Способ получения механической энергии при замерзании воды

 

Использование: относится к области энергетики, преимущественно к энергетике окружающей среды. Сущность изобретения: при замерзании воды используется не увеличение ее объема, выделение тепла, которое при определенных термодинамических циклах может частично превращаться в механическую работу. 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики, преимущественно к энергетике окружающей среды. Например, энергия, накопленная в воде и при замерзании которой она может выделяться в виде тепла, преобразуемого в механическую энергию.

Известно устройство получения механической энергии при замерзании воды в замкнутом объеме [1] В нем описано устройство, за счет которого можно получать механическую энергию при замерзании воды в особых конических объемах.

Недостатком этого устройства (и способа) является то, что механическая энергия в этом устройстве получается за счет увеличения объема воды при ее замерзании. Массе воды, находящейся в этом замкнутом объеме, для того, чтобы ей замерзнуть нужно значительное время, а следовательно, и необходимость большого количества этих замкнутых объемов, что делает конструкцию громоздкой.

Поставленная цель в предлагаемом изобретении достигается тем, что при замерзании воды используется не увеличение ее объема, а выделение тепла, которое при определенных термодинамических циклах может, частично, быть превращено в механическую работу.

Например. Окружающая среда (воздух) имеет температуру t -15^oC, T 258^o, вода под льдом около 0^oC, T 273^o, 1 кг воздуха при t -15^oC адиабатно сжимают до t -5^oC. После этого воздух начинает расширяться и как только при расширении температура его начинает падать в объем этого воздуха впрыскивается вода. Мелкие капельки воды, пролетая в холодном (-5^oC) воздухе быстро замерзают, выделяя тепло. Происходит их изотермическое расширение. Первоначально капелька воды покрывается ледяной коркой и эта корка увеличивается до особого предела (при замерзании морской воды, концентрация солей в воде, окутанной морской коркой льда, увеличивается). Достигая предела охлаждения, капелька покрывается довольно прочной коркой и при соприкосновении с холодным металлом (-5^oC) она не примерзает.

Кроме того, опытным путем подбирается дисперсность впрыскиваемой воды, объем факела распыла, его расположение внутри объема воздуха и скорость движения капелек в воздухе. После конца, в данном случае, изотермического расширения выхлоп отработанного воздуха вместе со снежной (ледяной) массой выбрасывается наружу. Снежная (ледяная) масса может обратно поступать под лед.

На чертеже указан термодинамический цикл 2-1-3, который состоит из адиабаты 2 1, изотермы 1 3 и изобары 3 3. Цикл 3 2 происходит вне машины.

P₂ P₃ 0,981 бар, T₂ 258^o, T₁ T₃ 268^o В адиабатном процессе существует зависимость между начальными и конечными параметрами, между P и T.

(О.М. Рабинович Сборник задач по технической термодинамике, с. 93 М. Машиностроение, 1969).

Определим P₁ Определим работу цикла l_3-2 R·(T₂ T₃) 0,287· (258 268) - 2,87 кДж/кг l_ц 7,175 + 10,7062 2,87 0,6612 кДж/кг
Если принять механический КПД η_м = 0,85,, то
l_ц 0,6612·0,85 0,56202 кДж/кг
Таким образом, при участии в процессе 1 кг воздуха получим работу 0,56202 кДж. С понижением температуры окружающего воздуха работа будет увеличиваться.

Определим количество воды для цикла.

В изотермическом процессе на 1 кг воздуха необходимо 10,7062 кДж тепла.

1 кг воды при замерзании выделяет 334,944 кДж.

1 кг 334,944 кДж
x кг 10,7062 кДж
Таким образом, чтобы получать 0,56202 кДж работы, необходимо затратить 0,0319641 кг воды.

Следовательно с 1 кг воды можно получить:

Предлагаемый способ получения механической энергии при замерзании воды выгодно отличается от способа, используемого в устройстве по авт.св. N 1508666, так как там при замерзании 1 кг воды можно получать максимальную работу только 500 кГм или 4,9 кДж.

Формула изобретения

Способ получения механической энергии при замерзании воды, отличающийся тем, что воздух окружающей среды с минусовой температурой адиабатно сжимают до -5^oС, а затем вводят воду в дисперсном состоянии, образующийся лед в конце расширения вместе с воздухом отводят.

РИСУНКИ

Рисунок 1