Холодильник

 

Использование: в холодильной технике. Сущность изобретения: холодильник снабжен магистралью циркуляции высокотемпературного рабочего тела, соединяющую выходной патрубок ресивера 5 низкого давления с входом в теплообменник 11 с последовательно включенными в нее электромагнитным клапаном 6, обратным клапаном 7, внешней камерой 8 сгорания и высокотемпературным теплообменником (9). Поршневая машина 1 холодильника снабжена камерой взаимодействия (КВ), размещенной между каналами впускного и выпускного клапана головки цилиндра, и импульсным распылителем жидкости (С), присоединенным к последней. КВ подключена через канал впускного клапана к магистрали между внешней камерой 8 и высокотемпературным теплообменником 9, а через канал выпускного клапана А, обратный клапан 3 и низкотемпературный теплообменник 4 - к ресиверу 5, газовая полость которого через компрессор 12 высокого давления, обратный клапан 13 и теплообменник-охладитель Р подключена к ресиверу 14 высокого давления. Выходной патрубок последнего подключен через электромагнитный клапан 15 к распылителю С. Жидкостная полость ресивера 5 соединена через циркуляционный насос 17 с жидкостной полостью ресивера 14. Электропривод поршневой машины 1 выполнен в виде обратимой электрической машины 2. 1 ил.

Изобретение относится к холодильной промышленности и может быть использовано как для производства бытовых, так и промышленных холодильников.

Предлагаемое техническое решение отличается от известных использованием новой физической закономерности в получении холода, что позволяет все существующие конструкции холодильников принять за прототип, характеризуя их по принципу технологии получения холода.

В известных холодильниках получение холода достигается процессом испарения сжиженного (газа) хладоагрегата, являющегося (своего рода) диссоциацией жидкости в парообразное или газообразное состояние.

Диссоциация жидкости в газообразное состояние в системе с избыточным давлением протекает частицами фракций, величина которых не может, и не достигает величины размера молекулы газообразной смены. Поскольку количество выделяемого холода пропорционально количеству образующихся измельченных частиц, достигнуть измельчения испаряемых частиц сжиженного хладореагента на частицы размеров величины атома вещества в системе с избыточным давлением, энергией которой достигается процесс испарения, невозможно. Наукой утверждается, холод суть недостатка теплоты в системе. Такое утверждение не соответствует действительности, так как считая теплоту энергией, а холод причиной недостатка теплоты, физический процесс замерзания воды необходимо рассматривать как процесс без энергии. Иначе нельзя, так как холод отсутствие теплоты, а следовательно, и энергии. Нелогичность восприятия физического процесса (замерзание воды) без энергии очевидна. Аналогично бытует понятие существования химических реакций с выделением теплоты и с поглощением теплоты. Если теплота принимается за энергию, то разумеется понятие "поглощение" теплоты необходимо связывать с поглощением энергии, тогда как известно, что энергия ниоткуда не появляется и никуда не исчезает. И если энергия переходит в другое ее состояние, то и "поглощение" теплоты необходимо раскрывать переходом ее энергии в другое состояние. Однако наукой до настоящего времени не осмыслена физическая сущность явления теплоты.

Энергетическим является любой физический процесс. Физический процесс образования теплоты энергетический. Энергетическим является и физический процесс образования холода. Понятно, что физический процесс испарения жидкости хладоагента сопровождается выделением холода, избыточное количество которого приводит к понижению температуры в системе. Причем же в этом случае объяснение образования холода недостатком теплоты? Теплоту не отводили, вырабатывали холод и система изменила свое температурное состояние избытком выделяемого холода.

Следуя логике закона сохранения энергии, процесс образования холода в известных холодильниках необходимо связывать с переходом энергии. Так энергия, затрачиваемая на сжатие до сжиженного состояния хладореагента переходит при его испарении в состояние холодом, а не поглощается при выделении холода. Поэтому, чтобы достигнуть большего количества холода требуется и больший расход энергии. Другого варианта быть не может, так как получение холода связано с подведением энергии и является затратным производством. А если учесть, что для приготовления, хранения и транспортировки хладоагента требуются дополнительные материальные затраты, а его химическое вещество, применяемое в известных холодильниках далеко не безвредно для живой природы, становится понятным весь комплекс технических недостатков, связанных с получением холода в известных холодильниках.

Целью изобретения является повышение производительности холодильника, снижение его энергетических затрат и полное исключение применения вредных химических соединений хладоагентом.

Это достигается тем, что компрессор холодильника выполнен поршневым двигателем (внутреннего взаимодействия), а электродвигатель компрессора выполнен двигателем-электрогенератором, при этом поршневой двигатель оборудован замкнутой (трубопроводами) на камеру взаимодействия двигателя системой циркуляции холодного рабочего тела и высокотемпературного рабочего тела путем соединения каналов выпускных клапанов камеры взаимодействия двигателя через обратные клапаны, содержащиеся в каждом канале, с низкотемпературным теплообменником, сообщенным через ресивер низкого давления, через электромагнитный клапан, через обратный клапан с внешней камерой сгорания, выполненной общей на все цилиндры двигателя (или автономно на каждый цилиндр), которая через каналы впускных клапанов вновь сообщена с камерой взаимодействия двигателя. Внешняя камера сгорания дополнительно сообщена через высокотемпературный теплообменник, через обратный клапан, через теплообменник (с теплотой ресивера низкого давления), через ресивер низкого давления, через компрессор высокого давления, через обратный клапан (и присущий компрессору высокого давления радиатор), через рессивер высокого давления, через электромагнитный клапан и через импульсный распылитель жидкости с камерой взаимодействия двигателя, причем импульсный распыливатель жидкости дополнительно соединен трубопроводом жидкости с основанием полости рессивера высокого давления, а в камере взаимодействия сжаты высокотемпературные продукты сгорания водорода в кислороде и в их сжатый состав распылена вода температуры окружающей среды и ниже.

На чертеже показан предлагаемый холодильник.

Устройство и принцип работы холодильника заключается в следующем.

Холодильник состоит из поршневого двигателя 1, сблокированного в постоянном вращении с двигателем-электрогенератором 2, который при запуске в работу холодильника работает электродвигателем, а при штатной работе двигателя холодильника электрогенератором.

Поршневой двигатель 1 содержит выхлопной клапан А, всасывающий клапан В, распыливатель жидкости С и камеру взаимодействия КВ (бывшая камера сгорания). Кроме того, поршневой двигатель оборудован системой циркуляции рабочего тела, выполненной сочленением трубопроводами, контуром циркуляции холодных и высокотемпературных масс рабочего тела, совмещаемых разнотемпературного состояния в КВ поршневого двигателя 1.

Система выполнена соединением каналов выпускных клапанов А через обратные клапаны 3, встроенные в каждом из отходящих каналов (выпускных клапанов А) и содержит низкотемпературный теплообменник 4, ресивер низкого давления 5, сочлененный через электромагнитный клапан 6, обратный клапан 7 с внешней камерой сгорания 8, которая может быть общей на все цилиндры, а может быть выполнена внешней на каждый цилиндр относительно. Камера сгорания 8, сообщена с каналами всасывающих клапанов В, что позволяет достигнуть замыкания контура холодной и высокотемпературной массы рабочим телом в КВ двигателя.

Внешняя камера сгорания 8 дополнительно соединена с высокотемпературным теплообменником 9 и через обратный клапан 10 с теплообменником 11 обмена с теплом поступающих обработанных газов в ресивер низкого давления 5. После уравнивания их в температуры через стенки теплообменника 11 в ресивере происходит смешивание отработавших газов с охлажденными продуктами сгорания. После этого в ресивере низкого давления 5 образуется конденсат воды и смесь газов водорода с кислородом. Газовая фаза ресивера низкого давления 5 компрессором высокого давления 12 через обратный клапан 13 (и радиатор компрессора Р) нагнетается в ресивер высокого давления 14, откуда сжатые газы имеют возможность поступать через электромагнитный клапан 15 в распылитель жидкости С. Конденсат паров, водой из ресивера высокого давления 14 по трубопроводу жидкости Ж через электромагнитный клапан также поступают в распыливатель жидкости С, где при работе двигателя жидкость распыливается сжатым газом состава водорода и кислорода из ресивера высокого давления 14. По мере накапливания конденсата в ресивере низкого давления 5 последняя насосом 17 подается в ресивер высокого давления 14.

Исходное состояние системы холодильника, предшествующее его работе.

Холодильник не работает. Поршневой двигатель 1 не работает, обесточены двигатель-электрогенератор 2 и электромагнитные клапаны 6, 15, 16. Ресиверы 5 и 14 заполнены соответствующим давлением газовым веществом горючей смеси, которая является смесью водорода и кислорода. Давление смеси в ресивере 5 предположительно 6-7 кгс/см², а в ресивере высокого давления 14 порядка 80 кгс/см² (и выше).

Распыливание жидкости сжатым газом в систему с избыточным давлением требует равнозначного давления газов и распыливаемой ими воды. Поэтому исходное состояние системы, кроме наполнения емкостей ресиверов избыточным давлением водородокислородной смеси, 30% емкости ресивера высокого давления 14 заполнена водой.

Работа холодильника обусловлена работой поршневого двигателя 1, который как всякий подобный двигатель требует запуска. Запуск поршневого двигателя 1 осуществляется вращением его коленвала, что достигается включением в работу двигателя-электрогенератора 2, подачей ему электропитания с одновременной подачей электропитания на электромагнитные клапаны 6, 15, 16.

Вращением коленвала поршневого двигателя 1 создается усилие на перемещение рабочего тела в замкнутом контуре при открытых электромагнитных клапанах 6, 15 и 16. При этом поршнем двигателя 1 сжимаются содержащиеся газы в цилиндре и на такт выхлопа удаляются из КВ через выпускной клапан А, через обратный клапан 3 и низкотемпературный теплообменник 4, откуда создается подпитка избыточным давлением, составом "отработавших" газов. Содержащаяся запасом горючая водородокислородная смесь из ресивера 5 через электромагнитный клапан 6, через обратный клапан 7 поступает во внешнюю камеру сгорания 8, где, воспламеняясь, сгорает и высокотемпературными продуктами сгорания поступает на такт "всасывание" в цилиндры поршневого двигателя 1 через впускные клапаны В.

Движение поршня на такт "сжатие" в цилиндре двигателя сжимаются высокотемпературные продукты сгорания составом перегретого пара воды, при достижении максимальной степени их сжатия по схеме работы дизельного двигателя в сжатый состав высокотемпературных продуктов сгорания импульсным распыливанием жидкости С распыливается вода, поступающая в рабочий орган импульсного распыливателя С по трубопроводу жидкости Ж из ресивера 14.

Распыливание воды осуществляется сжатым газом водородкислородной смеси из ресивера 14.

Таким путем в КВ двигателя при избыточном давлении достигается совмещение разнотемпературных масс паров воды рабочим телом, которое является критической массой. Выделение энергии данной критической массой сопровождается процессом самодиссоциации молекул разнотемпературных масс, который протекает явлением электрического разряда. (Явление электрического разряда в сформированной таким путем критической массе рабочего тела протекает во всем объеме участием разнотемпературных молекул газовой смеси).

Аналогичный энергетический процесс имеет место и в дизельном двигателе, где формирование критической массы достигается совмещением в камере взаимодействия высокотемпературного сжатого воздуха с пылевыми массами парами углеводородов более низкой температуры.

Отличие работы поршневого двигателя предлагаемого холодильника от работы дизельного двигателя состоит в том, что в дизельном двигателе температура сжатых масс воздуха (газов) достигается их сжатием, а в двигателе холодильника высокая температура сжатых газов достигается дополнительно и за счет процесса окисления горением водорода в кислороде во внешней камере сгорания 8. Такое формирование высокотемпературной массы рабочего тела позволяет снизить их степень сжатия.

Несмотря на кажущееся отличие в работе предлагаемого двигателем внутреннего взаимодействия холодильником от работы дизельного двигателя принцип его работы имеет единую физическую закономерность формирование рабочего тела критической массой.

Общим в их работе является то, что выделение энергии рабочим телом, сформированным критической массой, сопровождается самодиссоциацией молекул разнотемпературных масс.

Однако использование в одном случае холодными парами жидких углеводородов, а в другом случае распыливаемой водой процесс самодиссоциации сопровождается и разными температурными режимами.

В дизельном двигателе распылены жидкие углеводороды, а в предлагаемом двигателе холодильника распылена вода.

Теоретически считается, что работа ДВС достигнута тепловым расширением объема рабочего тела. Однако тепловое расширение имеет место при первичном подведении веществу теплоты. Рабочему телу топливной смеси теплота первично не подводится, она выделяется.

Причиной тепловыделения является физический процесс, которым возбуждается интенсивное движение частиц топливной смеси в ДВС, из чего следует, что теплота в ДВС является производной от энергии физического процесса. Поэтому никакого теплового расширения ею не достигается, так как тепловыделение не может и не образуется вперед своей причины, т. е. вперед увеличения интенсивного движения частиц вещества.

Не понимая механизма тепловыделения, появление теплоты стали обосновывать химизмом. По всякому химическому соединению предшествует распад молекул химически взаимодействующих веществ, что является чисто физическим способом, ибо этот процесс протекает возникновением физических сил взаимодействия. В итоге накопления ошибочных понятий обосновывания энергетических процессов теория работы дизельных двигателей сведена к тому, что топливо, распыливаемое в высокотемпературные атмосферные газы, самовоспламеняется, достигнув величины температуры их самовоспламенения.

Чтобы достигнуть самовоспламенения, необходимо достигнуть нагрева распыливаемых частиц до температуры их самовоспламенения, т. е. 380-400^оС. Достигнуть таких результатов даже при высоких степенях сжатия в дизельном двигателе практически невозможно, ибо распыливание жидкости в камеру сгорания сопровождается мгновенным снижением в ней температуры, которая всегда ниже точки самовоспламенения топлива. Кроме того, известно, что топливо при избыточном давлении в замкнутой системе гореть не может и не горит. В ДВС горение топлива протекает при движении поршня рабочим ходом и на такт выхлопа о. г. и никогда не сгорает в момент нахождения поршня в в. м. т. поэтому наверно утверждение "сгорело увеличилось в объеме", так как топливо при нахождении поршня в верхней мертвой точке гореть не может.

Нелогичность тепловой теории pаботы ДВС очевидна, поэтому необходимость понять, что же является причиной выделения энергии в ДВС.

Такой причиной является формирование рабочего тела двигателя критической массой.

Понятие "критической массы" известно в атомной энергетике, "критические" совмещение масс с разноименной энергией, вызывает выделение энергии. Одноименные энергии не взаимодействуют. Углеводороды взаимодействуют с кислородом лишь потому, что их энергетическое содержание разноименное. Однако критическими они могут быть лишь при достижении их разнотемпературного состояния. В атомной энергетике критическими массами является абсолютная масса вещества, где энергия выделяется тем же переходом разнотемпературных энергетических масс из строения массы вещества в разнотемпературное состояние при формировании определенной величины массы, которой и дано определение "критическая".

Таким образом, причиной работы ДВС является не тепловое расширение, а формирование рабочего тела веществом разноименных энергий, что в карбюраторных двигателях достигается совмещением топлива и окислителя с последующей их активацией, а в дизельном двигателе совмещением готовых разнотемпературных разнородных энергетических масс. И в том, и в другом случае энергия выделения самодиссоциацией молекул вещества совмещаемых масс взрывным процессом.

Воспринимая теплоту энергией, не вызывает сомнений, что сжатием атмосферного воздуха в дизельном двигателе достигается выделение энергии теплотой. Это понятно, так как сколько бы не выделять теплоты от сжатия атмосферных газов, в двигателе работу таким путем не получить.

Распыливая в сжатый состав высокотемпературных газов жидкие углеводороды, образуется холод, который также является энергией, но противоположной по знаку тепловой энергии.

По закону равновесности системы с избыточным давлением сжатые массы газов должны обладать разнотемпературным состоянием. Совмещение разнотемпературных энергетических масс в системе с избыточны давлением является формированием вещества критической массой, что всегда сопровождается процессом выделения энергии.

В дизельном двигателе этот процесс сопровождается уравнением температуры разнотемпературных масс ее повышением по той причине, что самодиссоциация молекул углеводородов сопровождается выделением теплоты. Тогда как в поршневом двигателе предлагаемого холодильника управление температуры достигается резким снижением температуры. Это понятно, так как диссоциация молекул воды или молекул углекислого газа требует подведения теплоты, а если этот процесс протекает самодиссоциацией, то выделяется холод.

Поэтому энергетический процесс самодиссоциацией совмещаемых разнотемпературных масс паров воды (или углекислого газа) протекает резким снижением температуры, что является причиной и необходимости процесса диссоциации, оканчивающегося формированием низкотемпературных продуктов взаимодействия.

Диссоциация молекул воды и диссоциация молекул углекислого газа протекает переходом их строений в газовое состояние горючей смесью. При этом горючей смеси образуется больше, чем ее требуется для формирования высокотемпературной массы рабочего тела.

Следовательно, работа поршневого двигателя предлагаемого холодильника выполнена той же энергией, то и в ДВС, т. е. формированием рабочего тела критической массой с той разницей, что при работе ДВС отработавшие газы являются высокотемпературными, а в предлагаемом холодильнике низкотемпературными.

Процесс выделения энергии критической массой сопровождается самодиссоциацией молекул воды (или углекислого газа) резким снижением температуры, которая не позволяет достигнуть обратимой реакции водорода с кислородом, следовательно работа предлагаемого холодильника сопровождается возобновлением энергии новым строением самодиссоциирующего вещества, составом топливной смеси.

Работа предлагаемого холодильника сопровождается возобновлением затраченной на его работу энергии. Поскольку отработавшие газы образованы низкотемпературного состояния, они и используются хладоносителем.

При движении поршня на такт "выхлоп" "отработавшие" газы из КВ двигателя через выпускной клапан А, через обратный клапан 3 поступает в низкотемпературный теплообменник 4, являющийся или морозильной, или холодильной камерой. Отдав избыточный холод "отработавшие" газы поступают в ресивер 5, пополняя расходуемую из него горючую смесь.

Таким образом "отработавшие" газы выполняют роль хладоносителя. После уравнения их температуры с теплом окружающей среды в ресивере 5 они повторно используются в работе двигателя описанным способом. С переходом в рабочий режим поршневого двигателя 1 двигатель-электрогенератор 2 переходит работать в режим электрогенератора.

Работая в замкнутом цикле, поршневой двигатель 1, вырабатывая холод, вырабатывает и электроэнергию в количестве, пропорциональном мощности двигателя.

Недостатком в работе такого холодильника является то, что в результате самодиссоциации молекул жидкости количество образующейся при этом горячей смеси превышает количество, которое необходимо для формирования высокотемпературной массы рабочего тела. Это легко устраняется ее сжиганием во внешней камере сгорания 8, откуда избыточное количество продуктов сгорания поступает в высокотемпературный теплообменник 9. Сбросив максимально возможное количество теплоты, избыточные продукты сгорания составом паров воды поступают через обратный клапан 10 в теплообменник 11 обмена с теплом ресивера 5.

Снижение температуры продуктов сгорания водорода в кислороде в теплообменнике 9 сопровождается последующим ее снижением при движении по трубопроводу и в теплообменнике 11, что позволяет достигнуть перехода как высокотемпературных паров воды, так и состава холодных отработавших газов в равнотемпературное состояние температуры окружающей среды.

Таким образом достигается полная конденсация паров воды. При этом в верхней полости ресивера низкого давления образуется газовая смесь водорода с кислородом, которые расходуются на образование высокотемпературных продуктов сгорания и используются для нагнетания ресивера высокого давления с целью распыливания ею воды распыливателем жидкости С.

Распыливание воды температуры окружающей среды достигается понижением температуры пылевым фракциям воды за счет перепада давления сжатой газовой смеси, в струю которых поступают распыливаемые фракции воды.

Такой способ понижения температуры распыливаемым фракциям воды практически на молекулярном уровне позволяет при незначительных степенях сжатия продуктов сгорания (водорода в кислороде) достигнуть полной диссоциации распыливаемых молекул воды, переходом их в газообразное состояние водородокислородной смесью. Таким путем достигается возобновление энергии переходом распыливаемых молекул воды в состояние газового вещества горючей смесью.

Получение возможности постоянного пополнения ресивера 5 водородокислородной смесью позволяет иметь работу двигателя в замкнутом цикле на одном и том же рабочем теле до полной его утечки из системы. Пополнение утечек возможно предусмотрение подпитки ресивера высокого давления из дополнительной емкости водой.

Получение практической возможности работы двигателя холодильника на энергии рабочего тела в замкнутом цикле является достижением поставленной цели. В свою очередь, возобновление энергии рабочим телом в поршневых двигателя (да и в газотурбинных) является решением энергетических, экономических, экологических и социальных проблем жителей планеты Земля.

Формула изобретения

ХОЛОДИЛЬНИК, содержащий циркуляционный контур рабочего тела, включающий в себя соединенные трубопроводами поршневую машину с впускными и выпускными клапанами, установленными в каналах головки цилиндра, снабженную электроприводом, ресивер низкого давления с размещенным в нем теплообменником, компрессор высокого давления, теплообменник-охладитель, ресивер высокого давления, циркуляционный насос и низкотемпературный теплообменник, размещенный в холодильной камере, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат, электропривод выполнен в виде обратимой электрической машины, холодильник дополнительно содержит магистраль циркуляции высокотемпературного рабочего тела, соединяющую выходной патрубок ресивера низкого давления с входом в теплообменник с последовательно включенными в нее электромагнитным клапаном, обратным клапаном, внешней камерой сгорания и высокотемпературным теплообменником, поршневая машина снабжена камерой взаимодействия, размещенной между каналами впускного и выпускного клапанов головки цилиндра, и импульсным распылителем жидкости, присоединенным к последней, при этом камера взаимодействия подключена через канал впускного клапана к магистрали между внешней камерой сгорания и высокотемпературным теплообменником, а через канал выпускного клапана, обратный клапан и низкотемпературный теплообменник - к ресиверу низкого давления, газовая полость которого через компрессор высокого давления, обратный клапан и теплообменник-охладитель подключена к ресиверу высокого давления, выходной патрубок последнего подключен через электромагнитный клапан к импульсному распылителю жидкости, жидкостная полость ресивера низкого давления соединена через циркуляционный насос с жидкостной полостью ресивера высокого давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1