Способ и устройство получения холода

 

Изобретение относится к холодильной технике. В основу способа положен принцип выделения взрывообразным процессом содержащейся в веществе энергии при совмещении разнородных веществ разнотемпературного состояния. Предлагаемый способ обеспечивает выделение не теплоты, а холода при увеличении интенсивности движения частиц вещества. Предлагаемое устройство позволяет практически использовать указанный способ за счет подачи в камеру взаимодействия разогнанной поршневой машины сжатого или сжиженного воздуха или другого газа, спустя 2-6^o поворота коленчатого вала после прохождения поршнем верхней мертвой точки, а затем после поворота вала на 35-45^o впрыска подогретой воды в газовую среду с пониженной температурой при некотором избыточном давлении. Происходящий взрыв сообщает давление поршню, и диссоциацией воды на кислород и водород выделяется холод отрицательной температуры, обратно эквивалентной положительной температуре при горении водорода в кислороде. Таким образом получен технический результат - мгновенный переход вещества воды в вещество газов с выделением холода отрицательной температуры величины, эквивалентной скорости процесса. Предлагаемым способом и устройством при получении холода не только не затрачивается, но и выделяется энергия полезной работой подобно энергии, выделяемой двигателем внутреннего сгорания, но с выделением не теплоты, а холода в составе отработанных газов, которые еще и можно использовать в качестве топливной смеси. 3 с.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, а по его сущности к машиностроению, строительству двигателей внутреннего взаимодействия.

Известно, что все химические реакции протекают энергетическим процессом (силами электрических взаимодействий), физическая сущность которого электрическая. Следовательно, образованию энергетических процессов между химическими взаимодействующими веществами предшествует образование разности электрических потенциалов.

Энергетическим процессом вызывается интенсивность движения частиц вещества, скорость которых обусловлена скоростью процесса как при выделении теплоты, так и при выделении холода.

Движение первично (а тепловыделение вторично) также справедливо и при выделении холода. Не образуйся первично интенсивное движение частиц вещества, что имеет место при испарении хладагента или его расширении, не выделится и холод.

Учитывая, что энергетическим процессом увеличивается интенсивность движения частиц вещества, то повышением скорости энергетического процесса увеличивается и количество выделяемого холода.

Данная закономерность присутствует во всех способах получения холода, но не всегда учитывается.

Например, известен способ получения холода в поршневой машине, в которой сжимают высокотемпературные газы и в их сжатый состав распыливается вода при нахождении поршня в верхней мертвой точке, а последующим движением поршня в нижнее положение расширяют газоводяную смесь (АС СССР 1090906, МКЛ 5 F 02 B 47/02, опубликовано в 1984 году; АС СССР 1455006, МКЛ 5 F 02 B 47/02, опубликовано в 1989 году).

Получение холода техническими решениями упомянутых авторских свидетельств не эффективно потому, что содержащиеся в них приемы увеличения скорости расширения хладагента не согласовываются с причиной, их вызвавшей.

Авторами этих решений предполагалось, что распыливанием воды в сжатые высокотемпературные газы поглощается теплота сжатых газов, что позволяет последующим движением поршня в нижнее положение с высокой скоростью расширить объем газоводяной смеси, чем получить низкотемпературный холод. Не получается. И вот почему.

Распыливание воды в сжатые высокотемпературные газы всегда является причиной образования энергетического процесса, ибо разнотемпературные массы веществ электрически разнопотенциальны. Совмещением в системе с избыточным давлением вызывается переход их внутренних энергий, в вещества с разноименными электрическими зарядами, которые и взаимодействуют с выделением энергии электрическим разрядом. Энергетический процесс электрического разряда между разнотемпературными газами и водой протекает диссоциацией их молекул на так называемые атомы. Соударением частиц диссоциировавших веществ повышено давление сжатых газов, а не снижено, как это предполагалось авторами.

Данный энергетический процесс иногда воспринимается причиной теплового расширения воды, поглотившей теплоту сжатых газов на ее парообразование. Такое предположение глубоко ошибочно потому, что КПД теплового расширения не превышает 16 - 17%. Отдавая теплоту на парообразование, сжатые высокотемпературные газы теряют свое давление, которое не то что невозможно увеличить тепловой работой парообразования, но компенсировать и то невозможно, так как затраты тепловой энергии на получение механической всегда больше полученной.

Увеличившись интенсивным движением атомы водорода и кислорода уравнялись температурой, что явилось причиной окончания энергетического процесса и перехода образовавшихся частиц вещества в новое состояние. Этим новым состоянием явилось вновь образование молекул воды обратимым процессом. Таким образом, снижение температуры до минус 2,5 тыс. градусов, полученное диссоциацией молекул воды, тут же нейтрализовано новым ее образованием. Откуда пришла, туда и ушла низкая температура. (Поскольку данный процесс электрический, то и невозможно зафиксировать понижение температуры.) Однако возросшее давление образовавшейся парогазовой смеси не исчезло и, чтобы получить от нее холод отрицательной температуры, необходимо повысить скорость движения поршня на порядок выше, чем это имеет место штатной работой поршневого двигателя. Причем на такт сжатия иметь скорость движения поршня одну, а рабочим ходом на порядок выше.

Но так двигатели не работают. Поэтому и расширяется парогазовая смесь снижением ее давления, вплоть до достижения поршнем нижней мертвой точки. Конечно же при наличии избыточного давления, какой бы скоростью ни расширять пар воды, не получить его переход в состояние газа, единственно чем можно получить низкие температуры.

Не получить низких температур противопоставленным способом еще и потому, что им не учитывается особенность этого способа в поршневых машинах.

Известно, если переохлаждать тело поршневого двигателя внутреннего сгорания, то он и не нагреется. Точно также, нагревая поршневую машину периодически сжимаемым высокотемпературным газом, невозможно получить в ней низкотемпературный холод.

Таковы причины неэффективности способов получения холода противопоставленными техническими решениями А.С. СССР.

Способ получения холода расширением хладореагента в поршневой машине отличается тем, что хладореагент веществом сжатого или сжиженного воздуха либо углекислого газа, либо гелия, либо иного газа расширен в камере взаимодействия вращающейся поршневой машины поступлением в нее после прохождения поршнем верхней мертвой точки спустя 2-6 градусов поворота коленчатого вала, а с окончанием их поступления в интервале поворота коленчатого вала на угол 35-45 градусов в низкотемпературный состав поступивших газов при их избыточном давлении распылена вода в интервале поворота коленчатого вала, не доходя поршнем нижней мертвой точки, на угол 135, 90 градусов, при этом температура сжатых или сжиженных газов до их расширения не выше температуры окружающей среды, а температура распыливаемой воды выше температуры окружающей среды.

Не имеет значения какого температурного состояния сжатые газы, высокотемпературного или низкотемпературного. Важно, чтобы совмещение их с распыливаемой водой было разнотемпературным.

При атмосферном давлении такое их совмещение приведет к уравниванию температуры и только. А если газы еще и низкотемпературные, то распыливаемые частицы воды в их низкотемпературный состав тут же закристаллизуются.

При избыточном давлении в системе этого не происходит потому, что система обладает свойствами увеличивать или снижать скорость уравнивания температуры разнотемпературных масс вещества. Избыточным давлением в системе разнотемпературным массам вещества предъявляются требования уравнивания их температуры с повышенной скоростью, пропорционально избыточному давлению, что инерционным теплообменом недостижимо. А так как разнотемпературные массы вещества суть электрической разнопотенциальности их внутренних энергий, для которых увеличение давления в системе есть уменьшение расстояния между их частицами, то они мгновенно переходят в энергию разноименных электрических зарядов и взаимодействуют электрическим разрядом, диссоциацией разнотемпературных веществ на их атомы.

Диссоциацией веществ вызвано увеличение интенсивности движения частиц вещества, соударениями которых увеличено давление. Однако увеличивающееся давление не накапливается, а расходуется работой на движущийся поршень.

Окончание энергетического процесса достигается тем же процессом уравнивания температуры разнотемпературных масс вещества в процессе интенсивного движения их частиц. Что же касается результирующего значения этой температуры, то она в этом случае формируется отрицательной. И вот почему.

Избыточное давление сжатых газов в камере взаимодействия поршневой машины получено не сжатием их поршнем, а поступлением из ресивера в период движения поршня из верхней мертвой точки в нижнее положение. Поступая перепадом давления, расширяющиеся газы не увеличиваются, а снижаются своей температурой, которая была равной температуре окружающей среды до их расширения. Поэтому снижением температуры расширяющихся газов охлаждается и тело поршневой машины.

Диссоциацией фракций распыливаемой воды и в этом случае снижается температура до минус 2,5 тыс. градусов, которая (первично) образуется понижением электрического потенциала. Естественно, корпус поршневой машины не может отразить электрический потенциал ни положительного, ни отрицательного знака. Поэтому полученная отрицательная температура тут же нейтрализовалась с положительным электрическим потенциалом системы поршневого двигателя. Однако скорость ее нейтрализации по отношению к скорости нейтрализации отрицательного потенциала при обратимости процесса вновь образованием молекул воды снижается.

Причиной снижения скорости нейтрализации образовавшейся низкотемпературности явилась охлажденность тела поршневой машины.

Снижением скорости нейтрализации выделившейся отрицательной температуры достигается дальнейшее понижение температуры тела поршневой машины, что является накапливанием ею холода.

Одновременно по этой причине снижается температура и диссоциированных частиц вещества. Таким образом, цикл за циклом понижается температура поршневой машины и образующихся в ней газов. Пределом такому снижению температуры является хладостойкость материала поршневой машины. При выполнении ее из термостойкого к холоду материала можно достичь температуры образующихся газов минус 400-500 градусов. Сохранить же температуру диссоциации молекул воды (минус 2,5 тыс. град.) и при этом способе невозможно, т.к. не позволяет скорость энергетического процесса, используемая этим способом в управляемом режиме.

Неуправляемым энергетическим процессом величину отрицательной температуры можно получить эквивалентной величине температуры при термоядерном взрыве.

Что же касается возможности получения отрицательной температуры в управляемом энергетическом режиме, то ее величина может быть такой, при которой образующиеся газы водородом и кислородом сохранятся газовой фазой. Но при каких отрицательных температурах они перейдут в другое фазовое состояние пока не известно.

Главным фактором в получении сверхнизких температур предлагаемым способом явилось достижение необратимости энергетического процесса диссоциацией воды на водород и кислород. Еще в первые два-три цикла работы поршня равнотемпературность диссоциировавших атомов водорода и кислорода образуется отрицательной. Такого состояния атомы водорода и кислорода не могут образовать соединением молекулой воды, не могут они сохранить и атомарного состояния при избыточном давлении в системе. Поэтому диссоциировавшие атомы водорода и кислорода из молекул воды образуют молекулярное соединение собственным газом. Вот почему данный энергетический процесс становится необратимым.

Используя одну и туже закономерность образования энергетического процесса, которым вещество воды переходит в новое агрегатное состояние, но вызывая его другим способом, в частности предлагаемым, достигается необратимость диссоциации воды на водород и кислород, выделившийся же при этом холод не возвращается обратно в строение молекул воды, а используется понижением температуры образующихся газов, которые затем работают хладоносителями.

Необратимость диссоциации воды на водород и кислород скоростью взрывного процесса условимся считать переходом ее в состояние газа, якобы процессом испарения. Такую скорость перехода хладагента невозможно получить известными способами от известных хладагентов, даже от сжиженного гелия.

Известно, что быстро нагреть газы можно высокой скоростью их сжатия. Точно также и их охлаждение достигается высокой скоростью снижения давления сжатых газов. Не прибегая к образованию энергетического процесса, распыливанием подогретой воды в сжатый состав охлажденных газов, а лишь расширением их в поршневой машине можно получить отрицательную температуру в бытовых холодильниках минус 40-50 градусов Цельсия.

Поступлением избыточного давления газов на поршень в интервале поворота коленчатого вала на угол 35-45 градусов ими выполняется работа поршня, который своим движением раскручивает маховик. Таким образом, сравнительно небольшим давлением сжатых газов в ресивере можно создать высокие обороты в поршневой машине (без нагрузки на ее валу), и давление расширяющихся газов будет снижаться быстрее, если бы они поступали непосредственно в атмосферу, т.к. обороты поршневой машины при такой схеме ее работы можно довести до максимальных для класса поршневых машин. Для этого поршень и шатун необходимо выполнить из сверхлегкого материала (например, из углепластика), а для смазки цилиндра использовать масла, не густеющие при температуре минус 50 градусов.

Подтверждением физической сущности энергетического процесса, используемого предлагаемым способом для получения холода, могут служить все энергетические процессы, имеющие место как явления в природе, так и практической деятельности человека.

Известно, что атмосферные электрические разряды протекают при столкновении разнотемпературных масс атмосферных скоплений. Образующийся при этом энергетический процесс атмосферным электрическим разрядом протекает диссоциацией молекул паров воды явлением взрыва, т.е. неуправляемым энергетическим процессом, что является причиной резкого понижения температуры атмосферного воздуха и образования озона из атомов кислорода диссоциировавших молекул воды.

Гидравлические удары трубопроводов паротеплотрасс образуются по причине местного переохлаждения трубопроводов. Переохлажденные частицы воды, накапливаясь в местах завихрений, образуют критическую массу, совмещение которой с нагретой массой воды вызывает образование между ними энергетического процесса явлением электрического заряда, протекающего той же диссоциацией молекул воды на водород и кислород, что фиксируется последующим "завоздушиванием" теплотрасс именно водородно-кислородным газом.

Данный энергетический процесс известен и при атмосферном давлении интенсивным парообразованием в открытых водоемах при низких температурах окружающего воздуха.

Интенсивное парообразование при атмосферном давлении известно при подведении веществу воды теплоты плюс 100 градусов, тогда так температура воды открытых водоемов зимой не превышает 4 - 9 градусов.

Кроме того, при охлаждении вещество сжимается, что является причиной уменьшения интенсивности движения частиц вещества. Поэтому вода в открытых водоемах испаряется не действием низких температур атмосферного воздуха, а образованием энергетического процесса под действием разности температур между массами воды и атмосферного воздуха. Их контактирование в поверхностном слое воды разнотемпературного состояния является причиной перехода более теплого вещества водорода в молекулах воды в энергию положительных электрических зарядов, а вещества кислорода воздуха с отрицательной температурой в энергию отрицательных электрических зарядов, которые и взаимодействуют электрическим разрядам, тем же процессом диссоциации разнотемпературных частиц веществ (при их контактировании) на атомы.

Так в открытых водоемах происходит парообразование переходом диссоциировавших атомов водорода и кислорода обратно в молекулы воды ее новым агрегатным состоянием - насыщенным атмосферным паром. Образующийся энергетический процесс между разнотемпературными массами воды и атмосферного воздуха имеет ту же причину, что и в верхних слоях атмосферы между разнотемпературными массами атмосферных скоплений, но слабым электрическим разрядом по причине недостаточности давления. С увеличением последнего интенсивность парообразования увеличивается. Малая скорость энергетического процесса и наличие значительного количества теплоты в открытых водоемах являются причиной обратимости диссоциации воды на водород и кислород.

Существует понятие сублимации, но это понятие оторвано от сущности энергетических процессов. При увеличении разности температуры образуется необратимость процесса диссоциации воды и в открытых водоемах. Это объясняет причину разрушения озонового слоя Земли выделяющимся водородом вместе с водородом углеводородных топлив, выделяющимся и в свободном состоянии при работе как поршневых двигателей, так и при сжигании топлива в теплосиловых установках.

Исходя из вышеизложенного можно заключить, что вода диссоциирует не только при подведении ей избыточной теплоты, но и при подведении избыточного холода (патент СССР N 1814693 A3, F 02 B 43/08, опубликован в бюллетене N 17 от 07.05.93 г; патент России N 2030604 C1, F 02 B 43/08, опубликован в бюллетене N 7 от 10.03.95 г; решение о выдаче патента по заявке 95-100031/06 от 21.07.95 г).

Отличие энергетических процессов диссоциации воды действием теплоты и действием холода состоит в том, что с увеличением давления тепловая диссоциация замедляется, а скорость под действием холода возрастает. По этой причине и увеличивается объем воды при ее замерзании, чему предшествует повышение плотности воды с понижением температуры.

Эта закономерность используется и в предлагаемом способе получения холода, который выгодно отличается от известных не только возможностью использовать хладагентом экологически чистое вещество (вода и атмосферный воздух), но и не затрачивать энергию на получение холода, а получить ее дополнительно полезной работой.

Предлагаемый способ получения холода реализуется поршневой машиной двухтактного действия, используемой в качестве холодильника.

Известен холодильник, выполненный поршневой машиной, имеющей в крышке цилиндра впускные и выпускные клапаны, полость между крышкой цилиндра и торцом поршня (именуемой в компрессорах мертвой зоной), сообщающуюся трубопроводами, замкнутыми контурами, с ресивером низкого и высокого давления, компрессором высокого давления, циркуляционным насосом, низкотемпературным теплообменником и теплообменником охлаждения газов (В.Д. Вайнштейн и др. "Низкотемпературные холодильные установки". М.: Пищевая промышленность. 1972 г., стр. 311 - 314).

Выше изложенное устройство поршневой машины является обычным компрессором высокого давления, работой которого откачиваются пары хладагента из низкотемпературного теплообменника и сжимаются до перехода в жидкое состояние.

Автором утверждается, что установленный при этом компрессор низкого давления, якобы, является первой ступенью сжатия. Но тут же поясняется, что оба компрессора работают в параллельном режиме, что суть одной ступени.

Недостатком противопоставленного технического решения холодильника является большая затратность энергии на единицу получаемого холода. Это вызвано тем, что компрессором высокого давления решается вопрос лишь сжиживания хладагента, испарение же его осуществляется в режиме постоянного давления, поддерживаемого автоматически. Увеличение скорости испарения хладагента недопустимо потому, что при этом большая его часть сохранится жидкостью, т.е. не испарится (при избыточном давлении).

Невозможность увеличения скорости испарения хладагента и является причиной высокой затратности и низкой производительности при вырабатывании холода.

Используя известные узлы и механизмы холодильника по-новому, получен эффект, при котором производство стало возможным, не только не затрачивая для этого энергию, но и получая ее полезной работой.

Холодильник, выполненный поршневой машиной, имеющий в крышке цилиндра впускные и выпускные клапаны, камеру взаимодействия, сообщающуюся трубопроводами, замкнутыми контурами, с ресивером низкого и высокого давления, компрессор высокого давления, циркуляционный насос и низкотемпературный теплообменник, теплообменник охлаждения газов, отличается тем, что содержит внешнюю камеру сгорания и электродвигатель, выполненный обратимой электрической машиной и размещенный на валу поршневой машины, обратные и электромагнитные клапаны, высокотемпературный теплообменник, при этом поршневая машина дополнительно оборудована емкостью жидкости с содержанием в ней и газов, которая сообщена с пространством между крышкой цилиндра и торцом поршня трубопроводом жидкости через циркуляционный насос, регулятор расхода жидкости и импульсный распылитель жидкости, а содержащимися в ней газами газотрубопроводом через компрессор высокого давления, обратный клапан, теплообменник охлаждения газов, ресивер высокого давления, электромагнитный клапан, регулятор расхода газов и впускной клапан, где внешняя камера взаимодействия и высокотемпературный теплообменник соединены с емкостью жидкости через обогреватель блока поршневой машины, и ресивер высокого и ресивер низкого давления дополнительно сообщены с емкостью жидкости своими автономными дренажными трубопроводами, а распылитель жидкости термоизолирован от корпуса крышки цилиндра и содержит в себе электроподогреватель.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого холодильника. Он состоит из поршневой машины (1), оборудованной обратимой электрической машиной (2), ресивера высокого давления (3), сообщенного с камерой взаимодействия поршневой машины (1) через электромагнитный клапан (4) термоизолированным газотрубопроводом (5), через регулятор расхода газов (6) и впускной клапан (7), а емкость жидкости (8) сообщена с камерой машины 1 водотрубопроводом (9), через циркуляционный насос (10), через регулятор расхода жидкости (11), и распылитель жидкости (12). С другой стороны камера взаимодействия поршневой машины (1) сообщена с емкостью жидкости (8) и с ресивером высокого давления (3) через выпускной клапан (13) по газотрубопроводу (14), через обратный клапан (15), низкотемпературный теплообменник (16), теплообменник охлаждения газов (17), высокотемпературный теплообменник (18), ресивер низкого давления (19), из которого газы поступают через электромагнитный клапан (20), обратный клапан (21), по газопроводу (22), через внешнюю камеру сгорания (23), высокотемпературный теплообменник (18), обогреватель (24), емкость воды (8), через компрессор высокого давления (25), обратный клапан (26), по газотрубопроводу (27), через теплообменник охлаждения газов (17) в ресивер высокого давления (3).

Ресивер высокого давления (3) и ресивер низкого давления (19) дополнительно сообщены с емкостью жидкости (8) своими дренажными трубопроводами (28).

Распылитель жидкости (12) имеет термоизоляцию (29) от корпуса крышки цилиндра и электроподогреватель (30).

Принципиальное отличие предлагаемого холодильника от противопоставленного состоит в скорости расширения хладагента.

В противопоставленном устройстве расширение хладагента осуществляется в испарителе при постоянном избыточном давлении, которое поддерживается автоматически включением в работу новых секций испарителя.

Поршневая машина выполнена традиционным компрессором высокого давления, работающим на сжиживание испарившегося хладагента. Естественно, никаких камер взаимодействия в нем нет, т.к. они противоречат его принципу.

Расширение хладагента в предлагаемом устройстве осуществлено не в испарителе, а в рабочем органе поршневой машины, выполненной традиционным поршневым двухтактным двигателем внутреннего взаимодействия.

Одним из вариантов получения холода предусмотрено поступление ограниченного количества сжатых газов в камеру взаимодействия при начальном движении поршня в нижнее положение. Последующим распылением подогретой воды в эти расширяющиеся газы при некотором их избыточном давлении образуется энергетический процесс электрическим разрядом, изменением условий протеканию которого, диссоциацией распыливаемой воды на водород и кислород, последняя завершается необратимой. Необратимостью процесса диссоциации воды выделяется холод, который накапливается системой поршневого двигателя, что замедляет скорость процесса нейтрализации появившейся сверхнизкой температуры, за счет которой понижается температура образующихся газов, используемых носителями холода.

Исходное состояние работы холодильника.

Поршневая машина (1) не работает. Обесточены ее электрогенератор (2), электромагнитные клапаны (4) и (20), электродвигатели компрессора высокого давления (26) и циркуляционного насоса (10), а также электроподогреватель (30).

Емкость воды (8) на 30 процентов заполнена водой (или иной жидкостью в качестве хладагента). Заполнен водой трубопровод (9) и распылитель жидкости (12). Ресивер высокого давления (3) заполнен сжатым или сжиженным воздухом (другим газом).

Для получения низких температур (средних величин до минус 150^oC) ресивер высокого давления (3) заполняется сжатым воздухом или углекислым газом.

Перед запуском холодильника в работу подается электропитание электроподогревателю (30). При достижении в нем температуры 80 - 90^oC включается электропитание электродвигателю (2) поршневой машины (1), который вращает ее коленчатый вал. Одновременно с вращением коленчатого вала электропитание поступает к электромагнитным клапанам (4) и (20), постоянно действующему электроискровому воспламенителю во внешней камере сгорания (23), электродвигателю компрессора высокого давления (25) и циркуляционному насосу (10).

Кулачковый газораспределительный вал сблокирован с впускными и выпускными клапанами таким образом, что впускной клапан открывается после прохождения поршнем верхней мертвой точки, спустя 2 - 6 градусов поворота коленчатого вала, и закрывается при повороте коленчатого вала на угол 35 - 45 градусов.

Выпускной клапан открывается при достижении поршнем нижней мертвой точки и закрывается при достижении поршнем верхней мертвой точки.

После прохождения поршнем верхней мертвой точки на 2 - 6 градусов поворота коленчатого вала открывается впускной клапан (7) и сжатые газы (от 12 кгс/см² и выше) из ресивера высокого давления (3) через открытый электромагнитный клапан (4) по термоизолированному газопроводу (5), регулятор расхода газов (6) и открытый выпускной клапан (7) поступают перепадом давления в камеру взаимодействия поршневой машины (1), создавая при этом избыточное давление на поршень, от 1/2 до 1/3 величины первоначального их давления в ресивере (3), расширясь со скоростью движения поршня в нижнее положение.

При достижении поршнем положения, обусловленного поворотом коленчатого вала на угол 35 - 45 градусов, впускной клапан (7) закрывается, в поступивший перепадом давления газ с сохранившимся некоторым избыточным давлением (достаточно 0,1 - 0,2 кгс/см²) и снизившейся температурой из емкости жидкости (8) вода по трубопроводу (9) циркуляционным насосом (10) через регулятор расхода жидкости (11) нагнетается в распылитель жидкости (12) и нагретая в нем до температуры 80 - 90^oC распыливается в сжатые низкотемпературные газы. Совмещение в камере взаимодействия поршневой машины (1) газов пониженной температуры при их некотором избыточном давлении и распыленной подогретой воды вызывает образование между ними энергетического процесса диссоциацией их веществ укращенным взрывом на микрочастицы (атомы).

Данный энергетический процесс заканчивается образованием из всей массы вещества низкотемпературного газа.

Переход воды в вещество газов водорода и кислорода энергетическим процессом диссоциации есть мгновенное ее расширение, пропорционально скорости которой снизилась и температура образовавшихся газов, используемых в дальнейшем хладоносителем, а увеличившееся давление (их расширением) заставляет поршень выполнять полезную работу, передавая через коленчатый вал вращение на электрическую обратимую машину с выполнением ею функции генератора. Вырабатываемой при этом электрической энергией полностью обеспечивается работа холодильника.

Таким образом поршневая машина переходит в режим работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС), но с выделением в ее отработавших газах не теплоты, а холода.

Работа поршневой машины в дальнейшем протекает в режиме ДВС двухтактного действия.

При достижении поршнем нижней мертвой точки открывается выпускной клапан (13) и последующим его движением в верхнее положение образовавшиеся низкотемпературные газы выталкиваются через открытый выпускной клапан (13) по газотрубопроводу (14), через обратный клапан (15), низкотемпературный теплообменник (16), теплообменник охлаждаемых газов (17), через высокотемпературный теплообменник (18) в ресивер низкого давления (19), где не диссоциировавшие частицы воды выпадают в осадок, а газы водородом-кислородом в смеси с атмосферным (или другим) газом через открытый электромагнитный клапан (20), обратный клапан (21) поступают по газотрубопроводу (22) во внешнюю камеру сгорания (23), где постоянно действующим электроискровым воспламенением водородно-кислородная смесь воспламеняется и высокотемпературными газами поступает через высокотемпературный теплообменник (18), подогреватель (24) блока поршневой машины (1) и затем конденсатом газов в емкость воды (8), в которой газ, отделяясь от воды, поступает в компрессор высокого давления (25), работой которого через обратный клапан (26) по газотрубопроводу (27) и теплообменнику охлаждения газов (14) поступает в ресивер высокого давления (3).

Образующийся конденсат жидкости в ресивере высокого давления (3) и в ресивере низкого давления (19) автоматически по своим конденсатопроводам (28) отводится в емкость воды (8).

При достижении поршнем верхней мертвой точки выпускной клапан (13) закрывается, а спустя 2 - 6 градусов поворота коленчатого вала, открывается впускной клапан (7) и цикл повторяется.

При набирании холода поршневой машиной (1) она может переохладиться также, как перегреваются двигатели внутреннего сгорания.

Чтобы избежать этого предусмотрен ее обогреватель (24), выполненный тепловой рубашкой блока поршневой машины (1). Увеличение оборотов поршневой машины (1) достигается увеличением количества распыливаемой воды распылителем жидкости (12), регулируемой регулятором расхода воды (11), с постоянно включенным электроподогревателем (30).

Необходимость постоянного включения в работу электроподогревателя (30) связано с понижением температуры блока и крышки цилиндра поршневой машины (1) при вырабатывании холода.

Снижение температуры поршневой машины (1), даже до минус 100^oC, не избавит воду от кристаллизации лишь одна термоизоляция (29), требуется еще и подогреватель, которым при снижении температуры камеры взаимодействия возможно поддержание температуры распыливаемой воды в распылителе (12) до плюс 18 - 20^oC. Эта величина температуры распыливаемой воды достаточна для образования энергетического процесса, ее диссоциацией, при снижении температуры газов до минус 30 - 35^oC.

При достижении поршневой машины (1) расчетной отрицательной температуры количество подаваемого сжатого воздуха уменьшается или полностью прекращается, т. к. температура остаточных газов в камере взаимодействия ниже температуры поступающего в него расширением сжатого газа. Остаточного газа низкой температуры достаточно для образования энергетического процесса с распыливаемой в их состав подогретой водой. При снижении температуры остаточных газов ниже минус 150^oC давление на момент распыливания воды сжатых газов снижается. Это достигается полным блокированием их поступления, а остаточные газы регулируются давлением в широком диапазоне: при движении поршня в нижнее положение поворотом коленчатого вала на угол до 90 градусов, в интервале которого и распыливается вода.

Остановка работы холодильника достигается обесточиванием электромагнитных клапанов (4) и (20), циркуляционного насоса (10) и компрессора высокого давления (25).

При длительных перерывах работы холодильника обесточивается и электроподогреватель (30).

Предлагаемый холодильник выгодно отличается от противопоставленного как возможностью получения им энергии и холода, так еще и возможностью использования его работы для опреснения морской воды.

Диссоциация морской воды при распыливании ее в сжатые низкотемпературные газы позволяет получить ее водород и кислород веществом газов, а все содержащиеся в морской воде соли выпадают в осадок. Сжиганием водорода в кислороде опять образуется вода, что можно осуществлять в двигателе внутреннего сгорания, сблокировав его систему охлаждения с системой подогрева поршневой машины, также работающей в режиме двигателя. Выпавшие в осадок соединения солей воды служат ценным сырьем для химической промышленности.

Холодильник может быть также использован для получения воды в безводных пустынях путем пропускания раскаленного атмосферного воздуха через низкотемпературный теплообменник, что приводит к выделению конденсата воды.

Энергетическим процессом предлагаемого способа можно также обезвреживать любое агрессивное вещество газов, например боевых отравляющих газов. При этом не требуется существенных затрат и отсутствует экологический риск. Необходим лишь аналогичный двигатель, но со специальным антикоррозийным покрытием его рабочего органа.

Преимущество предлагаемого способа и его устройства - в возможности работы на этом принципе любых двигателей внутреннего взаимодействия, которые не только не будут загрязнять окружающую среду, но и не будет фактора перегрева атмосферы выбросами высокотемпературных газов.

Таким образом, создается возможность отказа от экологически вредных способов получения энергии: таких как сжигание углеводородных топлив и использование энергии ядерного распада.

Увеличить эффективность работы холодильников можно и не прибегая к образованию энергетического процесса диссоциацией распыливаемой воды на водород и кислород, а подачей газов рабочим давлением на поршень в интервале поворота коленчатого вала на угол 35 - 45 градусов. Последующим инерционным движением поршня можно доводить снижение давления газов до атмосферного и ниже. Естественно, поршневая машина в этом случае должна работать без нагрузки, а ее поршень должен быть выполнен из сверхлегких композитных материалов, обладающих высокой хладостойкостью и термоизоляционными свойствами (возможно из углепластика).

Схема такого холодильника изображена на фиг. 2.

Холодильник выполнен поршневой машиной, содержащей в крышке цилиндров впускные и выпускные клапаны, контур циркуляции рабочего тела, включающий в себя ресивер высокого давления, соединенный с рабочим органом поршневой машины газотрубопроводом через электромагнитный клапан, регулятор расхода газов и впускной клапан, а отходящим газотрубопроводом через выпускной клапан, обратный клапан низкотемпературный теплообменник, теплообменник охлаждения газов, через компрессор высокого давления и обратный клапан с ресивером высокого давления. Отличается он тем, что с целью увеличения эффективности процесса получения холода более низких температур электропривод компрессора высокого давления соединен дополнительно с приводной шестерней маховика поршневой машины через электромагнитную муфту, а корпус поршневой машины теплоизолирован.

На фиг. 2 изображена схема второго варианта холодильника, который состоит из поршневой машины (1), компрессора высокого давления (2), электромагнитной муфты (3), ресивера высокого давления (4), электромагнитного клапан (5), термоизолированного газотрубопровода (6), регулятора расхода газов (7), впускного клапана (8), выпускного клапана (9), обратного клапана (9a), низкотемпературного теплообменника (10), теплообменника охлаждения газов (11) и обратного клапана (12).

Поршневая машина (1) сблокирована вращением своего коленчатого вала с электродвигателем компрессора высокого давления (2) через электромагнитную муфту (3) с приводной шестерней маховика поршневой машины (1) (по принципу стартера).

Ресивер высокого давления (4) сообщен с рабочим органом поршневой машины газотрубопроводами через электромагнитный клапан (5), термоизолированным газотрубопроводом (6) через регулятор расхода газов (7), впускной клапан (8), выпускной клапан (9), обратный клапан (9а), низкотемпературный теплообменник (10), теплообменник охлаждения газов (11), через компрессор высокого давления (2), через обратный клапан (12), через теплообменник охлаждения газов (11) с ресивером высокого давления (4).

Исходное состояние работы холодильника.

Поршневая машина (1) не работает. Обесточены электродвигатель компрессора (2), электромагнитная муфта (3) и электромагнитный клапан (5). Ресивер высокого давления (4) наполнен сжатым атмосферным газом давлением 12 - 20 (и более) кгс/см². Регулятор расхода сжатых газов (7) (газовый вентиль) закрыт.

Запуск в работу холодильника осуществляется вращением коленчатого вала поршневой машины (1) электродвигателем компрессора (2). Одновременно подается питание на электромагнитную муфту (3) и электромагнитный клапан (5), и открывается регулятор расхода газов (7).

Газораспределительный вал поршневой машины (1) сблокирован с ее впускным клапаном таким образом, что он открывается при достижении поршнем верхней мертвой точки, спустя 2 - 6 градусов поворота коленчатого вала, а закрывается при повороте коленчатого вала на угол 35 - 45 градусов. Выпускной клапан открывается при достижении поршнем нижней мертвой точки и закрывается при достижении поршнем верхней мертвой точки.

При вращении коленчатого вала поршневой машины (1) ее поршень совершает возвратно-поступательное движение. При достижении поршнем верхней мертвой точки, спустя 2 - 6 градусов поворота коленчатого вала, открывается впускной клапан (8) и избыточного давления газ из ресивера высокого давления (4) через открытый электромагнитный клапан (5), по термоизолированному газотрубопроводу (6), через регулятор расхода газов (7) и открытый впускной клапан (8) поступает в рабочий орган поршневой машины (1), перепадом давления создавая собой рабочее давление на поршень, в результате чего поршневая машина (1) переходит работать в режим пневмодвигателя и электромагнитная муфта (3) обесточивается.

Фактор понижения температуры получаемого холода в зависимости от скорости расширения хладореагента заложен в основу и этого устройства.

Вначале поступлением сжатого воздуха в постоянно увеличивающийся объем системы, что имеет место в пределах поворота коленчатого вала от 2 - 6 до 35 - 45 градусов, затем увеличением скорости движения поршня. В зависимости от скорости вращения коленчатого вала поршневой машины, достигается и скорость расширения хладореагентов, прогрессирующая с увеличением его оборотов, что позволяет в бытовых холодильниках получить снижение температуры до минус 40 - 50^oC.

Полученным запасом энергии в маховике от поступивших перепадом давления газов поршень при достижении нижней мертвой точки продолжает движение в верхнее положение, выталкивая при этом расширившиеся низкотемпературные газы через открытый выпускной клапан (9), обратный клапан (9а) в низкотемпературный теплообменник (10), где они отдают полученный их расширением холод и, повышаясь температурой, поступают в теплообменник охлаждения газов (11), после чего компрессором высокого давления (2) перекачиваются через обратный клапан (12) и змеевик охлаждения газов в ресивер высокого давления (4).

При работе поршневой машины (1) вращением ее сжатыми газами ее обороты могут развиваться до максимальных и это не только не сопровождается расходом энергии на получение холода, но еще достигается и ее снижение относительно увеличения количества получаемого холода и снижения температуры традиционными способами.

Снижению температуры получаемого холода способствует еще и то обстоятельство, что поршневая машина снижается своей температурой, а с целью исключения ее нагревания теплотой окружающей среды корпус поршневой машины термоизолирован.

Таким устройством бытового холодильника достигается сокращение эксплуатационных расходов, т. к. хладореагент не требует затрат на его транспортировку, хранение и заправку холодильников.

Кроме того, предлагаемый холодильник дешевле и проще в изготовлении. Ему не требуется большое количество цветных металлов, а использование хладореагентом атмосферного воздуха делает его экологически чистым.

Формула изобретения

1. Способ получения холода расширением хладореагента в поршневой машине, отличающийся тем, что хладореагент веществом сжатого или сжиженного воздуха, сжатым или сжиженным углекислым газом, сжатым или сжиженным гелием, или иным сжатым или сжиженным газом расширен в камере взаимодействия вращающейся поршневой машины поступлением в нее после прохождения поршнем верхней мертвой точки, спустя 2 - 6^o поворота коленчатого вала, а с окончанием их поступления в интервале поворота коленчатого вала на угол 35 - 45^o в низкотемпературный состав поступивших газов; при их избыточном давлении распылена вода в интервале поворота коленчатого вала, не доходя поршнем нижней мертвой точки, на угол 135, 90^o, при этом температура сжатых или сжиженных газов до их расширения не выше температуры окружающей среды, а температура распыливаемой воды выше температуры окружающей среды.

2. Холодильник, выполненный поршневой машиной, содержащий в крышке цилиндра впускные и выпускные клапаны, камеру взаимодействия, сообщауюся трубопроводами, замкнутыми контурами с ресивером низкого и высокого давления, компрессор высокого давления, циркуляционный насос и низкотемпературный теплообменник, теплообменник охлаждения газов, отличающийся тем, что содержит внешнюю камеру сгорания и электродвигатель, выполненный обратной электрической машиной и размещенный на валу поршневой машины, обратные и электромагнитные клапаны, высокотемпературный теплообменник, при этом поршневая машина дополнительно оборудована емкостью жидкости с содержанием в ней и газов, которая сообщена с камерой взаимодействия трубопроводом жидкости через циркуляционный насос, регулятор расхода жидкости и импульсный распылитель жидкости, а содержащимися в ней газами газотрубопроводом через компрессор высокого давления, обратный клапан, теплообменник охлаждения газов, ресивер высокого давления, электромагнитный клапан, регулятор расхода газов и впускной клапан, где внешняя камера сгорания и высокотемпературный теплообменник соединены с емкостью жидкости через обогреватель блока поршневой машины, и ресивер высокого и ресивер низкого давления дополнительно сообщены с емкостью жидкости своими автономными дренажными трубопроводами, а распылитель жидкости термоизолирован от корпуса крышки цилиндра и содержит в себе электроподогреватель.

3. Холодильник, выполненный поршневой машиной, содержащей в крышке цилиндров впускные и выпускные клапаны, контур циркуляции рабочего тела, включающий в себя ресивер высокого давления, соединенный с рабочим органом поршневой машины газотрубопроводом через электромагнитный клапан, регулятор расхода газов и выпускной клапан, а отходящим газотрубопроводом через выпускной клапан, обратный клапан, низкотемпературный теплообменник, теплообменник охлаждения газов, через компрессор высокого давления и обратный клапан с ресивером высокого давления, отличающийся тем, что электропривод компрессора высокого давления соединен дополнительно с приводной шестерней маховика поршневой машины через электромагнитную муфту, а корпус поршневой машины термоизолирован.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2