превращения в пар рабочей среды в нагревающей подсистеме 110, по сути, устройство 115 извлечения
работы преобразует потенциальную энергию упругости, полученную в нагревающей подсистеме, в кинетическую энергию. Следует отметить, что могут быть использованы другие устройства, такие как турбины. Рабочий процесс
Соответственно, рабочий процесс системы генерирования энергии под давлением состоит из четырех независимых элементов (см. фиг. 2):
¦ (1) Извлечение работы
Циркуляция газообразного состояния вещества рабочей среды из нагревающей подсистемы 110 через устройство 115 извлечения работы в охлаждающую подсистему 105 обеспечивает трансформацию потенциальной энергии упругости, которая вызывает разницу значений внешнего давления между нагревающей подсистемой ПО и охлаждающей подсистемой 105, в кинетическую энергию, т.е. извлечение работы. Таким образом, трансформация потенциальной энергии упругости в кинетическую энергию использует перепад давлений газообразной рабочей среды между нагревающей подсистемой 110 и охлаждающей подсистемой 105:
IA) посредством обеспечения того, что внешнее давление газообразной рабочей
среды воздействует на расширяющееся устройство под давлением (например,
устройство 205 извлечения работы, состоящее из поршня в цилиндре) посредством
нажатия на подвижную поверхность и ее перемещения;
IB) посредством выпуска газообразной рабочей среды в охлаждающую подсистему
105, где происходит ее вытеснение в результате простого свободного расширения.
¦ (2) Равновесие жидкого/газообразного состояния вещества в нагревающей подсистеме ПО
Поскольку упомянутый выше процесс изменяет давление равновесия паров в нагревающей подсистеме 110 посредством уменьшения объема сжатого пара относительно объема жидкости, функция состояния, существующая в нагревающей подсистеме ПО, автоматически вызывает равновесие состояния вещества рабочей среды посредством превращения в сжатый пар части жидкости.
Следует отметить, что общий объем рабочей среды в нагревающей подсистеме ПО уменьшается постепенно на количество вещества, используемого в процессе извлечения работы. Кроме того, в результате указанного снижения объема рабочей среды функция состояния незначительно снижает внешнее давление, что обуславливает, соответственно, более низкую внешнюю температуру.
¦ (3) Равновесие жидкого/газообразного состояния вещества в охлаждающей подсистеме
Процесс извлечения работы также изменяет давление равновесия паров в охлаждающей подсистеме 105 посредством временного увеличения объема сжатого пара относительно объема жидкости на количество вещества, вытесненного устройством 115 извлечения работы, что заставляет функцию состояния незначительно увеличить внешнее давление и приводит, соответственно, к небольшому увеличению внешней температуры. Таким образом, функция состояния, существующая в охлаждающей подсистеме 105, вызывает равновесие состояния вещества рабочей среды посредством превращения в жидкость пара, которое достигается посредством процесса конденсации, реализованного в охлаждающей подсистеме 105.
¦ (4) Повторное приведение в исходное состояние
Упомянутые выше признаки для извлечения работы вызывают изменение критериев системы, так как изменились исходные объемы рабочей среды, хранящиеся в нагревающей подсистеме 110 и охлаждающей подсистеме 105.
С целью восстановления основных условий в системе генерирования энергии под давлением и приведения в исходное состояние рабочего процесса, некоторое количество жидкой рабочей среды откачивают из охлаждающей подсистемы 105 и возвращают в нагревающую подсистему 110 при помощи насоса 120 (т.е. гидравлического насоса D). Рабочие состояния
¦ Перепад давлений
Как видно из вышеизложенного, концепция системы 100 генерирования энергии под давлением задумана и разработана так, чтобы использовать в основной охлаждающей подсистеме 105 нормальную функцию состояния, благодаря чему рабочая среда имеет нормальную точку кипения намного ниже температуры "ISMC"(15) (предпочтительно, но необязательно, ниже -20°С), что соответствует внешнему давлению около атмосферного, и возможно повторное превращение в жидкость.
Затем, циркуляция жидкого вещества в замкнутом контуре по системе 100 генерирования энергии под давлением из указанной охлаждающей подсистемы 105 через вспомогательную нагревающую подсистему 110, в которой внешняя температура поддерживается при приблизительно температуре "ISMC", заставляет функцию состояния естественным образом изменять летучесть рабочей среды, тем самым балансируя ее потенциальную энергию упругости и ее давление равновесия паров с повышением ее внешнего давления на несколько бар, что генерирует между
нагревающей подсистемой 110 и охлаждающей подсистемой 105 перепад давлений, достаточный для применения в извлечении работы.
¦ Полезная энергия
Благодаря коэффициенту объемного расширения рабочей среды, который зависит от вещества, используемого в качестве рабочей среды, и который увеличивает приблизительно в 200 - 400 раз или более объем указанной среды при ее испарении в нагревающей подсистеме ПО, общая сила давления, оказывая паром при вытеснении указанного пара в устройство 205 извлечения работы, будет приблизительно в 200 - 400 раз больше общей силы давления, необходимой для обратной закачки меньшего объема жидкой рабочей среды из охлаждающей подсистемы 105. Таким образом, это позволяет системе 100 генерирования энергии под давлением вырабатывать большее количество полезной энергии, чем необходимо для циркуляции рабочей среды обратно из охлаждающей подсистемы 105 в нагревающую подсистему 110.
Более того, поскольку окружающую тепловую энергию можно рассматривать в качестве бесконечной и свободной энергии, полезная энергия, которая образуется в результате трансформации указанной тепловой энергии в потенциальную энергию упругости рабочей среды, становится лишь вопросом размеров, присущих варианту осуществления нагревающей подсистемы 110 для обеспечения достаточного теплообмена.
¦ Внешняя энергия
Рабочий процесс системы 100 генерирования энергии под давлением показывает, что извлечение работы изменяет рабочие состояния охлаждающей подсистемы 105 и нагревающей подсистемы ПО:
- в нагревающей подсистеме 110 внешняя температура снижается, кроме тех случаев, когда она не будет повторно нагрета.
- в охлаждающей подсистеме 105 внешняя температура увеличивается, кроме тех случаев, когда она не будет поддерживаться.
Таким образом, внешняя энергия (т.е. окружающая тепловая энергия и работа сжатия) может быть необходима для повторного уравновешивания системы 100 генерирования энергии под давлением до ее основных условий, тем самым определяя природу и размеры, которые будут присущи компонентам системы 100 генерирования энергии под давлением.
По сути, рабочие состояния представляют коэффициент эффективности системы 100 генерирования энергии под давлением, который может быть вычислен посредством количественного определения различных энергий, включенных в данный процесс, и их
последующие трансформации, т.е. при помощи анализа баланса энергии по всей цепи системы:
¦ Баланс энергии
Рассмотрим пример на основе 1 кг рабочей среды R-410A (см. фиг. 5):
1. Парообразование
Охлажденная жидкая рабочая среда, поступающая из охлаждающей подсистемы 105 (например, при внешней температуре -30°C/-22°F), должна быть нагрета (например, посредством теплообмена, который преобразовывает окружающую тепловую энергию во внутреннюю энергию рабочей среды) до рабочей внешней температуры нагревающей подсистемы ПО (например, 20°C/68°F).
Процесс парообразования преобразовывает некоторое количество внутренней энергии в потенциальную энергию упругости. А именно, чтобы стать насыщенным паром, т.е. 17,6 л (62,15 фут3) при 20°С и 14,4 бар, 1 кг жидкой рабочей среды представляет трансформацию 25,3 кДж внутренней энергии в потенциальную энергию упругости, тем самым создавая перепад давлений.
2. Извлечение работы
Указанный перепад давлений позволяет осуществить извлечение работы. Если внешнее давление в охлаждающей подсистеме поддерживается при -30°С, перепад давлений составляет 11,7 бар [14,4 бар - 2,7 бар] и 17,6 л сжатого пара соответствуют полезному количеству работы, которое равно 20,57 кВт [11,7 бар х 17,6 л].
3. Конденсация
Когда сжатый пар вытесняют из процесса извлечения работы (например, 17,6 л), процесс свободного расширения, который не требует выполнения какой-либо работы, вызывает расширение объема (например, 94,2 л / 3,33 фут3 насыщенного пара при 2,7 бар), тем самым вызывая естественное снижение внешней температуры до температуры конденсации (например, до температуры около -30°С, которую поддерживают в охлаждающей подсистеме). Следует отметить, что существует очень незначительная разница между температурой кипения и температурой конденсации. В ходе второй стадии процесса конденсации необходимо выполнить работу для сжатия пара (например, 0,2 бара, что равняется 1,9 кВт [94,2 л х 0,2 бар]), что позволяет осуществить преобразование всего пара в жидкость. Это приводит к очень незначительному увеличению внешней температуры рабочей среды, хранимой в контейнере конденсатора, например, увеличению приблизительно на 0,2°С по сравнению с внешней температурой в расширительной камере.
4. Повторное приведение в исходное состояние
В охлаждающей подсистеме 105 процесс конденсации приводит к значительному снижению объема газообразной рабочей среды при восстановлении в жидкость, при этом объем уменьшается в приблизительно 200 - 400 раз по сравнению с объемом газообразной среды (например, при внешней температуре -30°С и внешнем давлении 2,7 бара 1 кг R-410A, занимающий 94,2 л/3,33 фут3 в газообразном состоянии, находится в жидком состоянии и занимает только приблизительно 0,774 литра).
Соответственно, для нагнетания этой жидкости обратно в нагревающую подсистему 110, в которой внешнее давление является более высоким, необходимая внешняя энергия является значительно более низкой, чем извлеченная работа. При внешнем давлении 2,7 бара в охлаждающей подсистеме 105 и внешнем давлении 14,4 бара в нагревающей подсистеме 110 работа, которую необходимо выполнить, может составлять 0,906 кВт [11,7 барах 0,774 л].
Примеры
В системе циркулирует 1 кг (2,2 фунта) жидкого холодильного агента R-410A (см. фиг.
5, 6 и 7):
¦ в охлаждающей подсистеме = -40°C/-40°F
внешнее давление поддерживают равным 1,76 бара (1 бар =100 кПа или килопаскаль = 14,5 psi или фунтов на квадратный дюйм):
о при указанном внешнем давлении процесс свободного расширения обуславливает естественное охлаждение рабочей среды, тем самым обеспечивая сохранение давления равновесия паров вещества при внешней температуре -40°C/-40°F;
о указанная жидкость в форме сжатого пара соответствует объему 141,9 л (5,01 фут3);
а) в нагревающей подсистеме = 20°C/68°F внешнюю температуру поддерживают равной 20°C/68°F:
¦ при указанной внешней температуре функция состояния рабочей среды обуславливает соответствие давления равновесия паров вещества внешнему давлению 14,43 бара;
¦ указанная жидкость в форме сжатого пара соответствует объему 17,6 л (0,62 фут3);
¦ функция состояния PV в нагревающей подсистеме представляет потенциальную энергию упругости, которая эквивалентна:
17,6 л х 14,43 бара = 25,4 кДж;
¦ две подсистемы характеризуются перепадом давлений, составляющим 12,67 бара, что может быть использовано для извлечения работы из 17,6 л сжатого пара:
17,6 л х 12,67 бара = 22,23 кВт, что предоставляет для системы генерирования энергии под давлением возможный коэффициент эффективности 87,5% (без механических потерь); Ь) в нагревающей подсистеме = 30°C/86°F внешнюю температуру поддерживают равной 30°C/86°F:
¦ внешнее давление составляет 18,83 бара;
¦ сжатый пар характеризуется объемом 13,1 л (0,46 фут3);
¦ потенциальная энергия упругости эквивалентна:
13,1 л х 18,83 бара = 24,7 кДж;
¦ перепад давлений составляет 17,07 бара и извлекаемая работа из 13,1 л сжатого пара равна:
13,1 л х 17,07 бара = 22,28 кВт,
что предоставляет для системы генерирования энергии под давлением возможный коэффициент эффективности 90,2% (без механических потерь);
¦ В охлаждающей подсистеме = -30°C/-22°F внешнее давление поддерживают равным 2,7 бара:
о при указанном внешнем давлении подсистема входит в состояние равновесия при внешней температуре -30°C/-22°F;
о указанная жидкость в форме сжатого пара соответствует объему 94,2 л (3,33 фут3);
а) В нагревающей подсистеме = 20°C/68°F внешнюю температуру поддерживают равной 20°C/68°F:
¦ внешнее давление составляет 14,43 бара;
¦ сжатый пар характеризуется объемом 17,6 л (0,62 фут3);
¦ потенциальная энергия упругости эквивалентна:
17,6 L х 14,43 бара = 25,4 кДж;
¦ перепад давлений составляет 11,73 бара и извлекаемая работа из 17,6 л сжатого пара равна:
17,6 л х 11,73 бара = 20,57 кВт,
что предоставляет для системы генерирования энергии под давлением возможный коэффициент эффективности 81% (без механических потерь);
b) В нагревающей подсистеме = 30°C/86°F внешнюю температуру поддерживают равной 30°C/86°F:
¦ внешнее давление составляет 18,83 бара;
¦ сжатый пар характеризуется объемом 13,1 л (0,46 фут3);
¦ потенциальная энергия упругости эквивалентна:
13,1 л х 18,83 бара = 24,7 кДж;
¦ перепад давлений составляет 16,13 бара и извлекаемая работа из 13,1 л сжатого пара равна:
13,1 л х 16,13 бара = 21,05 кВт,
что предоставляет для системы генерирования энергии под давлением возможный коэффициент эффективности 85,2% (без механических потерь).
¦ Эффективность
Как показано на фиг. 7, система 100 генерирования энергии под давлением для каждого килограмма фреона R-410A позволяет использовать большую часть потенциальной энергии упругости, сохраненной в нагревающей подсистеме 110, для извлечения работы (т.е. для вырабатывания энергии). Тем не менее, поскольку функция состояния, существующая в нагревающей подсистеме ПО, определяет переменный максимум потенциальной энергии упругости, система 100 генерирования энергии под давлением может осуществлять извлечение работы только в пределах этих ограничений. Ниже и выше определенных значений специалист должен учитывать, что коэффициент эффективности для извлечения работы не является наиболее благоприятным, и должен осуществить соответствующую регулировку параметров посредством разработки системы таким образом, чтобы извлечь выгоду из наилучших условий, по сути, посредством использования вещества рабочей среды, которое наилучшим образом соответствует эксплуатационным критериям внешней температуры в нагревающей и охлаждающей подсистемах.
В представленном выше примере, в котором использовали R-410A, когда
температура в охлаждающей подсистеме 105 сохраняется равной приблизительно -40°С, внешняя температура в нагревающей подсистеме ПО должна составлять от 0°С до 55°С; и
температура в охлаждающей подсистеме 105 сохраняется равной приблизительно -30°С, внешняя температура в нагревающей подсистеме 110 должна составлять от 15°С до 50°С
для того, чтобы извлечь работу более 20 кВт/кг.
¦ Коэффициент эффективности
Как видно из изложенного выше в этом примере, система 100 генерирования энергии под давлением предлагает следующий баланс энергии (без вычисления возможных механических потерь) для каждого обработанного килограмма R-410A:
преобразование 25,3 кДж тепловой энергии во внутреннюю энергию, которую, в свою очередь, преобразовывают в потенциальную энергию упругости,
извлеченную работу, которая равняется 20,57 кВт, при этом о работа сжатия составляет приблизительно 1,9 кВт; о работа циркуляционного насоса эквивалентна 1,115 кВт,
что позволяет рассчитать эффективную полезную работу как приблизительно 17,55 кВт. Следовательно, баланс энергии показывает коэффициент эффективности, составляющий 69,4 %.
Заключение
Один или несколько предпочтительных в настоящее время вариантов осуществления были описаны лишь в качестве примера. Специалистам в данной области техники очевидно, что многочисленные изменения и модификации могут быть осуществлены без отступления от объема настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения.
Все ссылки, выдержки и цитаты данной ссылкой включены в настоящий документ.
Словарь терминов и данные
' Функция состояния
В термодинамике функция состояния представляет собой свойство системы, которое зависит только от текущего состояния системы, а не от пути, приведшего систему в данное состояние (независимо от пути). Функция состояния описывает состояние равновесия системы.
Функция состояния представляет собой функцию параметров системы, которая зависит только от значений параметров в конечных пунктах пути. Температура, давление, внутренняя или потенциальная энергия упругости, энтальпия и энтропия являются параметрами состояния, поскольку они описывают количественно состояния равновесия термодинамической системы независимо от того, как система пришла в это состояние.
Лучше всего представлять функции состояния в качестве величин или свойств термодинамической системы, при этом функции, которые не являются функциями состояния, представляют процесс, во время которого функции состояния изменяются. Например, в этом документе функция состояния W = PV ("PV" = произведение давления и объема) изменяется пропорционально внутренней энергии текучей среды в течение пути в системе, при этом работа "W" представляет собой количество энергии, передаваемой при осуществлении системой работы: внутренняя энергия, как и потенциальная энергия упругости, является поддающейся распознаванию и представляет собой конкретную форму энергии; работа это количество энергии, которая изменила свою форму или местоположение. ' Рабочая среда
В последующем описании и ссылках рабочая среда, как правило, изготовлена из сложных веществ, обычно органических, или холодильных агентов, которые характеризуются состоянием вещества, которое изменяется в соответствии с внешней температурой и внешним давлением, связанным с обратимыми фазовыми изменениями из газа в жидкость и обратно. Примеры:
Многие сложные вещества и холодильные агенты представляют собой смеси, состоящие из других соединений. Свойства смеси могут быть легко модифицированы посредством изменения пропорций составляющих.
Во многих странах применение холодильных агентов в качестве рабочей среды регламентировано. Традиционно, холодильным агентами являются фторуглероды, в частности, хлорфторуглероды, однако их эксплуатация была прекращена, поскольку они вызывают истощение озонового слоя. Другие широко известные холодильные агенты, которые в настоящее время используются в различных практических применениях, представляют собой азеотропоподобные смеси (например, R-410A = HFC-32/HFC-125), флуорил, аммиак, диоксид серы и негалогенированные углеводороды. Разумеется, взамен могут быть использованы другие стандартные сложные и органические вещества, такие как бутан, пропан или метан, или химические элементы, такие как азот и кислород, и соединения, такие как оксид азота и диоксид углерода, при этом могут быть разработаны новые рабочие среды со свойствами, оптимизированными для определенного сценария использования системы 100 генерирования энергии под давлением (например, для обеспечения более низких и более высоких значений внешней
температуры в охлаждающей подсистеме 105 и нагревающей подсистеме 110 при
одновременном сохранении аналогичных рабочих значений внешнего давления).
В настоящем документе представлены свойства множества подходящих рабочих сред.
' Нормальная точка кипения
Температура кипения жидкости является температурой, при которой давление пара жидкости равно внешнему давлению (т.е. давлению окружающей среды, окружающей жидкость) и жидкость преобразуется в пар.
о Нормальная точка кипения жидкости представляет собой частный случай, при котором давление пара жидкости равняется определенному атмосферному давлению на уровне моря, т.е. 1 атм. (1,013 бара). При этой температуре давление пара жидкости становится достаточным для того, чтобы преодолеть атмосферное давление и позволить пузырькам пара образовываться внутри объема жидкости (т.е. происходит парообразование).
о В системе 100 генерирования энергии под давлением внешняя температура и внешнее давление рабочей среды, определяющие температуру кипения в охлаждающей подсистеме 105, рассматриваются в качестве исходного уровня "нормальной функции состояния" системы. ' Извлечение работы
В отличие от функции состояния механическая работа и тепло представляют собой величины процесса, так как их значения зависят от определенного перехода (или пути) между двумя состояниями равновесия.
Иными словами, извлечение работы в системе под давлением соответствует негативному изменению в ее внутренней энергии, что определено изменением функции состояния системы при расширении объема: система высвобождает аккумулированную внутреннюю энергию при выполнении работы над своим окружением. В физике работа является скалярной величиной, которая может быть описана как произведение силы на расстояние, на протяжении которого она действует, и ее называют работой силы.
Поскольку согласно первому закону термодинамики энергия может быть преобразована (т.е. может перейти из одной формы в другую), изменение во внутренней энергии системы равно количеству теплоты, полученному системой (тепловой энергии), минус количество работы, выполненной системой, воздействующей на свое окружение. В системах под давлением, в которых температуру и давление поддерживают неизменными, количество полезной работы, которая может быть извлечена, определяют
функцией состояния системы в соответствии с объемом и агрегатным состоянием
вещества, которое она содержит.
' Внешняя температура
В последующем описании и ссылках под внешней температурой следует понимать температуру рабочей среды внутри окружающего ее устройства, например, температуру в контейнере, элементе оборудования или компоненте в процессе или системе. ' Температура окружающей среды
В последующем описании и ссылках под температурой окружающей среды подразумевают:
(i) текущую температуру окружающей среды вне помещения в любое конкретное время
дня или ночи или температуру, имеющую место в водном потоке, таком как моря, озера,
реки, морские глубинные течения, водоносные пласты или источники подземных вод, и
(ii) комнатную температуру внутри помещения (обычно именуемую просто "комнатной
температурой"), включая, кроме прочего:
температуру внутри зданий или структуры, например, внутри офисного здания, многоквартирного комплекса или дома, которые могут характеризоваться наличием системы управления температурой;
температуру внутри производственных или промышленных объектов, включая объекты, внутри которых температура будет повышенной из-за теплоты, генерируемой выполняемыми операциями, например, предприятия литейной промышленности, обрабатывающей промышленности, целлюлозно-бумажной промышленности, текстильной промышленности, предприятия общественного питания и хлебозаводы, или прачечные и предприятия химической чистки;
температуру на конкретных глубинах в стволах шахт, в которых могут проходить активные операции по добыче полезных ископаемых;
температуру в теплице, ангаре или другом комплексе, специально построенном
для размещения оборудования.
' Формы энергии
тепловая энергия отличается от теплоты. В своем строгом использовании в физике теплота является только характеристикой процесса, т.е. она поглощается или вырабатывается при обмене энергией, но она не является статическим свойством вещества. Вещество не содержит теплоту, а содержит тепловую энергию. Теплота представляет собой тепловую энергию в процессе передачи или преобразования через границу одной области вещества в другую.
внутренняя энергия в термодинамике является полной энергией, содержащейся в термодинамической системе. Она представляет собой энергию, необходимую для создания системы, но не включает энергию для перемещения окружения системы, любую энергию, связанную в целом с движением, или энергию, связанную с внешними силовыми полями. Внутренняя энергия содержит две главных составляющих, кинетическую энергию и потенциальную энергию. Внутренняя энергия системы может быть изменена при помощи нагревания системы или выполнения работы над системой; согласно первому закону термодинамики увеличение внутренней энергии равно полному количеству теплоты, добавленному в систему, и работе, выполненной окружением. Если система изолирована от окружения, то ее внутренняя энергия не может быть изменена.
кинетическая энергия объекта или вещества является частью механической энергии, которая присуща ему из-за его движения. Она определяется как работа, необходимая для ускорения тела данной массы из состояния покоя до установленной скорости. После получения этой энергии во время ускорения, тело сохраняет эту кинетическую энергия до тех пор, пока его скорость не изменится. Аналогичный объем работы выполняется телом при замедлении от его текущего значения скорости до состояния покоя.
Скорость и, следовательно, кинетическая энергия вещества зависит от системы координат (т.е. является относительной): она может принять любое неотрицательное значение посредством выбора подходящей инерциальной системы отсчета.
потенциальная энергия представляет собой энергию, хранящуюся в материале, в теле или в системе благодаря их агрегатному состоянию, их положению в силовом поле или их конфигурации. Существуют различные типы потенциальной энергии, каждый из которых связан с конкретным типом силы. Более конкретно, любая консервативная сила приводит к потенциальной энергии. Например, работу силы упругости называют потенциальной энергией упругости.
энергия упругости рассматривается, как правило, как потенциальная механическая энергия, хранящаяся в системе (в соответствии с ее функцией состояния) или материале, который входит в состав физической системы, в качестве работы в результате деформации ее объема или формы. Концепция энергии упругости не ограничивается формальной теорией упругости, которая в основном развивает аналитическое понимание механики твердых тел и материалов.
Сущность упругости заключается в обратимости. Силы, прикладываемые к упругому материалу, передают энергию в материал, который, при отдаче указанной энергии своему окружению, может восстановить свою первоначальную форму или объем. Хотя упругость связана чаще всего с механикой твердых тел или материалов, даже в ранней литературе по классической термодинамике дают определение и используют "упругость текучей среды" путем, совместимым с широким определением, представленным выше в настоящем документе:
¦ Потенциальная энергия упругости в сжимаемых и находящихся под давлением газах и жидкостях
Настоящее изобретение основано на указанной "упругости текучей среды" путем, совместимым с преобразованием ее потенциальной энергии упругости в работу:
поведение текучей среды в системе, в которой ее внешнее давление/температура представляют ее потенциальную энергию упругости, подразумевает, что фазовый переход текучей среды из ее жидкого состояния (также называемого в настоящем документе "жидкостью") в ее газообразное состояние (также называемое в настоящем документе "паром" или "газом") и обратно модифицирует функцию состояния системы.
Противопоставление двух различных состояний вещества материала в двух отдельных системах (например, которым присущи различные функции состояний с индивидуальными отношениями внешняя температура/давление) посредством связывания их друг с другом создает перепад давлений, который обеспечивает преобразование энергии (т.е. выполнение работы) при помощи воздействия на расширяющееся устройство под давлением (например, состоящее из поршня в цилиндре), аналогично системе, в которой используют механически сжатый газ для приведения в действие двигателя и, тем самым, преобразования его потенциальной энергии упругости в кинетическую энергию. ' Внешнее давление
В последующем описании и ссылках под внешним давлением системы подразумевают давление рабочей среды, воздействующее на ее ближайшее окружение, которое может представлять собой контейнер, определенное устройство, элемент оборудования или компонент в процессе или системе.
Внешнее давление изменяется в прямой зависимости от внешней температуры рабочей среды и соответствует потенциальной энергии упругости, которая присуща веществу при конкретных состояниях вещества давления равновесия паров, как определено характеристиками фазового перехода вещества.
(9) Давление равновесия паров
Давление равновесия паров представляет собой внешнее давление, прикладываемое паром в термодинамическом равновесии с его конденсированными фазами (твердыми или жидкими) при данной температуре в замкнутой системе. Давление равновесия паров является показателем скорости парообразования жидкости. Оно относится к тенденции частиц покидать жидкость (или твердое вещество). Вещество с высоким давлением пара при нормальных температурах, как правило, называют летучим.
Давление пара любого вещества повышается нелинейно совместно с температурой в соответствии с уравнением Клапейрона - Клаузиуса. Температура кипения при атмосферном давлении жидкости (также известная как нормальная точка кипения) представляет собой температуру, при которой давление пара равно давлению окружающей атмосферы. При любом инкрементном увеличении указанной температуры давление пара становится достаточным для преодоления атмосферного давления и поднятия жидкости для образования пузырьков пара внутри объема вещества. Для образования пузырьков внутри жидкости необходимо более высокое давление и, следовательно, более высокая температура, поскольку давление жидкости становится выше атмосферного давления с увеличением глубины.
(10) Парообразование
Превращение в пар элемента или соединения представляет собой фазовый переход от жидкой фазы в газообразную фазу. Существует два типа парообразования: испарение и кипение. Однако, в системе 100 генерирования энергии под давлением, главным образом, испарение рассматривают в качестве фазового перехода от жидкой фазы в газообразную фазу, который происходит при значениях температуры ниже температуры кипения при данном давлении. Испарение, как правило, происходит на поверхности.
Превращение в жидкое состояние Под превращением в жидкое состояние следует понимать превращение в жидкое состояние газов, т.е. процесс конденсации газа в жидкость. В системе 100 генерирования энергии под давлением превращение в жидкое состояние соответствует переходу из газовой фазы в жидкую фазу рабочей среды при помощи конденсации, как правило, при помощи охлаждения, объединенного с осуществлением небольшого сжатия.
(12) Фазы
В целом, вещество может существовать в нескольких различных формах или агрегатных состояниях, известных как фазы, в зависимости от внешнего давления, температуры и объема. Фаза представляет собой форму вещества с относительно однообразными
химическим составом и физическими свойствами (такими как плотность, удельная теплоемкость, рефракционный индекс, давление и т.п.), которые в конкретной системе определяют ее функцию состояния.
Фазы иногда называют состояниями вещества, но использование этого термина может привести к путанице с термином термодинамическое состояние. Например, два газа, поддерживаемые при различных давлениях, находятся в различных термодинамических состояниях (разница давлений), но в одинаковой фазе (оба являются газами). Состояние или фаза данного соединения могут измениться в зависимости от условий внешнего давления и внешней температуры, что определено их особыми условиями функции состояния, переходя к другим фазам, если эти условия изменяются, чтобы способствовать их существованию. Например, жидкость переходит в газ с повышением температуры. ' Летучесть
Летучесть является тенденцией вещества испаряться. Летучесть непосредственно
связана с давлением пара вещества. При заданной температуре испарение вещества с
более высоким давлением пара происходит быстрее, чем испарение вещества с более
низким давлением пара, следовательно, чем выше давление пара жидкости при заданной
температуре, тем выше летучесть и ниже нормальная точка кипения жидкости.
' Состояние вещества
Состояния вещества являются отличными формами, которые принимают различные фазы вещества. Твердое вещество, жидкость и газ представляют собой наиболее распространенные состояния вещества.
Состояния вещества также могут быть определены в отношении фазовых переходов. Фазовый переход указывает на изменение в структуре и может быть распознан скачкообразным изменением в свойствах. По этому определению отличное состояние вещества представляет собой любую совокупность состояний, отличающуюся от любой другой совокупности состояний фазовым переходом.
Состояние или фаза данного соединения может изменяться в зависимости от функции состояния системы (условий внешнего давления и внешней температуры), переходя к другим фазам, если эти условия изменяются, чтобы способствовать их существованию; например, жидкость переходит в газ и обратно при повышении/снижении внешней температуры или внешнего давления.
Различия между состояниями основаны на отличиях в межмолекулярном взаимодействии: жидкость - состояние, в котором межмолекулярное притяжение
удерживает молекулы на близком расстоянии, но молекулы фиксировано не связаны
друг с другом, что позволяет жидкости принимать форму контейнера, в котором она
расположена, с сохранением (почти) постоянного объема независимо от давления; газ -
состояние, в котором его молекулы взаимодействуют слабо и движутся хаотически, а
межмолекулярные притяжения имеют относительно небольшое влияние на их
относительные перемещения, при этом газ не имеет определенной формы или объема, но
занимает весь объем устройства под давлением, в котором он находится, путем
снижения/увеличения его внешнего давления/температуры.
' ISMC = ISO 13443:
Нормальными условиями "ISMC" (согласно международной измерительной системе
"ISMC") для температуры, давления и влажности (состояния насыщения),
используемыми для измерений и вычислений, проводимых в отношении натуральных
газов, заменителей натуральных газов и аналогичных текучих сред в газообразном
состоянии, являются 288,15 К (15°С) и 101,325 кПа (1 атм.).
' Уравнение Клапейрона - Клаузиуса:
Названное в честь Рудольфа Клаузиус и Бенуа Поля Эмиля Клапейрона уравнение является способом охарактеризовать непрерывный фазовый переход между двумя фазами одного вещества. На графике давление-температура (Р-Т) линия, разделяющая две фазы, известна как кривая сосуществующих фаз. Уравнение Клапейрона - Клаузиуса дает наклон касательных прямых к этой кривой. Математически это выражается следующим образом:
dP _ L dT ~ TAv'
где - наклон касательной к кривой сосуществующих фаз в любой точке; L -
удельная теплота фазового перехода; Т - температура; и Av - изменение удельного
объема при фазовом переходе.
' Эффект ДЖОУЛЯ - Томсона
В термодинамике эффект Джоуля - Томсона (также известный как эффект Джоуля - Кельвина, эффект Кельвина - Джоуля или расширение Джоуля - Томпсона), при котором газы подвергаются свободному расширению в вакууме, описывает изменение температуры газа или жидкости, когда его или ее нагнетают через клапан или пористую пробку с обеспечением изоляции так, чтобы отсутствовал теплообмен с окружающей средой. Эту процедуру называют процессом дросселирования или процессом Джоуля -
Томпсона. При комнатной температуре все газы, за исключением водорода, гелия и неона, охлаждаются при расширении посредством процесса Джоуля - Томпсона.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Система генерирования энергии под давлением, содержащая:
охлаждающую подсистему;
нагревающую подсистему; систему извлечения работы; и гидравлический насос; причем
указанная охлаждающая подсистема, указанная нагревающая подсистема, указанная система извлечения работы и указанный гидравлический насос расположены в замкнутом контуре;
указанная охлаждающая подсистема и указанная нагревающая подсистема поддерживаются, соответственно, при более низкой и более высокой температурах относительно друг друга;
рабочую среду, циркулирующую циклически в указанном замкнутом контуре между указанной охлаждающей подсистемой и нагревающей подсистемой, причем указанная рабочая среда характеризуется различными значениями давления равновесия паров в указанной охлаждающей подсистеме и указанной нагревающей подсистеме в соответствии с соответствующими функциями состояния, которые предоставляют два различных уровня потенциальной энергии упругости, что вызывает перепад давлений между указанной охлаждающей подсистемой и указанной нагревающей подсистемой; при этом
указанная система извлечения работы расположена между выпуском из указанной нагревающей подсистемы и впуском в указанную охлаждающую подсистему и выполнена с возможностью преобразования указанной потенциальной энергии упругости/перепада давлений в кинетическую энергию; и
указанный гидравлический насос расположен между выпуском из указанной охлаждающей подсистемы и впуском в указанную нагревающую подсистему и выполнен с возможностью осуществления циркуляции жидкой рабочей среды из охлаждающей подсистемы в нагревающую подсистему.
2. Система генерирования энергии под давлением по п. 1, в которой температура
указанной рабочей среды в нагревающей подсистеме является более высокой, чем в
охлаждающей подсистеме, причем перепад температур между охлаждающей и
нагревающей подсистемами является достаточным для определения двух различных
функций состояния, причем соотношение давления равновесия паров рабочей среды в
нагревающей подсистеме и давления равновесия паров рабочей среды в охлаждающей подсистеме обуславливает пригодный для эксплуатации перепад давлений, который позволяет осуществить извлечение работы.
3. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 и 2, в которой вещество (или соединение) указанной рабочей среды позволяет изменять присущее ему состояние вещества посредством двухстороннего фазового перехода от газа к жидкости и обратно.
4. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 3, в которой указанная охлаждающая подсистема вызывает превращение в жидкость большей части рабочей среды.
5. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 4, в которой указанная охлаждающая подсистема содержит сосуд под давлением.
6. Система генерирования энергии под давлением по п. 5, в которой указанный сосуд под давлением увеличивает объем указанной охлаждающей подсистемы, обеспечивая свободное расширение газовой формы рабочей среды до приблизительно атмосферного давления.
7. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 6, в которой указанная охлаждающая подсистема содержит расширительную камеру.
8. Система генерирования энергии под давлением по п. 7, в которой указанная охлаждающая подсистема содержит конденсатор, в котором происходит превращение в жидкость части газообразной рабочей среды, что позволяет указанной рабочей среде поддерживать постоянным свое равновесие жидкость-пар при внешней температуре немного выше ее НТК.
9. Система генерирования энергии под давлением по п. 8, в которой указанный конденсатор охлаждающей подсистемы содержит сосуд под давлением, функционирующий в качестве контейнера для хранения.
10. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 9, в которой указанная охлаждающая подсистема является изолированной.
11. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 10, в которой указанная охлаждающая подсистема содержит систему активного распыления.
12. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 8 - 11, в которой указанная охлаждающая подсистема содержит насосную/вакуумную систему для перемещения указанной рабочей среды из указанной расширительной камеры в указанный конденсатор.
13. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 12, в которой указанная рабочая среда хранится в охлаждающей системе при температуре, незначительно превышающей ее НТК.
14. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 13, в которой дополнительно содержит насос для передачи указанной рабочей среды в жидком состоянии от выхода из указанной охлаждающей подсистемы к входу в указанную нагревающую подсистему.
15. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 14, в которой указанная нагревающая подсистема вызывает превращение в пар большей части рабочей среды.
16. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 15, в которой указанная нагревающая подсистема содержит сосуд под давлением, функционирующий в качестве контейнера для хранения.
17. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 16, в которой
функции состояния нагревающей и охлаждающей подсистем поддерживаются
постоянными для того, чтобы летучесть рабочей среды находилась в соответствующем
равновесии жидкость-пар, при котором газообразная фаза ("пар") находится в
равновесии с жидкой фазой, чтобы указанная рабочая среда лишь частично заполняла
указанные сосуды под давлением в жидком состоянии вещества, при этом остальная
часть каждого сосуда заполнена рабочей средой в газообразном сжатом состоянии.
18. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 17, в которой указанная нагревающая подсистема осуществляет сбор окружающей тепловой энергии для поддержания своей внешней температуры и для придания рабочей среде потенциальной энергии упругости посредством превращения в сжатый пар некоторого количества жидкой фазы рабочей среды.
19. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 18, в которой указанная нагревающая подсистема содержит один или несколько теплообменников.
20. Система генерирования энергии под давлением по п. 19, в которой нагрев указанного одного или нескольких теплообменников происходит под воздействием температуры окружающей среды.
21. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 20, в которой нагрев указанной нагревающей подсистемы происходит при помощи источников энергии, выбранных из группы, состоящей из солнечного излучения; геотермального тепла; ветра; биомассы; топливных элементов; водных потоков, таких как реки, морские
18.
течения, водоносные пласты или источники подземных вод; подземного градиента температуры, например, в стволах шахт и в подвалах зданий; коммерческих или промышленных систем рекуперации тепла; теплиц; и внешней температуры атмосферы, которая непосредственно не окружает промышленные здания или которая находится в них.
22. Система генерирования энергии под давлением по п. 19, в которой нагрев указанного одного или нескольких теплообменников происходит при помощи внешнего нагревателя, который выполнен с возможностью работы на пропане, природном газе или другом виде органического топлива.
23. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 22, в которой указанная нагревающая подсистема выполнена с возможностью сбора энергии из множества окружающих источников тепловой энергии, которые могут быть расположены на расстоянии от системы генерирования энергии под давлением, что позволяет осуществлять эксплуатацию системы генерирования энергии под давлением в качестве гибридной системы.
24. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 23, в которой указанная нагревающая подсистема поддерживается при температуре ближайшего окружения.
25. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 24, в которой указанная нагревающая подсистема поддерживается ниже критической точки для указанной рабочей среды.
26. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 25, в которой
указанная рабочая среда выбрана из группы, состоящей из органического материала,
соединения, смеси из соединений, холодильных агентов, аммиака, диоксида серы,
негалогенированных углеводородов, таких как флуорил, пропан и метан, химических
элементов, таких как азот, и соединений, таких как диоксид углерода и оксид азота.
27. Система генерирования энергии под давлением по любому из пп. 1 - 26, в которой
указанная рабочая среда характеризуется нормальной точкой кипения (НТК) заметно
ниже температуры "ISMC" (нормальные условия согласно международной метрической
системе "ISMC" для температуры, давления и влажности или состояния насыщения:
288,15°К [15°С] и 101,325 кПа [1 атм.]).
100 \
Рекуперация пара
115
Рекуперация теплоты
Извлечение * работы
Газ Хранилище холодной рабочей среды
от -80°С до -20°С от 0.1 до 2 бар
Жидкость
ю а
с а*
Газ
Хранилище теплой рабочей среды
от-10°Сдо50°С от 4 до 64 бар
Жидкость
Насос
Охлаждающая подсистема
120
Нагревающая подсистема
и а> К Я а>
-8 я
и я
-110-100 -90 -80 -70 -60 -50 40 -30 -20 -Ш 0 +10 +20 +30 +40 +50 +60 +70 +80 +90+100+110+120+130+140+150+160
Температура (°С)
Фреон R410А Трифторэтан Тетрафторэтан Изобутан Бутан
Фиг. 4. Пример рабочих сред (таблица зависимости давления от температуры)
Темп.
Давление кПа (100 кПа = 1 бар = 14.5 psi)
Флуорил
R134a
R413A
Пропан
R007C
R410A
Я417А
R404A
R507
M0SA
R403B
-48
425
-46
461
-44
512
-42
552
¦40
609
669
-36
717
105
111
-34
784
116
130
104
-32
837
127
150
118
-30
911
139
172
114
138
-28
990
152
195
114
132
105
157
-26
1051
167
219
103
133
151
123
178
-24
1137
111
182
24S
119
152
171
141
199
-22
1205
128
198
273
135
173
193
161
220
-20
1300
144
215
303
153
195
216
181
243
-18
163
234
334
171
219
240
203
267
-16
1477
114
182
253
367
191
243
265
227
295
-14
1586
130
203
274
402
211
270
292
251
320
-12
1671
147
223
297
438
233
297
320
277
348
-10
1789
101
16S
246
310
477
256
326
350
305
382
1913
118
184
269
345
518
280
357
332
334
412
2011
135
204
294
372
561
305
390
415
3S4
446
2146
153
226
319
400
607
332
424
450
396
463
2251
172
248
347
430
654
360
460
486
430
520
2398
192
272
374
461
704
389
498
525
465
560
2552
211
2S7
405
494
757
420
537
565
502
603
2672
229
323
435
529
812
452
579
608
541
644
2339
253
350
463
566
869
485
S23
652
582
689
2969
283
379
501
604
930
520
669
698
625
732
31SO
313
409
537
645
993
557
716
747
670
783
3340
342
441
573
683
1059
595
766
798
716
831
3489
372
474
612
732
1128
635
819
851
76S
886
3695
403
508
651
779
1200
676
873
906
816
942
38S6
436
544
694
828
1275
719
929
964
869
998
4031
469
582
736
380
1353
764
989
1024
920
1057
4316
507
621
782
934
1435
811
1049
1087
980
1113
4500
544
662
S28
990
1520
359
1119
1152
1040
1179
4691
584
705
878
1049
1608
910
1179
1221
1100
1244
626
750
927
1110
1701
962
1249
1291
1170
1313
66S
796
980
1175
1797
1016
1329
1365
1240
1388
Фиг. 4
Фиг. 5
1 кг жидкости
* Фазовое давление пара/жидкости (бар) ** Объем сжатого газа (дм3/кг)
Потенциальная энергия упругости (кДж)
Фиг. 6
1 кг жидкости
. Потенциальная
энергия упругости (кДж)
Извлекаемая работа -(кВт), охлаждающая подсистема при -40°С/1,8 бар
Извлекаемая работа -(кВт), охлаждающая подсистема при -30°С/2,7 бар
Фиг. 7
ОТЧЕТ О ПАТЕНТНОМ ПОИСКЕ
(статья 15(3) ЕАПК и правило 42
Номер евразийской заявки: 201492199
Дата подачи: 24 мая 2013 (24.05.2013) | Дата испрашиваемого приоритета: 24 мая 2012 (24.05.2012)
Название изобретения: Система генерирования энергии под давлением
Заявитель: БЕНН Брюс И. и др.
Некоторые пункты формулы не подлежат поиску (см. раздел I дополнительного листа)
Единство изобретения не соблюдено (см. раздел II дополнительного листа)
А. КЛАССИФИКАЦИЯ ПРЕДМЕТА ИЗОБРЕТЕНИЯ:
F01K13/00 (2006.01) F03G 7/04 (2006.01)
Согласно Международной патентной классификации (МПК) или национальной классификации и МПК
Б. ОБЛАСТЬ ПОИСКА:
Минимум просмотренной документации (система классификации и индексы МПК) F01B 17/02, F01K 13/00, 25/08, F03B 7/00, F03G 4/00, 4/06, 7/04, 7/05, 7/06
Другая проверенная документация в той мере, в какой она включена в область поиска:
В. ДОКУМЕНТЫ, СЧИТАЮЩИЕСЯ РЕЛЕВАНТНЫМИ
Категория*
Ссылки на документы с указанием, где это возможно, релевантных частей
Относится к пункту №
X Y
US 2012/0060502 А1 (JAN GARTNER et al.) 15.03.2012, формула, чертеж, [0015]-[0019]
-10, 12-15, 17-19, 22, 24-25 11, 16,20,21,23,26-27
RU 2263264 С2 (ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "МАШПРОМ" (ЗАО НПП "МАШПРОМ") и др.) 27.10.2005, формула, чертеж
RU 55872 U1 (БАРСУКОВ СЕРГЕЙ ЛУКИЧ) 27.08.2006, формула, чертеж
US 2007/0157614 Al (ARNOLD J. GOLDMAN) 12.07.2007, формула, реферат, фиг. 1,абз. [0013], [0016]
US 2011/0271676 Al (SOLARTREC, INC.) 10.11.2011, реферат, абз. [0033], формула
20,21,23
26-27
Особые категории ссылочных документов: "А" документ, определяющий общий уровень техники "Е" более ранний документ, но опубликованный на дату
подачи евразийской заявки или после нее "О" документ, относящийся к устному раскрытию, экспонированию и т.д.
"Р" документ, опубликованный до даты подачи евразийской
заявки, но после даты испрашиваемого приоритета "D" документ, приведенный в евразийской заявке
более поздний документ, опубликованный после даты приоритета и приведенный для понимания изобретения 1 документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий новизну или изобретательский уровень, взятый в отдельности
' документ, имеющий наиболее близкое отношение к предмету поиска, порочащий изобретательский уровень в сочетании с другими документами той же категории
' документ, являющийся патентом-аналогом
"L" документ, приведенный в других целях
Дата действительного завершения патентного поиска:
29 мая 2015 (29.05.2015)
Наименование и адрес Международного поискового органа: Федеральный институт промышленной собственности
РФ, 125993,Москва, Г-59, ГСП-3, Бережковская наб., д. 30-1 .Факс: (495)531-63-18, телетайп: 114818 ПОДАЧА
Уполномоченное лицо :
Л. В. Андреева
Телефон № (499) 240-25-91
1/8
Фиг. 1
1/8
Фиг. 1
1/8
Фиг. 1
1/8
Фиг. 1
2/8
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 3
5/8
Фиг. 5. Пример с холодильным агентом (R-410A) в качестве рабочей среды (функции состояния)
6/8
Фиг. 6. Пример с холодильным агентом (R-410A) в качестве рабочей среды (потенциальная энергия упругости)
6/8
Фиг. 6. Пример с холодильным агентом (R-410A) в качестве рабочей среды (потенциальная энергия упругости)
6/8
Фиг. 6. Пример с холодильным агентом (R-410A) в качестве рабочей среды (потенциальная энергия упругости)
7/8
Фиг. 7. Пример с холодильным агентом (R-410A) в качестве рабочей среды (извлекаемая работа)
7/8
Фиг. 7. Пример с холодильным агентом (R-410A) в качестве рабочей среды (извлекаемая работа)
7/8
Фиг. 7. Пример с холодильным агентом (R-410A) в качестве рабочей среды (извлекаемая работа)
8/8
Фиг. 8