ГЕНЕРАТОР

1. Генератор, включающий
- теплоразностный модуль, содержащий
- первый, высокотемпературный, источник, выполненный с возможностью снабжения рабочей средой, имеющей высокую температуру,
- второй, низкотемпературный, источник, выполненный с возможностью снабжения рабочей средой, имеющей низкую температуру, и
- тепловой механизм, находящийся во флюидном сообщении с упомянутыми первым источником и вторым источником и выполненный с возможностью поддержания перепада температур между ними по меньшей мере одним из следующих способов:
- путем передачи тепла рабочей среде в первом источнике,
- путем отвода тепла от рабочей среды во втором источнике,
- модуль обеспечения давления, содержащий среду с высоким давлением, находящуюся в выборочном флюидном сообщении с рабочей средой из первого, высокотемпературного, источника и рабочей средой из второго, низкотемпературного, источника с целью обеспечения чередующегося процесса теплообмена с вышеупомянутыми высокотемпературной и низкотемпературной рабочими средами, при этом обеспечены флуктуации ее температуры между минимальной рабочей температурой и максимальной рабочей температурой, соответствующими упомянутым высокой и низкой температурам соответствующей рабочей среды,
- модуль превращения энергии, находящийся в механическом соединении со средой, находящейся под высоким давлением и выполненный с возможностью использования флуктуаций температуры среды с высоким давлением для производства выходной энергии, и
- средство регенерации тепла, находящееся в термальном сообщении по меньшей мере с теплоразностным модулем или с модулем обеспечения давления, или же с тем и с другим, и выполненное с возможностью получения порции тепловой энергии от высокотемпературной и низкотемпературной рабочей среды, которая не была передана среде, находящейся под высоким давлением, в ходе упомянутого процесса теплообмена, и перенаправления упомянутой тепловой энергии обратно к теплоразностному модулю или к модулю обеспечения давления,
при этом передача тепла рабочей среде осуществляется в ходе процесса теплообмена со вспомогательной высокотемпературной текучей средой.
2. Генератор по п. 1, в котором один из источников: первый, высокотемпературный, источник или второй, низкотемпературный, источник находится в термальном сообщении с внешней окружающей средой.
3. Генератор по п. 1, в котором модуль обеспечения давления содержит больше одной емкости высокого давления, каждая из которых находится во флюидном сообщении с теплоразностным модулем.
4. Генератор по п. 1, в котором средство регенерации тепла содержит по меньшей мере один температурно-градиентный резервуар, находящийся во флюидном сообщении с выпускным концом модуля обеспечения давления и выполненный с возможностью поддержания разности между температурами по меньшей мере двух частичных объемов рабочей среды, находящихся в температурно-градиентном резервуаре одновременно.
5. Генератор по п. 4, в котором упомянутый температурно-градиентный резервуар снабжен проточным лабиринтом, выполненным с возможностью предотвращения перемешивания между упомянутыми по меньшей мере двумя частичными объемами.
6. Генератор по п. 5, в котором максимальный размер упомянутого проточного лабиринта в его поперечном сечении существенно меньше его общей длины.
7. Генератор по любому из пп. 1-6, дополнительно содержащий теплонакопительный узел, выполненный с возможностью хранения по меньшей мере части выходной энергии, причем упомянутый теплонакопительный узел содержит нагревательные элементы и вспомогательный тепловой насос, при этом теплонакопительный узел является источником высокотемпературной / низкотемпературной среды для внешнего потребителя, в упомянутом теплонакопительном узле содержится накопительная среда, и упомянутая по меньшей мере часть выходной энергии использована для нагревания и(или) охлаждения упомянутой накопительной среды.
8. Генератор по п. 1, в котором первый, высокотемпературный, источник представлен внешней установкой.
9. Генератор по п. 8, в котором упомянутая внешняя установка является
- энергетической установкой, при этом высокотемпературной текучей средой является отработанная нагретая вода и(или) пар, выпускаемый из упомянутой энергетической установки,
- солнечной энергетической установкой, выполненной с возможностью подачи в генератор высокотемпературной текучей среды, или
- камерой сгорания, выполненной с возможностью передачи тепла рабочей текучей жидкости.
10. Генератор по любому из пп. 1-6, содержащий по меньшей мере одну нагревательную емкость, выполненную с возможностью способствовать теплообмену между рабочей текучей средой и нагретой текучей средой от внешней установки, при этом упомянутая нагревательная емкость содержит канал-сердечник.
11. Генератор по п. 4, дополнительно содержащий радиатор, выполненный с возможностью охлаждения текучей среды, содержащейся в температурно-градиентном резервуаре, путем теплообмена с окружающей средой.
12. Генератор по п. 11, выполненный с возможностью обеспечивать условия для теплообмена между окружающим воздухом и текучей средой, содержащейся в температурно-градиентном резервуаре, при этом радиатор имеет отверстие, связанное с камерой сгорания и обеспечивающее возможность подачи в камеру сгорания окружающего воздуха, нагретого в результате теплообмена.
13. Генератор по любому из пп. 1-6, в котором емкость высокого давления включает корпус, снабженный выступами, отходящими от его внутренней поверхности внутрь, и снабжена совокупностью канал-сердечниковых узлов, расположенных последовательно вдоль ее центральной оси, при этом каждый канал-сердечниковый узел содержит наружный кожух и внутренний элемент, при этом канал-сердечниковые узлы делят внутреннее пространство корпуса емкости высокого давления на внутреннюю область, заключенную внутри канал-сердечниковых узлов, и внешнюю область, заключенную между внешней поверхностью упомянутых наружных кожухов канал-сердечниковых узлов и внутренней поверхностью корпуса емкости высокого давления, при этом канал-сердечниковые узлы расположены таким образом, что по меньшей мере часть наружного кожуха двух соседних канал-сердечниковых узлов образует между собой зазор, обеспечивающий возможность размещения в нем упомянутого выступа с образованием внутри внешней области первого изогнутого пути протекания.
14. Генератор по любому из пп. 1-6, содержащий нагнетатель, выполненный с возможностью обеспечения циркуляции рабочей среды внутри емкости высокого давления с целью повышения эффективности процесса теплообмена.
15. Генератор по любому из пп. 1-6, в котором упомянутая емкость высокого давления имеет цилиндрическую форму и снабжена дополнительным ответвлением, придающим емкости высокого давления в ее продольном сечении в целом Т-образную форму, при этом упомянутая емкость высокого давления содержит вращаемый канал-сердечник, выполненный с возможностью отведения среды, находящейся под высоким давлением, из упомянутого ответвления с обеспечением ее циркуляции внутри емкости высокого давления и подачи ее обратно в ответвление.
16. Генератор по любому из пп. 1-6, в котором упомянутая рабочая среда способна приобретать свою высокую температуру в результате теплообмена с другой газовой средой.
17. Генератор по п. 1, содержащий
- средство нагревания для производства высокотемпературной вспомогательной рабочей среды,
- теплообменник, выполненный с возможностью осуществления процесса теплообмена между упомянутой высокотемпературной вспомогательной рабочей средой и упомянутой рабочей средой,
- первый модуль обеспечения давления и второй модуль обеспечения давления,
- первый главный температурно-градиентный резервуар и первый вспомогательный температурно-градиентный резервуар, каждый из которых связан с упомянутым первым модулем обеспечения давления,
- второй главный температурно-градиентный резервуар и второй вспомогательный температурно-градиентный резервуар, каждый из которых связан с упомянутым вторым модулем обеспечения давления,
- первый вспомогательный температурно-градиентный резервуар и второй вспомогательный температурно-градиентный резервуар, находящиеся во флюидном сообщении с упомянутым теплообменником,
- по меньшей мере одно средство регенерации, связанное с первым вспомогательным температурно-градиентным резервуаром и(или) вторым вспомогательным температурно-градиентным резервуаром для отвода от него (них) тепла, при этом упомянутое средство регенерации тепла связано также с упомянутым нагревательным средством для отвода от него тепла, и
- пункт распределения, который связан с центральным трубопроводом и с упомянутыми первым и вторым главными температурно-градиентными резервуарами.
18. Генератор по п. 17, содержащий три контура протекания текучей среды
- периферийный контур, образуемый всеми компонентами за исключением упомянутых средства нагревания и теплообменника,
- первый контур, образуемый упомянутыми средством нагревания, теплообменником, первым главным температурно-градиентным резервуаром, первым модулем обеспечения давления и первым вспомогательным температурно-градиентным резервуаром, и
- второй контур, образуемый упомянутыми средством нагревания, теплообменником, вторым главным температурно-градиентным резервуаром, вторым модулем обеспечения давления и вторым вспомогательным температурно-градиентным резервуаром.
19. Способ генерирования выходной энергии с помощью генератора по любому из пп. 1-18, при котором осуществляют по меньшей мере следующие стадии:
(0) между упомянутой рабочей средой и упомянутой вспомогательной рабочей средой выполняют процесс теплообмена с целью повышения температуры упомянутой рабочей среды в упомянутом первом источнике,
H
РМАХ
H-COOLED
(I) высокотемпературную рабочую среду, имеющую температуру T, подают в модуль обеспечения давления и обеспечивают процесс его теплообмена со средой, находящейся под высоким давлением, обеспечивая, тем самым, повышение температуры среды, находящейся под высоким давлением, до максимального значения Т и, следовательно, понижение температуры высокотемпературной рабочей среды до значения T,
H-COOLED
H
(II) высокотемпературную рабочую среду, имеющую температуру T, возвращают для выполнения стадии (0), так чтобы ее температура снова поднялась до значения T,
L
PMIN
L-HEATED
(III) низкотемпературную рабочую среду, имеющую температуру T, подают в модуль обеспечения давления для осуществления процесса теплообмена со средой, находящейся под высоким давлением, обеспечивая, тем самым, понижение температуры среды, находящейся под высоким давлением, до минимального рабочего значения T и, следовательно, повышение температуры низкотемпературной рабочей среды до значения T, и
L-HEATED
L
(IV) низкотемпературную рабочую среду, имеющую температуру T, возвращают во второй, низкотемпературный, источник с отводом от этой низкотемпературной рабочей среды тепла с целью понижения ее температуры снова до значения T,
L
PMAX
PMIN
H
при этом T≤T, a T≤T.
20. Способ по п. 19, который осуществляют с использованием генератора, содержащего по меньшей мере один температурно-градиентный резервуар и при котором дополнительно выполняют следующие стадии:
между стадиями (III) и (IV) выполняют стадию (III'), на которой после выхода из модуля обеспечения давления низкотемпературную рабочую среду подают в температурно-градиентный резервуар, накапливая ее в нем, и
PINTER
L
между стадиями (V) и (I) выполняют стадию (V″), на которой нагретую низкотемпературную рабочую среду, которая накоплена в упомянутом температурно-градиентном резервуаре, подают в модуль обеспечения давления с целью обеспечения процесса теплообмена со средой, находящейся под высоким давлением, обеспечивая, тем самым, повышение температуры среды, находящейся под высоким давлением, до промежуточного рабочего значения T, и, следовательно, понижение температуры накопленной низкотемпературной рабочей среды до значения, которое ближе к значению T.
21. Способ по п. 19, осуществляемый с использованием генератора, содержащего по меньшей мере один температурно-градиентный резервуар, и при котором дополнительно осуществляют следующие стадии:
между стадиями (I) и (II) выполняют стадию (I″), на которой после выхода из модуля обеспечения давления высокотемпературную рабочую среду подают в температурно-градиентный резервуар, накапливая ее в нем, и
PINTER
L
между стадиями (II) и (III) выполняют стадию (II″), на которой охлажденную высокотемпературную рабочую среду, которая накоплена в упомянутом температурно-градиентном резервуаре, подают в модуль обеспечения давления с целью обеспечения процесса теплообмена со средой, находящейся под высоким давлением, обеспечивая, тем самым, понижение температуры среды, находящейся под высоким давлением, до промежуточного рабочего значения T, и, следовательно, повышение температуры накопленной низкотемпературной рабочей среды до значения, которое ближе к значению T.
22. Способ по п. 21, при котором стадии (III′) и (I″) выполняют в режиме «последним вошел - первым вышел», при этом частичный объем рабочей среды, поступающий в температурно-градиентный резервуар первым, на стадиях (V″) и (II″), соответственно, выходит из него в модуль обеспечения давления последним.
23. Способ генерирования выходной энергии с помощью генератора по любому из пп. 1-18, при котором выполняют следующие стадии:
- первую главную стадию, которая состоит в блокировании упомянутого первого, высокотемпературного, источника и пропускании рабочей текучей среды в направлении против часовой стрелки только вокруг упомянутого периферийного контура,
- первую вспомогательную стадию, которая состоит в блокировании упомянутого первого контура и обеспечении циркулирования рабочей среды в направлении против часовой стрелки вокруг упомянутого первого контура,
- вторую главную стадию, которая состоит в блокировании упомянутого первого, высокотемпературного, источника и пропускании рабочей текучей среды в направлении по часовой стрелке только вокруг упомянутого периферийного контура, и
- вторую вспомогательную стадию, которая состоит в блокировании упомянутого второго контура и обеспечении циркулирования рабочей среды в направлении по часовой стрелке вокруг упомянутого второго контура,
при этом на каждой из главных стадий через емкости высокого давления обеспечивают циркулирование рабочей среды в большем объеме, чем на вспомогательных стадиях.
24. Способ по п. 23, при котором количество рабочей среды, которую пропускают через среду, находящуюся под высоким давлением, в ходе выполнения главных стадий, превышает количество рабочей среды, для которой обеспечивают циркулирование через емкости высокого давления в ходе выполнения вспомогательных стадий, приблизительно в 1,5 раза.
25. Способ по п. 23, при котором в ходе выполнения вспомогательных стадий осуществляют охлаждение среды, находящейся под высоким давлением, в емкостях высокого давления путем подачи в них рабочей среды, градиентированной по температуре от частичного объема, имеющего самую высокую температуру, до частичного объема, имеющего самую низкую температуру.
26. Способ по п. 23, при котором в ходе выполнения вспомогательных стадий осуществляют нагревание среды, находящейся под высоким давлением, в емкостях высокого давления путем подачи в них рабочей среды, градиентированной по температуре от частичного объема, имеющего самую низкую температуру, до частичного объема, имеющего самую высокую температуру.
27. Способ по п. 23, при котором в ходе выполнения каждой из главных стадий в периферийный контур протекания текучей среды подают дополнительное количество высокотемпературной рабочей среды.
28. Система теплообмена, содержащая
- теплообменник, выполненный с возможностью осуществления процесса теплообмена между первой средой и второй средой и содержащий первый впускной порт, выполненный с возможностью приема упомянутой первой среды, и второй впускной порт, выполненный с возможностью приема упомянутой второй среды,
а
b
a
b
a
- температурно-градиентный резервуар, имеющий по меньшей мере выпускной конец для выпускания упомянутой первой среды, при этом упомянутый температурно-градиентный резервуар выполнен с возможностью вмещения упомянутой первой среды и поддержания разницы температур по меньшей мере одновременно содержащихся в нем двух частичных объемов первой среды, при этом первый рабочий объем первой среды имеет температуру Т и непосредственно связан с упомянутым выпускным концом, а второй частичный объем первой среды имеет температуру T, которая ниже температуры T(T<T), и
- упомянутый выпускной конец температурно-градиентного резервуара сообщен с упомянутым первым впускным портом упомянутого теплообменника.
с
b
c
b
29. Система теплообмена по п. 28, дополнительно включающая резервуар, содержащий упомянутую первую текучую среду, имеющую температуру Т, которая не превышает температуры T(T≤T).
30. Способ охлаждения второй среды с помощью системы теплообмена по любому из пп. 28 или 29, при котором выполняют следующие стадии:
а
(а) в первый впускной порт теплообменника подают первый частичный объем первой среды, имеющий температуру Т,
b
(б) в первый впускной порт теплообменника подают второй частичный объем первой среды, имеющий температуру T, и
с
(в) в первый впускной порт теплообменника подают первую текучую среду, имеющую температуру Т.