CZ36595A3

CZ36595A3 - Process and apparatus for conversion of heat energy to mechanical energy

Info

Publication number: CZ36595A3
Application number: CZ95365A
Authority: CZ
Inventors: Thomas Kakovitch
Original assignee: Millennium Tech Inc
Priority date: 1992-08-14
Filing date: 1993-08-12
Publication date: 1995-09-13
Also published as: US5255519A; KR950703116A; EP0655101A1; PL172839B1; CA2142289A1; IL106648A; CA2142289C; US5444981A; SK18995A3; GB9224913D0; DK0655101T3; FI950633L; GB2269634B; HUT71360A; CN1083564A; BG61703B1; PL307477A1; ATE159564T1; GB2269634A; HU9500415D0

Description

Způsob a zařízení pro přeměnu tepelné energie na mechanickou energii

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro přeměnu tepelné energie na mechanickou energii při použití pracovní tekutiny, zejména, avšak nikoli pouze, pro výrobu elektrické energie.

Dosavadní stav techniky___ _______

Pro provádění užitečné práce musí dojít ke zrněné jedné formy energie na jinou formu energie, například z potenciální na kinetickou, tepelné na mechanickou, mechanické na elektrickou, elektrické na mechanickou atd. Experimentálně dokázaná ekvivalentnost všech forem energie vedla ke zevšeobecnění prvního zákona- termodynamiky, totiž, že energie nemůže vznikat nebo zanikat, nýbrž se vždy zachovává v jedné nebo jiné formě. Při přeměně energie z jedné formy na jinou formu je snahou dosažení zvýšení účinnosti tohoto procesu pro dosažení maximálního výtěžku požadované formy energie při minimalizování energetických ztrát v jiných formách.

r

Mechanická, elektrická a (kinetická energie jsou formy energie, které mohou být přeměňovány na sebe navzájem s velmi velkou účinností. To však není případ tepelné energie; jestliže se zkusí přeměnit tepelná energie při teplotě T na mechanickou energii, účinnost tohoto procesu je omezena na výraz l-Τθ/Τ, kde Τθ znamená okolní teplotu. Tato užitečná energie, která může být přeměna, se nazývá exergie, zatímco formy energie, které nemohou být přeměněny na exergii, se nazývají anergie. První zákon termodynamiky tedy podle toho může být vyjádřen tak, že součet exergie a anergie je vždy konstantní.

Navíc druhý zákon termodynamiky, který vyjadřuje, že procesy probíhají v určitém definovaném směru a nikoli v opačném směru, může být vyjádřen tak, že je nemožné přeměnit anergii na exergii.

Termodynamické procesy mohou být rozděleny na ir^everžibilní neboli nevratné a reverzibilní neboli vratné. U ireverzibilních procesů se vykonaná práce rovná nule, přičemž exergie se přemění na anergii. U reverzibilních procesů se vykoná největší-možná práce; ······ ···. --------------------Snahy o přeměnu energie jsou založeny na druhém zákonu termodynamiky, aby došlo k maximálnímu využití exergie před tím, než se přemění, na. anergii, to jest formu energie, která, již nemůže být využita. Jinými· slovy, je nutno vytvořit podmínky pro udržování reverzibilnosti procesů pokud možno co nejdéle.

Předložený vynález se zabývá přeměnou tepelné energie na mechanickou energii, zejména pro generování elektrické energie, to znamená procesu, který má nejvíce problémů, pokud se týká účinnosti. U těchto procesů se teplo předává pracovní tekutině, u níž dochází k řadě změn teploty, tlaku a objemu v reverzibilním oběhu. Ideální regenerační oběh je známý jako Carnotův oběh, avšak je možno použít i mnoho-dalších známých oběhů, zejména Rankinův oběh, rovněž - však Atkinsonův oběh, Ericssonův oběh, Braytonův oběh, Dieselův oběh a Lenoirův oběh. Při použití jakéhokoli z těchto oběhů je pracovní tekutina v plynně formě vedena do zařízení na přeměnu energie pracovní tekutiny na mechanickou energii, přičemž tato zařízení obvykle sestávají z turbín a širokého sortimentu jiných typů tepelných strojů. V každém případě, protože pracovní tekutina vykonává užitečnou práci, se objem pracovní tekutiny zvětšuje a její teplota a tlak se zmenšují. Zbývající část oběhu se týká zvyšování teploty a tlaku pracovní tekutiny, aby mohla provádět dále užitečnou mechanickou práci. .

Obr. la až . 1 j znázorňují diagramy P-V a- T-S pro několik typických oběhů.

Protože, je pracovní tekutina důležitou součástí oběhu pro vykonávání užitečné práce, je známo mnoho způsobů, při nichž se pracovní tekutina modifikuje pro zvýšení práce, která může

J být z procesu získána. Například v, patentu US 4 4 39 988 se popisuje' Rankinův oběh využívající ejektoru pro vstřikování plynné pracovní tekutiny do turbíny. Použitím ejektoru_pr_o___ vstřikování lehkého plynu do pracovní tekutiny poté, co pracovní tekutina byla ohřátá a odpařena, byla vytvořena turbína pro získání dosažitelné energie s menším pokleseiríii: tlaku než by bylo zapotřebí s pouze primární pracovní^ tekutinou, přičemž zde dochází k podstatnému poklesu teploty? pracovní tekutiny, čímž je umožněna činnost turbíny při nízké okolní teplotě. Použitým lehkým plynem může být vodík, helium, dusík, vzduch, vodní pára nebo organická sloučenina, která má molekulovou hmotnost menší než pracovní tekutina.

V patentu US 4 196 594 je uvedeno vstřikování vzácného plynu, jako argonu nebo helia, do plynné pracovní tekutiny, jako je vodní pára, použitá pro provádění mechanické práce v tepelném stroji. Přidávaný pilyn má nižší hodnotu entalpie H | než pracovní tekutina, přičemž tato entalpie H je C_p/C_v, kde

C_p je specifické teplo při konstantní, teplotě a C_v je specifické teplo při konstantním objemu.

.1

V patentu US 4 876 855 se popisuje pracovní tekutina pro elektrárnu s Rankinovým oběhem, . která sestává z polární sloučeniny a nepolární sloučeniny, přičemž polární sloučenina má molekulovou hmotnost menší než je . molekulová hmotnost nepolární sloučeniny.

Při přeměně tepelné energie na mechanickou energii je extrémně důležitou termodynamickou vlastností entalpie. Entalpie H je součtem vnitřní energie a součinu tlaku a objemu, to jest H = U + PV. Entalpie h na jednotku hmoty je součtem vnitřní energie a součinu tlaku a specifického objemu, to jest h = u + Pv. Když se tlak blíží nule, všechny plyny se blíží ideálnímu plynu a změna vnitřní energie je součinem specifického tepla CpQ a změny teploty dT. Změna dh ideální entalpie je součinem specifického tepla Cp₀ a změny teploty, to jest dh = C_pOdT. Když je tlak vyšší než nulový, představuje změna entalpie skutečnou entalpií.

Rozdíl mezi ideální entalpií a skutečnou entalpií dělený kritickou teplotou pracovní tekutiny jé známý jako zbytková entalpie.

Přihlašovatel teoreticky odvodil, že větší účinnosti při reverzibilním procesu lze dosáhnout tehdy, jestliže se zvětší změna skutečné entalpie systémů v rozsahu teplot a tlaků, jak bylo požadováno u dřívějších provedení. Toho může být s výhodou dosaženo způsoby, které by měly za následek uvolnění zbytkové entalpie, při zpomalení.ztrát exergie v systému.

Druhou extrémně důležitou vlastností pracovní tekutiny je součinitel Z stlacitelnosti, který se týká chování reálného plynu vůči chování ideálního plynu. Chování ideálního plynu při změnách tlaku (P) , objemu (V)· a teploty (Τ) , je dáno i stavovou rovnicí:

PV = nMRT, kde n je počet molů plynů, M je molekulová hmotnost a R/M, kde R je ' konstanta. Tato rovnice skutečně nepopisuje chování reálného plynu, kde bylo zjištěno, že:

PV = ZnMRT nebo Pv = ZRT, kde Z je součinitel stlacitelnosti a v je specifický objem

V/nM. Pro ideální plyn se Z rovná T a pro reálný plynu se součinitel Z stlačitelnosti mění v závislosti na tlaku a teplotě. I když jsou součinitele stlačitelnosti pro různé plyny, zřejmě různé, bylo zjištěno, že součinitele stlačitelnosti jsou v podstatě,konstantní, když jsou určeny jako funkce stejné redukované teploty a stejného redukovaného tlaku. Redukovaná teplota je T/Tc, to jest poměr teploty ke kritické teplotě, a redukovaný tlak je P/Pc, to jest. poměr tlaku ke kritickému tlaku.' Kritická teplota a kritický tlak jsou teplotou a tlakem, při nichž meniskus mezi kapalinou a plynnou fází látky zmizí a látka tvoří, jedinou souvislou fázi._ , '

Přihlašovatel rovněž teoreticky odvodil, že modifikováním činitele stlačitelnosti pracovní tekutiny je možno dosáhnout větší objemové expanze.

Přihlašovatel dále teoreticky odvodil, že by mohla být? nalezena látka, která by zvětšila, jak entalpii, tak t stlačitelnost.pracovní tekutiny.

Úkolem vynálezu proto je uvolnění zbytkové entalpie systému pro zvýšení účinnosti přeměny tepelné energie na mechanickou energii.

Dalším úkolem vynálezu . je zvýšení . expanze pracovní tekutiny pro zvýšení práce vykonané pracovní tekutinou.

podstata vynálezu _;

Tyto úkoly splňuje způsob přeměny tepelné energie na mechanickou energii, při němž se tepelná energie přivádí do pracovní tekutiny v zásobníku v dostatečném množství pro přeměnu pracovní tekutiny na - páru, načež se pracovní tekutina ve formě, páry vede do .prostředku pro přeměnu energie na mechanickoupráci s větší expanzí a snížením teploty pracovní tekutiny, a expandovaná pracovní tekutina se sníženou teplotou se vede zpět do zásobníku, podle vynálezu, jehož podstatou je, že do pracovní tekutiny v zásobníku se přivádí plyn s molekulovou hmotností nejvýše se rovnající přibližné molekulové hmotnosti pracovní tekutiny a tento plyn se odděluje od pracovní tekutiny mimo zásobník.

Bylo zjištěno, že účinnost uvedeného procesu se může zvýšit přiváděním* plynu do pracovní tekutiny v zásobníku, přičemž tento plyn má molekulovou hmotnost, která není větší než přibližná molekulová hmotnost pracovní tekutiny, takže molekulová hmotnost ..pracovní tekutiny .a plynu není. podstatně, větší než přibližná molekulová hmotnost pracovní tekutiny samotné. Přidaný plyn se potom mimo zásobník odděluje od pracovní tekutiny a přivádí zpět do pracovní tekutiny ν'zásobníku.

.. <·

Když je pracovní tekutinou voda, jsou výhodnými plýny pro přidávání u tohoto procesu vodík nebo helium. I když vodík má určitou- výhodu, pokud se týká účinnosti, je relativně nevýhodný, pokud se týká bezpečnosti v určitých situacích, takže při praktickém použití se dává přednost heliu.

Praktický účinek přidání plynu do pracovní tekutiny v zásobníku se projeví podstatným zvýšením změny entalpie, a tudíž expanze, ke které v pracovní tekutině dochází při dané teplotě a .tlaku.. Vzhledem k této. větší expanzi může.být vykonáno větší množství mechanické práce -na.pevné, množství přivedené tepelné energie nebo množství tepelné energie může být sníženo pro získání pevného. množství práce. V každém případě dojde ke značnému zvýšení účinnosti procesu.

Uvedené úkoly dále splňuje zařízení podle vynálezu, jehož podstatou je, že sestává ze zásobníku pracovní tekutiny, zdroje plynu, který je v průtočném spojení se zásobníkem,

Ί prostředků pro ohřev pracovní tekutiny v zásobníku do formy páry, prostředků pro expanzi pracovní tekutiny ve formé páry a přeměnu části její energie na mechanickou práci, které jsou v průtočném spojení se zásobníkem, prostředků pro chlazení a. kondenzaci expandované pracovní tekutiny ve - formě páry, které jsou v průtočném· spojení s prostředky pro expanzi, pro vracení ochlazené kondenzované pracovní zásobníku, a prostředků pro oddělování plynu od prostředků tekutiny do ochlazené kondenzované pracovní tekutiny.

Přehled obrázků na výkresech . ,

Vynález bude dále blíže objasněn na příkladech provedení podle přiložených výkresů, na nichž obr. la a lb znázorňují diagramy P-V a T-S. pro ideálníregenerační oběh pro vykonávání práce, obr. lc a ld totéž pro standardní vzduchový Atkinsonův oběh, obr obr obr obr sníženém na teplotě a na na teplotě a na na teplotě a na le a lf totéž pro Rankinův oběh, lg a Ih. totéž pro Ericssonův oběh, li a -lj totéž pro Dieseluv oběh, graf závislosti činitele Z stlačitelnošti na tlaku pro' páru samotnou a pro kombinace páry s několika plyny, obr. 3 zvětšená část grafu z obr. 2, obr. 4 graf závislosti činitele Z stlačitelnosti na teplotě a na tlaku pro páru samotnou, pro páru s heliem a pro páru s vodíkem, obr. 5 graf změny entalpie v. závislosti tlaku pro páru, obr. 6 graf změny entalpie v závislosti tlaku pro páry s obsahem 5 % hmotnosti helia, obr. 7 graf změny entalpie v závislosti .tlaku, jak pro páru samotnou, tak i-pro páru s obsahem 5 % hmotnosti helia, obr. 8 schematicky zařízení pro přeměnu tepelné energie na mechanickou energii při použití vody jako pracovní tekutiny, obr. 9 graf závislosti teploty na čase pro různé látky ohřívané v zařízení podle obr. 8, a obr. 10 graf závislosti tlaku na čase pro'různé materiály ohřívané v zařízení podle obr. 8.

Příklady provedeni vynálezu

Při zpracování vynálezu přihlašovatel teoreticky'odvodil, „že . když. se „pracovní tekutina., ohřeje, v. zásobníku.,, j.e „ změna skutečné entalpie v daném teplotním rozsahu větší, když se do pracovní tekutiny přidá katalytická látka. V těchto případech, tedy s přítomnou katalytickou látkou, by bylok dispozici pro konání práce-více tepla, takže při jakékoli/ dané teplotě-by se zvýšil tlak oproti stejnému systému bez katalyzátoru a rovněž pro jakoukoli danou teplotu by se mohla· snížit teplota oproti stejnému systému bez katalyzátoru.

Přihlašovatel teoreticky odvodil, že kombinací.páry s malým množstvím, to jest 5 ^hmotnosti, katalytického plynu by došlo ke značné . změně činitele Z stiačitelnosti výsledného plynu. Vypočítané činitele Z stiačitelnosti pro kombinace páry a několika plynů jsou znázorněny na obr. 2. V daném rozsahu sníženého tlaku, znázorněném na obr. 2, který je od 0,1 do více . než 10, má pára samotná . nejmenší činitel Z stiačitelnosti. Tento činitel.Z stiačitelnosti může být zvýšen přidáním různých množství plynů, ačkoli změna přidáním nejtěžších plynů, jako Xe, Kr a Ar, je relativně malá. Nicméně ..přidáním vodíku, nebo helia do páry je změna činitele Z Stiačitelnosti pozoruhodná. Střední část tohoto rozsahu je znázorněna na obr.’ 3 ve zvětšeném měřítku. Na obr. 3 je vidět, že při činnosti v rozsahu sníženého tlaku, který je větší než 1, avšak menší než asi 1,5, dojde přidáním 5 % hmotnosti helia do páry ke zvýšení činitele Z stlačitelnosti o asi 50 %. Přidání vodíku do páry v tomto rozsahu způsobí zvýšení činitele Z stlačitelnosti přibližně o 80 %. Přidání malého množství katalytické látky do páry znamená, že pára se mnohem více blíží ideálnímu plynu a může poskytnout podstatně vyšší výstupní energii pro daný teplotní rozsah.

Toto zvýšení činitele Z stlačitelnosti je rovněž znázorněno na obr. 4 na grafu vytvořeném počítačem, v trojrozměrném zobrazení, jako funkci jak sníženého tlaku, tak i snížené teploty. Při činnosti jak s vyšší kritickou ' teplotou, tak i s vyšším kritickým tlakem,_rje zvýšení činitele_

Z stlačitelnosti dokonce překvapivější.

V dále uvedených rovnicích znamená index a vlastnostispojené s párou samotnou a index w představuje vlastnosti F spojené s párou plus katalytická látka, a to pro tlak, objem'/' molekulovou hmotnost a konstantu (R). činitele stlačitelnosti jsou definovány jako:

Pv_a · v - — (2) · ” f r_at d

a

Pv ^rvw ^zw ⁼ · *W^T (3)

Tyto rovnice mohou být zkombinovány následovně:

^zw ^Pvw

R_wt —

V

Z..

Pv.

(4)

a jestliže Pa T jsou stejné v z rovnice, která potom bude znít:	obou systémech, vykrátí se
^zw ^Ra^vw	(5)
^Za ^Rw^va	f
Již však bylo dokázáno, že	teoreticky je Z_w větší než ’
nebo se rovná Z_a, a proto:
...... , R_v,_T -' a w ----> 1	(6)
R..V-, w a
nebo
^Ra^vw - ^Rw^va	(7)
Nicméně víme, že :
R
^Ra = ^Ma	(8)
a R
^Rw = “ ^Mw	(9)

přičemž kombinací těchto vztahů s rovnicí (7) dostaneme:

R R

- ^v« * - ^va <¹⁰ >

M_w (11) nebo

Μ “w — v,, > v_aw a

Rovněž víme,, že:

V.

^va = ” nu (12)

a	^vw
^vw =	m,. w	(13)
kde V_a	je standardní objemová expanze páry	a V_w je objemová
expanze	páry plus katalytická látka. Proto i	může být nerovnost
přepsána	. jako:
	M “w-	^vw ^va
	—	— > —	(14)
	M ^ua	^mw ^ma	#
nebo
	^Mw	(. 1
	— .	~ ^vw * ^va
	^Ma	^mw	(15)
		m_a
V	uvažovaném zvláštním -systému, ťo jest pára plus 5 %
hmotnosti helia	, je molekulová hmotnost (M_a)	vody 18 a:

--=1+ 0,05 = 1,05 ^ma

Analýzou bylo zjištěno, že M_w se rovná 15,4286, a proto:

15,4286

----------- V_w > V_a (17) (18) (1,05)

Nerovnost (17) se vykrátí na následující nerovnost:

V_w > 1,225 V_a.

Výše uvedené rovnice proto ukazují, že při dané řadě podmínek je objemová expanze kombinace' páry s heliem a/nebo.. vodíkem podstatně větší než objemová expanze páry samotné.. Zvýšením Objemové expanze páry za daných podmínek se množství' práce vykonané párou podstatně zvětší.

Tato teorie byla ověřena teoreticky provedením nutných výpočtů entalpie pro dané systémy. Pro stanovení zbytkové entalpie pracovní tekutiny ve zvláštním teplotním rozsahu je zapotřebí použít funkce, která spojuje dohromady ideální a skutečnou entalpii systému pro vytvoření zobecněné funkce

stlačitelnosti.	Zbytková	enta 1’pie	může být	vypočítána z
následující rovnice:	j		.....
h* - Tc	h = R v/	Cp rp 2 r	dz dT_r . ^pr	dlnP_r	(1)
kde levá strana tlak zvětšuje z	rovnice představuje zbytkovou entalpii, jak se nuly na daný'tlak při konstantní teplotě.

Byly rovněž provedeny. výpočty změny entalpie pro dané změny teploty a tlaku. Na obr. 5 je znázorněna změna entalpie páry samotné, zatímco obr. 6 znázorňuje změnu entalpie pro kombinaci páry. s 5 % hmotnosti helia. Tyto diagramy jsou složeny do jednoho na obr. 7 a znázorňují překvapivý výsledek. Když se do páry přidá 5,% hmotnosti helia, .změna entalpie je větší, v každém případě o přibližně 30,25 kJ na. 1 kg hmoty vody.

Aplikování tohoto principu je možné při skutečné výrobě elektrické . energie. Typická elektrárna vyrábí 659 MW elektrické energie při. použití 1.927 757 kg. vody za hodinu. Zvýšením energetické účinnosti zařízení o 30,25 kJ na 1 kg hmoty vody může dojít k úspoře přibližně 58 068 450 kJ za jednu hodinu.

Tato teorie byla aplikována na uvolnění entalpie z^páry:, avšak je stejně dobře použitelná pro jakoukoli pracovní tekutinu, která se ohřeje do plynného stavu, a která expanduje a ochlazuje se, aby vykonala mechanickou práci. Přidáním plynu s nižší molekulovou hmotností do pracovní tekutiny v zásobníku se-zvýší množství práce vykonané se stejným přívodem tepla.....

Zařízení, znázorněné na obr. 8, sestává z parního kotle 12 jako zásobníku pracovní tekutiny, v němž se pracovní tekutina ohřívá, přičemž pracovní tekutinou je v tomto případě voda. K parnímu kotli 12 je připojena nádrž 14 pro přidávání plynu do pracovní tekutiny. Výstup z parního kotle 12 je připojen k turbíně 16, která vyrábí elektřinu spotřebovávanou zátěží 18. Pracovní tekutina, která expanduje v turbíně 16, se shromažďuje ve sběrači 20 a kondenzuje zpět na kapalinu v kondenzátoru 22. V kondenzátoru 22 se odděluje přidávaný plyn od kapalné pracovní tekutiny, která se potom vede zpět do parního kotle 12. Když se použije vhodné metodiky, může být plyn oddělován od páry i před turbínou T6.

V praxi je parním kotlem 12 komerčně dostupné zařízení prodávané pod označením BABY GIANT, model BG-3.3, vyráběný firmou The Electro Steam Generátor Corporation of Alexandrie, Virginia. Parní kotel 12 je vytápěn ponorným ohřívačem z nerezové oceli, který má příkon 3,3 kilowattů a výkon 10 573 kJ za hodinu. Parní kotel 12 je již při výrobě opatřen teplotními a tlakovými čidly, umístěnými tak, aby mohla snímat teplotu a tlak v parním kotli 12. Pro snímání teploty a tlaku páry byla do celého systému přidána další čidla, a to za sběrač 20. Do parního kotle 12 byly instalovány rovněž ventily umožňující vstup plynů do pracovní tekutiny v parním kotli 12. Teplota, a.-tlak páry ..byly měřeny v chladicím, hadu.kondenzátorů,. pracujícím při tlaku 414 kPa, který byl připojen speciálně pro zachycování páry.

Turbína 16 byla spojena s 12voltovým alternátorem? automobilu, opatřeným přivařenými žebry.

Výsledky různých pokusů jsou uvedeny v tabulkách 1 a 2. Základní pracovní tekutinou byla voda a voda s přísadami 5 % hmotnosti helia, 5 % hmotnosti neonu, 5 % hmotnosti kyslíku a 5 % hmotnosti xenonu. Z počátku bylo ve sběrném hadu provedeno snímání teploty a tlaku, když bylo zařízení uvedeno do provozu, přičemž další měření byla provedena v intervalech po 30, 60 a 90 minut, a to jak pro vodu, tak i pro páru.

Tabulka 1

TEPLOTA CC)

	pára	pára + helium	pára + . neon	pára + kyslík	pára + <- xenon
začátek	21,1	18,33	21,1	21,1	21,1
30 minut	82,2	76,6	79,4	82,2	82,2
60 minut	130	118,3	125	127,7	130
90 minut	191,1	154,4	183,3	187,7	191,1

Tabulka 2

TLAK (kPa) _: ::

	pára	pára + helium	pára + neon	pára. + kyslík	pára + xenon
začátek	101,4	101,4	101,4	101,4	101,4
30 minut	103,5	103,5	103,5	103,5	'103,5
60 minut	224,2	255,3	231,2	227,7	227,7
90 minut	469,2	507,2	469,2	469,2	469,2

Údaje uvedené v tabulkách 1 a 2 představují průměrné hodnoty získané z několika pokusů.

Teplotní údaje v tabulce 1 jsou znázorněny v grafu na obr. 9 a tlakové údaje v tabulce .2 jsou znázorněny v grafu ná obr. 10. Výsledky patrné z těchto grafů jsou naprosto překvapující. Po 90 minutách je teplota kombinace páry + helia nejnižší ze všech pracovních tekutin, průměrně asi 154,4 °C.

Teplota kombinace páry + neonu je poněkud vyšší, asi

183,3 ^ttC, páry + kyslíku je asi 187,7 “C, přičemž teplota páry samotné a kombinace páry + xenonu je vždy asi 191,1 C.

Bylo zjištěno,' že stejné vztahy všeobecně platí pro teplotu vody v parním kotli 12, kde teplota kombinace vody + helia je po 90 minutách asi 93,3 °C a kombinace vody + neonu asi 101,6 °C. Ostatní kombinace měly teplotu vždy asi 110 °C.

Pokud se týká tlaku, bylo zjištěno, že platí opačné vztahy. Kombinace . ..páry +.. ,helia_ má „...nejvyšší .tlak, asi. 500,25 kPa. Další kombinace měly všechny přibližně stejný tlak, přičemž změřený tlak páry byl asi 469,2 kPa.

Navíc byl s výstupem alternátoru: spojen voltmetr. Snímaná hodnota pro páru samotnou byla 12 voltú. Pro kombinaci páry + helia byla snímaná hodnota až do 18 voltů.

Je tedy zřejmé, že přidáním malého množství helia do parního kotle 12 bude po 90 minutách provozu výsledná, teplota relativně nízká, zatímco tlak. při této nízké teplotě je relativně vysoký. Výsledkem tohoto vysokého tlaku je více užitečné práce vykonané stejným množstvím energetického vstupu.

Do pracovní tekutiny může být katalytická látka přidávána v širokém rozsahu, například v rozsahu od asi 0,1 do 50 % hmotnosti. čím je molekulová hmotnost katalytické látky bližší k molekulové hmotnosti pracovní tekutiny, tím větší je potřebné množství této katalytické látky. Když je pracovní tekutinou voda, je výhodné množství přidávaného H2 nebo He v rozsahu od 3 do 9 % hmotnosti.

Jak vodík, tak i helium zvyšují skutečnou entalpii pracovní tekutiny a zvyšují činitel stlačitelnosti, čímž se zvětší expanze a umožní se vykonání většího množství mechanické práce. Navíc bylo zjištěno, že helium ochlazuje parní kotel .12, čímž se snižuje spotřeba paliva a množství zplodin.

Zvýšení entalpie a činitele stlačitelnosti jsou nej překvapivější tehdy, když se pracuje při kritické teplotě a tlaku pracovní tekutiny, které jsou pro vodu 374 °C a 2180 kPa. I když pro činnost při těchto vysokých tlacích jsou zapotřebí speciální nádoby, je takové zařízení sestavitelné a použitelné, například při výrobě elektrické energie pomocí 'jaderných reaktorů”

Claims

PATENTOVÉ

NÁROKY

;.O ‘JO

1. Způsob přeměny tepelné energie na mechanickou energii, při němž se tepelná energie přivádí do pracovní tekutiny v zásobníku v dostatečném množství pro přeměnu pracovní tekutiny na páru, načež se pracovní tekutina ve formě páry vede do prostředku pro přeměnu energie na mechanickou práci s expanzí a snížením teploty pracovní tekutiny, a expandovaná pracovní tekutina se sníženou teplotou se .vede.... zpět_do.....zás.obníku.,...v__ y_ z,n...a. č u. .j....í..c...í.....s .e....._t ,í. m., že do pracovní * tekutiny v zásobníku se přivádí plyn s molekulovou hmotností nejvýše se rovnající přibližnémolekulové hmotnosti pracovní tekutiny a tento plyn se odděluje od pracovní tekutiny mimo zásobník.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í m, že oddělený plyn se vede zpět do zásobníku.

sá
3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í m,. že pracovní tekutinou je voda.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se t í m, že plynem je vodík nebo helium,
5. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že plyn se přidává do pracovní tekutiny v množství asi 0,1 až 50 % hmotnosti.
6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že plyn se přidává v množství asi 3 až 9 % hmotnosti.
7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že zásobníkem je parní kotel.
8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že pracovní tekutina se vede do prostředků pro přeměnu při teplotě a /tlaku, které jsou asi kritickou teplotou a tTákem pracovní tekutiny.
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že pracovní tekutinou je voda ohřátá v zásobníku na asi 374 ’C.
10. Způsob zvýšení entalpie a činitele stiačitelnosti vody ohřáté v zásobníku, vyznačující se tím, že do vody v zásobníku se přidává asi 0,1 až 50 % hmotnosti vodíku nebo helia. ,_t ' v
11. Zařízení pro přeměnu tepelné energie na mechanickou energii, vyznačující se tím, že sestává ze

a) zásobníku pracovní tekutiny,

b) zdroje plynu, který je v průtočném spojení se zásobníkem,

c) prostředků pro ohřev pracovní tekutiny v zásobníku do formy páry,

d) prostředků pro expanzi pracovní tekutiny ve formě páry a přeměnu části její energie na mechanickou práci, které jsou V průtočném spojení se zásobníkem,

e) prostředků pro chlazení a kondenzaci expandované pracovní tekutiny ve formě páry, které jsou v průtočném spojení s prostředky pro expanzi,

f) prostředků pro vracení ochlazené kondenzované pracovní tekutiny do zásobníku, a

g) prostředků pro oddělování plynu od ochlazené kondenzované pracovní tekutiny.
12. Zařízení podle nároku 11, vyznačující se t í m, že je dále opatřeno prostředky pro vracení odděleného plynu do zásobníku.
13, Zařízení podle nároku 11,vyznačuj ící se tím, že zdroj plynu obsahuje vodík nebo helium.