Спосіб перетворення тепла в гідравлічну енергію і пристрій для його здійснення

Номер патенту: 102975

Опубліковано: 27.08.2013

Автор: Строганов Алєксандр Анатольєвіч

Є ще 21 сторінка.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Спосіб перетворення тепла в гідравлічну енергію, що включає нагнітання робочої рідини в рідинний резервуар щонайменше одного із двох або більше пневмогідравлічних акумуляторів (далі - акумуляторів) зі стискуванням газу в його газовому резервуарі, розширення газу в газовому резервуарі щонайменше одного акумулятора з витисненням робочої рідини з його рідинного резервуара, а також підведення тепла до газу й відвід тепла від газу, здійснені так, що середня температура газу при розширенні вище, ніж при стискуванні, який відрізняється тим, що тепло до газу підводять, пропускаючи газ через більш гарячий теплообмінник, а відводять тепло від газу, пропускаючи газ через інший, більш холодний, теплообмінник, причому газ пропускають через зазначені теплообмінники між газовими резервуарами різних акумуляторів.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що стінки газового резервуара щонайменше одного з акумуляторів підтримують більш холодними й пропускають у нього газ через більш холодний теплообмінник, а стінки газового резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора підтримують більш гарячими й пропускають у нього газ через більш гарячий теплообмінник.

3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що стінки рідинного резервуара щонайменше одного з акумуляторів і робочу рідину в ньому підтримують більш холодними, а стінки рідинного резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора й робочу рідину в ньому підтримують більш гарячими.

4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що робочу рідину, що витісняється щонайменше з одного акумулятора, пропускають через рідинний теплообмінник, що регенерує, а при нагнітанні робочої рідини в цей акумулятор її пропускають через цей же рідинний теплообмінник, що регенерує, у зворотному напрямку.

5. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що більш гарячу робочу рідину відокремлюють від більш холодної робочої рідини щонайменше одним рухливим теплоізолятором.

6. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що у більш холодному рідинному резервуарі використовують одну робочу рідину, а в більш гарячому рідинному резервуарі використовують іншу робочу рідину, причому ці різні робочі рідини розділяють щонайменше одним рухливим роздільником.

7. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що використовують щонайменше три акумулятори, причому щонайменше у двох з них стінки газових резервуарів підтримують більш холодними й пропускають між ними газ зі стиском через більш холодний теплообмінник.

8. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що використовують щонайменше три акумулятори, причому щонайменше у двох з них стінки газових резервуарів підтримують більш гарячими й пропускають між ними газ із розширенням через більш гарячий теплообмінник.

9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що щонайменше в одному акумуляторі стінки газового резервуара відокремлюють від потоку нагрітого газу засобами теплозахисту.

10. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в газовому резервуарі щонайменше одного акумулятора газовим циркуляційним насосом створюють змушену конвекцію газу.

11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що змушену конвекцію створюють, пропускаючи газ газовим циркуляційним насосом щонайменше через один теплообмінник з відбором газу з газового резервуара зазначеного акумулятора й поверненням газу в цей же газовий резервуар.

12. Спосіб за п. 10 або 11, який відрізняється тим, що газовий циркуляційний насос приводять до руху гідромотором, який приводять до руху рідиною, що протікає між цим гідромотором і рідинним резервуаром щонайменше одного із зазначених акумуляторів.

13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перетворення проводять по циклу, у якому щонайменше на однійстадії від газу відводять тепло з охолодженням газу й щонайменше на одній стадії до газу підводять тепло з нагріванням газу, причому на стадії з охолодженням газу від нього відводять тепло на теплообмінник, що регенерує, і підводять потім відведене тепло до газу від теплообмінника, що регенерує, на стадії з нагріванням газу.

14. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що використовують гарячий теплоносій як джерело тепла й протиструминний гарячий теплообмінник, через який газ при підведенні тепла пропускають так, що до вхідного в теплообмінник газу тепло підводять від вихідного з теплообмінника теплоносія, а тепло до вихідного з теплообмінника газу підводять від вхідного в теплообмінник теплоносія, причому щонайменше частину цього ж протиструминного гарячого теплообмінника використовують як регенеруючий теплообмінник, пропускаючи газ через цю частину при охолодженні в одному напрямку, а при нагріванні - у зворотному напрямку.

15. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що газ переносять між газовими резервуарами акумуляторів, нагнітаючи рідину в рідинний резервуар щонайменше одного із цих акумуляторів і витісняючи рідину з рідинного резервуара щонайменше одного іншого акумулятора, причому між рідинними резервуарами цих акумуляторів створюють потік рідини так, що різниця тисків між будь-якими частинами рідини в цьому потоці не перевершує 30 % від тиску рідини в тому рідинному резервуарі, у якому її нагнітають, переважно зазначена різниця не перевершує 5 % від зазначеного тиску.

16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що зазначений потік рідини створюють за допомогою гідроперетворювача, що має не менше трьох рідинних портів, причому два його порти з'єднують із рідинними портами акумуляторів, між якими створюють зазначений потік рідини й приводять його в рух іншим потоком рідини, що протікає щонайменше через один інший його порт.

17. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що використовують щонайменше один акумулятор, що включає щонайменше два рідинних резервуари, відділених одним загальним поршневим роздільником від одного газового резервуара, причому зазначений потік рідини створюють, підтримуючи щонайменше в одному рідинному резервуарі цього акумулятора тиск рідини більше, ніж тиск газу в газовому резервуарі цього ж акумулятора, і в іншому, щонайменше в одному, рідинному резервуарі цього акумулятора тиск менше, ніж зазначений тиск газу.

18. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що для нагнітання й витиснення робочої рідини використовують засоби подачі й прийому рідини, що включають лінію з першим тиском і лінію із другим тиском, більшим, ніж перший, а перетворення роблять по циклу, що включає: стадію стиску газу в акумуляторі з більш холодним газовим резервуаром при нагнітанні робочої рідини в його рідинний резервуар від гідроперетворювача, підключеного також до ліній з першим і другим тисками; стадію переносу газу з акумулятора з більш холодним газовим резервуаром через більш гарячий теплообмінник в акумулятор з більш гарячим газовим резервуаром при тиску робочої рідини в акумуляторах більше, ніж другий тиск, зі створенням потоку робочої рідини від рідинного резервуара акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром до лінії із другим тиском, причому цим потоком надають руху гідроперетворювачу, яким створюють потік робочої рідини від акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром до акумулятора з більш холодним газовим резервуаром; стадію розширення газу в акумуляторі з більш гарячим газовим резервуаром при витисненні робочої рідини з його рідинного резервуара в гідроперетворювач, підключений також до ліній з першим і другим тисками, а також стадію переносу газу з акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром через більш холодний теплообмінник в акумулятор з більш холодним газовим резервуаром при тиску робочої рідини в акумуляторах менше, ніж перший тиск, зі створенням потоку робочої рідини від лінії з першим тиском до рідинного резервуара акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром, причому цим потоком надають руху гідроперетворювачу, яким створюють потік робочої рідини від акумулятора з більш холодним газовим резервуаром до акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром.

19. Спосіб за п. 18, який відрізняється тим, що гідравлічну енергію, одержувану при перетворенні тепла, передають у навантаження через гідроперетворювач, два порти якого підключені до зазначених ліній з першим і другим тисками, а два інших порти - до ліній з високими й низьким вихідними тисками.

20. Пристрій для перетворення тепла в гідравлічну енергію, що включає щонайменше два пневмогідравлічних акумулятори, у кожному з яких рідинний резервуар, що сполучається із засобами подачі й прийому рідини, відділений рухливим роздільником від газового резервуара, що сполучається із засобами нагрівання й охолодження, виконаними з можливістю нагрівати й охолоджувати газ, який надходить в них, який відрізняється тим, що засоби нагрівання й охолодження містять щонайменше два газових теплообмінники, установлених з можливістю пропускання через них газу між газовими резервуарами різних акумуляторів, причому засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримувати щонайменше один із цих теплообмінників більш холодним і щонайменше один теплообмінник більш гарячим.

21. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримувати стінки газового резервуара щонайменше одного з акумуляторів більш холодними й пропускати в нього газ через більш холодний теплообмінник, а стінки газового резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора підтримувати більш гарячими й пропускати в нього газ через більш гарячий теплообмінник.

22. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримувати стінки рідинного резервуара щонайменше одного акумулятора й робочу рідину в ньому більш холодними, а стінки рідинного резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора й робочу рідину в ньому підтримувати більш гарячими.

23. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають щонайменше один рідинний теплообмінник, що регенерує, що з'єднаний з рідинним резервуаром щонайменше одного акумулятора й виконаний з можливістю відводити тепло від рідини при витисненні її через нього із цього акумулятора й підводити відведене тепло до рідини при нагнітанні її через нього назад у цей акумулятор.

24. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають щонайменше один рідинний буфер, що включає два рідинних резервуари, розділених рухливим теплоізолятором.

25. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають щонайменше один рідинний буфер, що включає два рідинних резервуари, розділених рухливим роздільником.

26. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що включає щонайменше три акумулятори, а засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримки стінок газових резервуарів щонайменше двох з акумуляторів більш холодними й пропускання газу між ними через більш холодний газовий теплообмінник.

27. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що включає щонайменше три акумулятори, а засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримки стінок газових резервуарів щонайменше двох з акумуляторів більш гарячими й пропускання газу між ними через більш гарячий газовий теплообмінник.

28. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що щонайменше один акумулятор оснащений засобами теплозахисту, виконаними з можливістю відокремлювати стінки газового резервуара акумулятора від вхідного потоку газу.

29. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що засоби нагрівання й охолодження включають щонайменше один газовий циркуляційний насос, встановлений з можливістю створення змушеної конвекції газу в газовому резервуарі щонайменше одного акумулятора.

30. Пристрій за п. 29, який відрізняється тим, що газовий резервуар щонайменше одного акумулятора сполучається із засобами нагрівання й охолодження щонайменше двома газовими лініями з можливістю відбору газу газовим циркуляційним насосом із зазначеного газового резервуара через одну із зазначених газових ліній, пропускання відібраного газу щонайменше через один газовий теплообмінник і повернення газу в той же газовий резервуар через іншу газову лінію.

31. Пристрій за п. 29, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають щонайменше один гідромотор, кінематично зв'язаний щонайменше з одним газовим циркуляційним насосом, причому гідромотор встановлений з можливістю надавання руху потоком рідини між ним і рідинним резервуаром щонайменше одного акумулятора.

32. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що щонайменше один газовий теплообмінник виконаний з можливістю відводити тепло від газу при пропусканні через нього газу в одному напрямку й підводити відведене від газу тепло до газу при пропусканні через нього газу у зворотному напрямку.

33. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що щонайменше в одному газовому теплообміннику виконані канали для пропускання зовнішнього теплоносія з можливістю підводити до газу тепло від цього теплоносія так, що до вхідного в теплообмінник газу тепло підводиться від вихідного з теплообмінника зовнішнього теплоносія, а тепло до вихідного з теплообмінника газу підводиться від вхідного в теплообмінник зовнішнього теплоносія, причому в зазначеному теплообміннику виконаний щонайменше один додатковий газовий порт, а засоби нагрівання і охолодження містять щонайменше один канал, що з'єднує додатковий газовий порт із газовим резервуаром щонайменше одного акумулятора й виконані з можливістю замикати цей канал.

34. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають засоби міжакумуляторної передачі рідини, виконані з можливістю створення потоку рідини між рідинними резервуарами щонайменше двох акумуляторів так, що різниця тисків між будь-якими частинами рідини в цьому потоці не перевершує 30 % від тиску рідини в тому рідинному резервуарі, у який її нагнітають, переважно зазначена різниця не перевершує 5 % від зазначеного тиску.

35. Пристрій за п. 34, який відрізняється тим, що засоби міжакумуляторної передачі рідини включають щонайменше один гідроперетворювач щонайменше із трьома рідинними портами, який встановлений з можливістю сполучатися двома своїми портами з рідинними резервуарами щонайменше двох акумуляторів і створювати між ними потік рідини при протіканні рідини через інший, щонайменше через один, його порт.

36. Пристрій за п. 34, який відрізняється тим, що щонайменше один акумулятор включає щонайменше два рідинних резервуари, відділених одним загальним поршневим роздільником від одного газового резервуара, а засоби міжакумуляторної передачі рідини виконані з можливістю створення потоку рідини між щонайменше одним з рідинних резервуарів цього акумулятора й щонайменше одним рідинним резервуаром іншого акумулятора.

37. Пристрій за п. 34, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини містять першу й другу лінії з можливістю підтримувати в них перший і другий тиски відповідно, а також гідроперетворювач щонайменше із трьома портами, встановлений з можливістю з'єднання із двома зазначеними лініями й обміну рідиною з рідинним резервуаром щонайменше одного акумулятора при тисках, що відмітні від тисків у зазначених лініях.

38. Пристрій за п. 37, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають гідроперетворювач щонайменше із чотирма портами, встановлений з можливістю з'єднання двох портів із зазначеними першою й другою лініями, а двох інших портів - із двома вихідними лініями, і підтримки у вихідних лініях тисків, що відмітні від зазначених тисків у першій і другій лініях.

Текст

Реферат: Спосіб перетворення тепла в гідравлічну енергію включає нагнітання робочої рідини в пневмогідравлічний акумулятор зі стискуванням газу, наступне розширення газу з витисненням робочої рідини з іншого акумулятора, а також підведення тепла до газу й відвід тепла від газу, які виконуються так, що середня температура газу при розширенні вище, ніж при стискуванні. Тепло до газу підводять, переносячи газ через більш гарячий теплообмінник, а відводять тепло від газу, переносячи газ через інший, більш холодний, теплообмінник, причому газ переносять через зазначені теплообмінники між різними акумуляторами. Пристрій для перетворення тепла в гідравлічну енергію включає щонайменше два акумулятори, засоби подачі й прийому рідини, а також засоби нагрівання й охолодження, які містять щонайменш два проточних газових теплообмінники, встановлених з можливістю переносу через них газу між газовими резервуарами різних акумуляторів. Підвищуються ефективність і швидкість перетворення тепла в гідравлічну енергію. Забезпечуються надійність і висока щільність потужності. UA 102975 C2 (12) UA 102975 C2 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується машинобудування і може бути використаний для ефективного перетворення в гідравлічну енергію тепла різних джерел, у тому числі, сонця, двигунів внутрішнього або зовнішнього згоряння, високотемпературних паливних елементів, геотермальних джерел і ін. РІВЕНЬ ТЕХНІКИ Відомий спосіб перетворення тепла в гідравлічну енергію, реалізований у пристрої за патентом US5,579,64. Спосіб включає нагнітання робочої рідини в пневмогідравлічний акумулятор (далі - акумулятор) зі стискуванням газу, а також розширення газу з витисненням рідини з акумулятора, а також підведення тепла до газу й відвід тепла від газу, які виконуються так, що середня температура газу при розширенні вища, ніж при стискуванні. Спосіб реалізований за допомогою пристрою, що включає, щонайменше, два пневмогідравлічних акумулятори (названі авторами "першою і другою посудинами для рідини", "liquid tank"), у кожному з яких рідинний резервуар, що сполучається із засобами подачі й прийому рідини, відділений рухливим роздільником від газового резервуара, що сполучається із засобами нагрівання й охолодження, виконаними з можливістю нагрівати й охолоджувати газ, який поступає в них. Засоби нагрівання й охолодження включають газові ресивери (названі авторами "першою і другою посудинами для газу", "gas vessels"), кожний з яких сполучається з газовим резервуаром відповідного (першого або другого) акумулятора, а також засоби нагрівання й охолодження газу в ресиверах (названі авторами "першими й другими засобами нагрівання й охолодження" відповідно) і систему керування, виконані з можливістю чергувати охолодження й нагрівання газу в ресиверах. Засоби подачі й прийому рідини включають гідравлічні насос і мотор, а також клапани. Тепло до газу в ресивері підводиться від гарячого теплоносія через стінки теплообмінника, що нагріває, який або розміщується зовні ресивера й передає тепло газу через стінки ресивера, або розміщується усередині ресивера і передає тепло газу через власні міцні стінки. В якості гарячого теплоносія пропонується використовувати, наприклад, вихлопні гази двигунів внутрішнього згоряння (далі - ДВЗ). Тепло від газу в ресивері відводиться до зовнішнього охолоджуючого теплоносія або безпосередньо через стінки ресивера, або через міцні стінки окремого охолоджуючого теплообмінника, розташовуваного усередині ресивера. В якості охолоджуючого теплоносія пропонується використовувати навколишнє повітря або воду. Перемикання від підведення тепла до відводу й назад здійснюється вимиканням потоку гарячого теплоносія й включенням потоку охолоджуючого теплоносія й, навпаки, з використанням клапанів. Кожний акумулятор зі своїм ресивером і засобами нагрівання й охолодження є окремим перетворювачем тепла в гідравлічну енергію. Газові резервуари різних акумуляторів не сполучаються, а рідинні резервуари підключені до засобів подачі й прийому рідини через окремі клапани. Для зменшення пульсацій вхідних і вихідних потоків у згаданому пристрої використовуються два й більше таких перетворювача, так, що нагнітанню рідини в акумулятор одного перетворювача відповідає витиснення рідини з акумулятора іншого перетворювача. У кожному такому перетворювачі вищеописаний спосіб реалізований як циклічний процес, який включає чотири послідовних стадії: - нагнітання робочої рідини із засобів подачі й прийому рідини в акумулятор зі стискуванням газу й витисненням його з акумулятора в ресивер і з відводом тепла від газу в ресивері до зовнішнього охолоджуючого теплоносія, - ізохорне нагрівання газу в ресивері шляхом підведення до нього тепла, наприклад, від гарячого теплоносія, - розширення газу з витисненням його з ресивера в акумулятор, з витисненням рідини з акумулятора в засоби подачі й прийому рідини й із продовженням підведення тепла до газу в ресивері, наприклад, від гарячого теплоносія, - ізохорне охолодження газу шляхом відводу тепла від газу в ресивері до зовнішнього охолоджуючого теплоносія. За рахунок підведення до газу тепла на стадіях ізохорного нагрівання й наступного розширення, а також відводу тепла від газу на стадіях ізохорного охолодження й наступного стискування, середня температура (а, отже, і середній тиск) газу при розширенні вище, ніж при стискуванні, тому робота розширення газу перевершує роботу зі стискування газу. У результаті частина тепла перетворюється в додаткову гідравлічну енергію. Однак циклічне нагрівання й охолодження газу відбуваються в тому самому обсязі газового ресивера, що передбачає циклічне нагрівання й охолодження не тільки газу, але й теплообмінників, а також стінок ресивера. Газ при високому тиску (сотні бар), обмінюється 1 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 теплом з теплоносіями при низькому тиску (до одиниць бар для вихлопних газів). Теплообмінники відповідної міцності, так само, як і стінки ресивера, масивні й мають теплоємність істотно (як мінімум, у десятки разів) більше, ніж теплоємність газу в ресивері. У ще більшому ступені (у сотні й тисячі разів) їхня теплоємність перевершує теплоємності атмосферного повітря й вихлопних газів, що прокачуються через теплообмінники за секунду. У результаті теплова інерція пристрою велика, а швидкості охолодження й нагрівання газу малі, що знижує швидкодію й середню питому потужність пристрою і є першим істотним недоліком запропонованого рішення. Нагрівання й охолодження газу в ресивері відбувається за рахунок теплопровідності газу й природної конвекції, що також знижує швидкості нагрівання й охолодження й пов'язану з ними питому потужність. При цьому більша частина тепла зовнішнього джерела витрачається не на перетворення в гідравлічну енергію, а на нагрівання масивних теплообмінників і стінок ресивера, охолоджених на попередній стадії циклу. По закінченні розширення газу тепло, накопичене в теплообміннику, віддається охолодженому теплоносієві й викидається. Тому ефективність використання тепла виявляється низькою, що є другим і найбільш істотним недоліком даного рішення. Пропоноване авторами використання тепла, що відводиться від одного з ресиверів при його охолодженні, для нагрівання іншого ресивера дозволяє зменшити втрати тепла не більш, ніж на 50 %. Додаткові втрати тепла відбуваються при надходженні потоку нагрітого газу в акумулятор, де він обдуває стінки газового резервуара акумулятора й швидко віддає їм тепло. Слід також зазначити, що в запропонованому рішенні підвищення термодинамічної ефективності газового циклу принципово несумісне з підвищенням загальної ефективності перетворення тепла зовнішнього джерела в гідравлічну енергію. Прагнучи до збільшення ефективності газового циклу, автори пропонують нагрівати газ у ресивері доти, поки температура газу в ресивері не наблизиться до температури гарячого теплоносія. Аналогічним чином, пропонується прохолоджувати газ у ресивері до вирівнювання його температури з температурою навколишнього повітря або іншого охолоджуючого теплоносія. Однак, з наближенням температури теплообмінника до температури гарячого теплоносія, частка тепла, що відбирається в теплообмінник від теплоносія, наближається до нуля. Таким чином, незважаючи на ріст термодинамічної ефективності газового циклу, ефективність перетворення тепла зовнішнього джерела в гідравлічну енергію падає ще сильніше. Також падають швидкість і середня потужність, тому що процес вирівнювання температур у ресивері носить асимптотичний характер. Циклічне нагрівання й охолодження корпуса ресивера й теплообмінників, що знаходяться під високим тиском, прискорює їх утомне руйнування й знижує надійність і безпеку запропонованого пристрою. Крім того, необхідність перемикати клапанами потік гарячого теплоносія знижує надійність пристрою, особливо при використанні вихлопних газів ДВЗ, що поєднують високу температуру (до 800-900 °С) з хімічною агресивністю. Відмова клапана, що перемикає потік вихлопних газів може привести або до небезпечного неконтрольованого перегріву газу в ресивері з підвищенням тиску вище гранично припустимого рівня, або до відмови ДВЗ при блокуванні випускного тракту. Таким чином, низька ефективність і швидкість перетворення тепла в гідравлічну енергію, низька питома потужність і низька надійність є основними недоліками запропонованого рішення. Неможливість накопичувати тепло й генерувати гідравлічну енергію при тимчасовому відключенні або ослабленні потоку гарячого теплоносія також є істотним недоліком запропонованого рішення. СУТЬ ВИНАХОДУ Задачею даного винаходу є підвищення ефективності й швидкості перетворення тепла в гідравлічну енергію. Задачею даного винаходу також є підвищення щільності потужності й надійності пристрою, що перетворює тепло в гідравлічну енергію. Задачею даного винаходу також є забезпечення можливості зберігання тепла й перетворення його в гідравлічну енергію при тимчасовому відключенні або зниженні потужності джерела тепла. Для рішення поставленої задачі пропонується спосіб перетворення тепла в гідравлічну енергію, що включає нагнітання робочої рідини в рідинний резервуар щонайменше одного із двох або більше пневмогідравлічних акумуляторів (далі - акумуляторів) зі стискуванням газу в його газовому резервуарі, розширення газу в газовому резервуарі щонайменше одного акумулятора з витисненням робочої рідини з його рідинного резервуара, а також підведення тепла до газу й відвід тепла від газу, зроблені так, що середня температура газу при розширенні вище, ніж при стискуванні. 2 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Рішення поставленої задачі досягається тим, що тепло до газу підводять, переносячи газ через більш гарячий теплообмінник, а відводять тепло від газу, переносячи газ через інший, більш холодний, теплообмінник, причому газ переносять через зазначені теплообмінники між газовими резервуарами різних акумуляторів. Для підтримки теплообмінника більш гарячим його приводять у тепловий контакт із джерелом тепла (за допомогою теплопровідності, випромінювання або теплопереносу потоком теплоносія, що нагріває). Для підтримки теплообмінника більш холодним його приводять у тепловий контакт із теплоносієм, що охолоджує. За рахунок того, що середня температура газу при розширенні вище (а, отже, вище й середній тиск газу), чим при стискуванні, робота розширення газу перевершує роботу зі стискування газу. У результаті частина тепла, яка підводиться до газу може бути використана для виробництва механічної роботи. Для нагнітання робочої рідини й використання додаткової гідравлічної енергії, одержуваної при витисненні рідини більш гарячим газом, використовують засоби подачі й прийому рідини, які можуть включати гідравлічні насоси й мотори або гідравлічні перетворювачі тиску (далі гідроперетворювачі). За рахунок переносу газу через теплообмінники між різними акумуляторами циклічному нагріванню й охолодженню піддають не масивні теплообмінники, а тільки газ, що переноситься через них. У результаті значно знижуються втрати тепла й підвищується ефективність перетворення тепла в гідравлічну енергію. Вимушена конвекція газу, що протікає через теплообмінники, забезпечує високу швидкість його нагрівання й охолодження, що дозволяє проводити перетворення тепла зовнішнього джерела в гідравлічну енергію з великою швидкістю й питомою потужністю. Усунення циклічного нагрівання й охолодження теплообмінників і інших елементів засобів нагрівання й охолодження, що знаходяться під високим тиском, підвищує їхню надійність і безпеку перетворення тепла в гідравлічну енергію. Тепло, що накопичується в більш гарячому теплообміннику, не викидається й може використовуватися для перетворення в гідравлічну енергію при тимчасовому відключенні або зниженні потужності зовнішнього джерела тепла. Для зменшення теплових втрат при обдуванні стінок газового резервуара акумулятора вхідним потоком нагрітого або охолодженого газу, стінки газового резервуара щонайменше одного з акумуляторів підтримують більш холодними й переносять у нього газ через більш холодний теплообмінник, а стінки газового резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора підтримують більш гарячими й переносять у нього газ через більш гарячий теплообмінник. Для зменшення втрат тепла газу через роздільник акумулятора, обумовлених різницею температур газу й рідини в акумуляторі, стінки рідинного резервуара щонайменше одного з акумуляторів і робочу рідину в ньому підтримують більш холодними, а стінки рідинного резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора й робочу рідину в ньому підтримують більш гарячими. Для запобігання втрат тепла з потоками робочої рідини винахід передбачає як теплоізоляцію потоків, так і регенерацію тепла при нагнітанні й витисненні більш гарячої (або більше холодної) робочої рідини. Для регенерації тепла робочу рідину, що витісняється щонайменше з одного акумулятора, пропускають через регенеруючий рідинний теплообмінник, причому при нагнітанні робочої рідини в цей акумулятор її пропускають через цей же регенеруючий рідинний теплообмінник у зворотному напрямку. Для теплоізоляції потоків рідини більш гарячу робочу рідину відокремлюють від більш холодної робочої рідини щонайменше одним рухливим теплоізолятором. Для роботи з підвищеною різницею температур між акумуляторами в більш холодному рідинному резервуарі використовують одну робочу рідину, а в більш гарячому рідинному резервуарі використовують іншу робочу рідину, причому ці різні робочі рідини розділяють щонайменше одним рухливим роздільником. Цей рухливий роздільник може також бути й рухливим теплоізолятором, наприклад, поршнем з матеріалу з низькою теплопровідністю (полімерним або керамічним) або еластичним роздільником, покритим спіненим еластомером з відкритими порами. Використання високотемпературної органічної (наприклад, на основі дифенілу й дифенілоксиду) або кремнійорганічної (наприклад, на основі диметилполісилоксану) робочої рідини дозволяє підтримувати температуру більш гарячого акумулятора й робочої рідини в ньому до 300-400° С. Використання неорганічної робочої рідини (наприклад, розплавленого 3 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 олова або іншого металу) дозволяє підняти максимальну температуру ще вище, до температурної межі міцності матеріалу стінок акумулятора. Підвищення температури більш гарячого акумулятора й робочої рідини в ньому підвищують ефективність перетворення тепла в гідравлічну енергію, особливо коли втрати тепла з потоками робочої рідини усуваються вищеописаними способами. Стабільний температурний режим міцних оболонок акумуляторів, що знаходяться під високим тиском, також підвищує їхню надійність і безпеку перетворення тепла в гідравлічну енергію Для наближення процесу стискування газу до ізотермічного використовують щонайменше три акумулятори, причому щонайменше у двох з них стінки газових резервуарів підтримують більш холодними й переносять між ними газ зі стискуванням через більш холодний теплообмінник. Для наближення процесу розширення газу до ізотермічного використовують щонайменше три акумулятори, причому щонайменше у двох з них стінки газових резервуарів підтримують більш гарячими й переносять між ними газ із розширенням через більш гарячий теплообмінник. Для підвищення максимальної температури газу вище максимально припустимої температури робочої рідини або роздільника щонайменше в одному акумуляторі стінки газового резервуара відокремлюють від потоку нагрітого газу засобами теплозахисту. Для кращого наближення процесів стиску або розширення газу до ізотермічних і подальшого підвищення ефективності перетворення тепла в гідравлічну енергію в газовому резервуарі щонайменше одного акумулятора створюють змушену конвекцію газу з використанням газового циркуляційного насоса (далі для стислості названого газодувкою). Використовують як зовнішні газодувки, так і газодувки, виконані усередині акумулятора (у його корпусі або в газовому резервуарі). Для кращого наближення до ізотермічності змушену конвекцію створюють, переносячи газ газодувкою щонайменше через один теплообмінник з відбором газу з газового резервуара щонайменше одного акумулятора й поверненням газу в цей же газовий резервуар. Переважно, для зменшення втрат на нагрівання й охолодження газових ліній, газ із цього газового резервуара відбирають через одну газову лінію, а повертають через іншу газову лінію. Газодувка може приводитися в рух електричними, гідравлічними або іншими моторами через вал або іншу кінематичну ланку приводу, забезпечену ущільненням, що запобігає витоку стисненого газу. Для зменшення втрат на витоки й тертя в ущільненнях кінематичних ланок привода газодувки, її приводять в рух гідромотором, що працює при близьких тисках рідини (що переважно відрізняються від тисків газу в газодувці не більш, ніж на одиниці бар). Переважно, цей гідромотор приводять у рух рідиною, яка протікає між цим гідромотором і рідинним резервуаром щонайменше одного із зазначених акумуляторів при нагнітанні в нього рідини або при витисненні рідини з нього через цей гідромотор. Для підвищення термодинамічної ефективності, особливо при стискуванні або розширенні, наближених до ізотермічних, перетворення проводять по циклу з регенерацією тепла, у якому щонайменше на одній стадії від газу відводять тепло з охолодженням газу й щонайменше на одній стадії до газу підводять тепло з нагріванням газу, причому частину тепла, що відводиться від газу на стадії з охолодженням, використовують для підведення до газу на стадії з нагріванням. Для цього на стадії охолодження тепло від газу відводять на регенеруючий теплообмінник, а на стадії нагрівання підводять тепло до газу спочатку від регенеруючого теплообмінника, а потім від зовнішнього джерела тепла. При використанні тепла, що ефективно віддається джерелом при високій температурі, наприклад, високотемпературного паливного елемента, а також тепла сонця або іншого джерела променистої енергії, переважно використовують окремий регенеруючий теплообмінник. На стадії з охолодженням газу його пропускають спочатку через окремий регенеруючий теплообмінник, у напрямку охолодження, а потім через холодний теплообмінник, а на стадії з нагріванням газу його пропускають спочатку через регенеруючий теплообмінник у напрямку нагрівання, переважно, зворотному напрямку охолодження, а потім через гарячий теплообмінник. При передачі тепла від джерела за допомогою гарячого теплоносія, що викидається після відбору тепла (наприклад, вихлопних газів), використовують протиточний гарячий теплообмінник для підвищення ефективності. Через нього газ при підведенні тепла переносять у напрямку, протилежному напрямку протікання гарячого теплоносія, так, що до газу, який входить в теплообмінник, тепло підводять від вихідного з теплообмінника теплоносія, а тепло до газу, який виходить з теплообмінника, підводять від вхідного в теплообмінник теплоносія. Тим самим підвищують як ступінь нагрівання газу, так і ступінь охолодження гарячого 4 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 теплоносія (наприклад, вихідних потоків продуктів згоряння палива або водяника пари). При цьому переважно цей же протиточний теплообмінник (або його частину) використовують, як регенеруючий теплообмінник, пропускаючи газ через нього (або через його частину) при охолодженні в одному напрямку, а при нагріванні - у зворотному напрямку. При підвищенні ступеня регенерації тепла газові цикли, що включають дві ізотерми й дві ізобари (або дві інші стадії, еквідистантні в координатах "температура-ентропія", наприклад дві ізохори), наближаються до узагальнених циклами Карно, які дозволяють перетворювати тепло в роботу газу із граничною термодинамічною ефективністю. З метою зменшення гідромеханічних втрат зменшують частку рідини, що піддається значній зміні тиску при переносі через гідромеханічні пристрої. Для цього газ переносять між газовими резервуарами акумуляторів, нагнітаючи рідину в рідинний резервуар щонайменше одного із цих акумуляторів і витісняючи рідину з рідинного резервуара щонайменше одного іншого акумулятора, причому між рідинними резервуарами цих акумуляторів створюють потік рідини так, що різниця тисків між будь-якими частинами рідини в цьому потоці не перевершує 30 % від тиску рідини в тому рідинному резервуарі, в який її нагнітають, переважно, зазначена різниця не перевершує 5 % від зазначеного тиску. У традиційних акумуляторах кожному газовому резервуару відповідає один рідинний резервуар, тиски в яких різняться лише на невелику величину, пов'язану з тертям при переміщенні поршневого роздільника або з деформацією еластичного роздільника. Зазначений потік рідини між такими акумуляторами створюють за допомогою гідромеханічних засобів міжакумуляторної передачі рідини (наприклад, рідинного насоса або гідроперетворювача) тисків, що долають різницю, між рідинними резервуарами акумуляторів, газові резервуари яких сполучаються через теплообмінники. Зазначена різниця тисків між різними частинами потоку рідини між рідинними резервуарами акумуляторів, газові резервуари яких сполучаються через теплообмінники, визначається опорами теплообмінників, комунікацій (газових й рідинних), а також ефективністю гідромеханічних засобів міжакумуляторної передачі рідини. У порівнянні з повним тиском рідини в акумуляторі ця різниця тисків мала (переважно, не перевищує одиниць бар). Тому малі й втрати, пов'язані з витоками й тертям у гідромеханічних засобах міжакумуляторної передачі рідини. Зазначені гідромеханічні засоби можуть включати рідинний насос, який приводиться в рух електричними, гідравлічними або іншими моторами через вал або іншу кінематичну ланку привода, забезпечену ущільненнями, які запобігають витоку рідини. Для зменшення втрат на витоки й тертя в цих ущільненнях зазначений потік рідини між акумуляторами переважно створюють за допомогою гідроперетворювача, що має не менше трьох рідинних портів. Для створення міжакумуляторного потоку рідини два його порти з'єднують із рідинними портами відповідних акумуляторів і приводять його в рух іншим потоком рідини, яка протікає через, щонайменше, один інший його порт. Переважно, у якості цього іншого потоку використовують потік, який є різницевим між потоком, що втікає в гідроперетворювач із акумулятора (акумуляторів), з якого газ, який надходить, витісняє рідина, і потоком, що випливає з гідроперетворювача в акумулятор (акумулятори), у якому рідина, яка надходить, витісняє газ. Передбачається застосування різних гідроперетворювачів, як з окремими кінематично зв'язаними насосами й гідромоторами (як роторними, так і лінійними), так і інтегрованих, наприклад, гідроперетворювачів з фазовим регулюванням, у яких кожний циліндр частину оберту працює як мотор, а іншу частину - як насос. Найкраще за компактністю використовувати, щонайменше, один акумулятор, який поєднує функції пневмогідравлічного акумулятора й гідроперетворювача. Такий акумулятор містить щонайменше два рідинних резервуари, відділених одним загальним поршневим роздільником від одного газового резервуара. Ці рідинні резервуари мають незалежні рідинні порти й відділені один від одного, що дозволяє підтримувати в них різні тиски так, щоб сумарна сила тиску рідини на роздільник урівноважувала силу тиску газу на роздільник. Для створення вищевказаного міжакумуляторного потоку рідини щонайменше в одному рідинному резервуарі цього акумулятора підтримують тиск рідини більше, ніж тиск газу в газовому резервуарі цього ж акумулятора, і щонайменше в одному іншому рідинному резервуарі цього акумулятора підтримують тиск рідини менше, ніж зазначений тиск газу. Щонайменше, один із цих рідинних резервуарів, який з'єднується з рідинним резервуаром щонайменше одного іншого акумулятора, бере участь у зазначеному міжакумуляторному потоці рідини, у той час як, щонайменше, один інший рідинний резервуар цього ж акумулятора використовується для підтримки співвідношення тисків рідини відповідно до напрямку переносу газу. У рідинному резервуарі, що бере участь у міжакумуляторному переносі рідини, піднімають або опускають тиск щодо тиску газу на 5 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 величину, достатню для створення потоку рідини. Для цього, відповідно, опускають або піднімають тиск у рідинному резервуарі, що не бере участь у міжакумуляторному переносі рідини, на величину, необхідну для збереження балансу сил тиску на поршневий роздільник. При переносі газу в газовий резервуар цього акумулятора створюють зазначений потік рідини в інший акумулятор, щонайменше, з одного з рідинних резервуарів цього акумулятора, підтримуючи в цьому рідинному резервуарі тиск, більше, ніж тиск газу в цьому газовому резервуарі, а в іншому, щонайменше в одному, рідинному резервуарі цього ж акумулятора тиск менше, ніж зазначений тиск газу. При переносі газу з газового резервуара цього акумулятора створюють зазначений потік рідини з іншого акумулятора, щонайменше, в один з рідинних резервуарів цього акумулятора, підтримуючи в цьому рідинному резервуарі тиск, менше, чим тиск газу в цьому газовому резервуарі, а в іншому, щонайменше, в одному, рідинному резервуарі цього ж акумулятора тиск, більше, ніж зазначений тиск газу. Винахід припускає, що потік рідини створюють через гідроперетворювач і необхідні клапани, як безпосередньо між рідинними резервуарами різних акумуляторів, так і через проміжний рідинний буфер з переміщенням його рухливого роздільника або теплоізолятора. З метою подальшого зменшення гідромеханічних втрат для прийому робочої рідини, яка витісняється, і її нагнітання використовують засоби подачі й прийому рідини, які включають лінію з першим тиском і лінію із другим тиском, І перший, і другий тиски підтримуються високими (переважно, десятки або сотні бар), причому другий тиск більше, ніж перший. Перетворення роблять по циклу, що включає стадію стискування газу в акумуляторі з більш холодним газовим резервуаром, стадію переносу газу з нього через більш гарячий теплообмінник в акумулятор з більш гарячим газовим резервуаром, стадію розширення газу в акумуляторі з більш гарячим газовим резервуаром, а також стадію переносу газу з нього через більш холодний теплообмінник в акумулятор з більш холодним газовим резервуаром. Перенос газу з акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром в акумулятор з більш холодним газовим резервуаром роблять при тиску робочої рідини в акумуляторах менше, ніж перший тиск. Потік робочої рідини від лінії з першим тиском до рідинного резервуара акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром направляють через вищезгаданий гідроперетворювач, яким створюють вищеописаний потік робочої рідини від акумулятора з більш холодним газовим резервуаром до акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром. Перенос газу з акумулятора з більш холодним газовим резервуаром в акумулятор з більш гарячим газовим резервуаром роблять при тиску робочої рідини в акумуляторах більшому, ніж другий тиск. Потік робочої рідини від рідинного резервуара акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром до лінії із другим тиском направляють через вищезгаданий гідроперетворювач, яким створюють вищеописаний потік робочої рідини від акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром до акумулятора з більш холодним газовим резервуаром. Стискування газу в акумуляторі (щонайменше в одному) з більш холодним газовим резервуаром роблять, нагнітаючи робочу рідину в його рідинний резервуар з гідроперетворювача, який підключений також до ліній з першим і другим тисками. Цей гідроперетворювач приводять до руху, направляючи через нього потік рідини від лінії із другим тиском. У процесі стискування газу підвищують тиск рідини, що нагнітається з гідроперетворювача в зазначений рідинний резервуар, шляхом збільшення відношення об'ємної швидкості потоку рідини, яка протікає від другої лінії до гідроперетворювача, до об'ємної швидкості потоку рідини, яка протікає від гідроперетворювача до зазначеного рідинного резервуара. Розширення газу в акумуляторі (щонайменше в одному) з більш гарячим газовим резервуаром роблять, створюючи потік рідини, який витісняється з його рідинного резервуара в гідроперетворювач, що підключений також до ліній з першим і другим тисками. Цим потоком гідроперетворювач приводять до руху й створюють потік робочої рідини від нього до лінії із другим тиском. У процесі розширення газу знижують тиск рідини, що витісняється із зазначеного рідинного резервуара в гідроперетворювач, шляхом зменшення відношення об'ємної швидкості потоку рідини, яка протікає від гідроперетворювача до другої лінії, до об'ємної швидкості потоку рідини, яка протікає від зазначеного рідинного резервуара до гідроперетворювача. Таким чином, у результаті кожного циклу перетворення частина робочої рідини переноситься від лінії з першим тиском до лінії із другим, більш високим, тиском. Ковзаючі ущільнення гідроперетворювачів працюють не під повними, а тільки під різницевими тисками, що зменшує втрати на витоки й тертя. Гідравлічна енергія, отримана вищеописаним переносом рідини в лінію із другим тиском, може бути використана в навантаженні, що підключається між зазначеними лініями з першим і другим тиском. Для розширення можливостей використання отриманої гідравлічної енергії 6 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пропонується використовувати гідроперетворювач, два порти якого підключені до зазначених ліній з першим і другим тисками, а два інших порти - до ліній з високими вихідними й низьким вихідними тисками. У такий спосіб здійснюють розв'язку тисків, оптимізуючи ефективність газового циклу вибором зазначених першого й другого тисків у лініях, і оптимізуючи режим навантаження вибором високого і низького вихідних тисків. ПРИСТРІЙ Для реалізації вищеописаного способу пропонується пристрій, який перетворює тепло зовнішнього джерела в гідравлічну енергію, що включає, щонайменше, два пневмогідравлічних акумулятори, у кожному з яких рідинний резервуар, який сполучається із засобами подачі й прийому рідини, відділений рухливим роздільником від газового резервуара, що сполучається із засобами нагрівання й охолодження, виконаними з можливістю нагрівати й охолоджувати газ, який поступає в них. Засоби нагрівання й охолодження містять, щонайменше, два газових теплообмінники, установлених з можливістю переносу через них газу між газовими резервуарами різних акумуляторів, причому засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримувати, щонайменше, один із цих теплообмінників більш холодним і інший, щонайменше один, теплообмінник більш гарячим. Щонайменше, один теплообмінник виконаний з можливістю підводити тепло до газу від зовнішнього джерела тепла. Щонайменше, один інший теплообмінник виконаний з можливістю відводити тепло від газу до охолоджуючого теплоносія. Далі, при описі працюючого пристрою, теплообмінник першого типу називається більш гарячим теплообмінником, а теплообмінник другого типу - більш холодним теплообмінником. Теплообмінник, виконаний з можливістю відводити тепло від газу й підводити відведене тепло до газу, в аналогічних випадках називається регенеруючим теплообмінником. Для усунення втрат тепла на циклічне нагрівання й охолодження стінок газових резервуарів акумуляторів пропонується виконання, у якому засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримувати стінки газового резервуара, щонайменше, одного з акумуляторів більш холодними й переносити в нього газ через більш холодний теплообмінник, а стінки газового резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора підтримувати більш гарячими й переносити в нього газ через більш гарячий теплообмінник. Для усунення втрат тепла газу через роздільники пропонується виконання, у якому засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримувати стінки рідинного резервуара, щонайменше, одного з акумуляторів і робочу рідину в ньому більш холодними, а стінки рідинного резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора й робочу рідину в ньому підтримувати більш гарячими. Для реалізації способу з регенерації тепла робочої рідини засобу подачі й прийому рідини включають, щонайменше, один рідинний теплообмінник, що регенерує. Він з'єднаний з рідинним резервуаром, щонайменше, одного акумулятора й виконаний з можливістю відводити тепло від рідини при витисненні її через нього із цього акумулятора й підводити відведене тепло до рідини при нагнітанні її через нього в акумулятор. Для реалізації способу з теплоізоляцією більш гарячої частини робочої рідини від більш холодного засобу подачі й прийому рідини включають, щонайменше, один рідинний буфер, який включає два рідинних резервуари, розділених рухливим теплоізолятором. Для реалізації способу з використанням різних робочих рідин у різних акумуляторах засоби подачі й прийому рідини включають, щонайменше, один рідинний буфер, що включає два розділених рухомих роздільники резервуара змінного об'єму. Кожний з рідинних резервуарів вищеописаних рідинних буферів встановлений з можливістю сполучатися з рідинним резервуаром, щонайменше, одного акумулятора. Для зменшення ваги і габаритів пристрою й сумарного внутрішнього обсягу газових комунікацій, щонайменше, один газовий теплообмінник виконаний у корпусі акумулятора, наприклад, як газовий порт цього акумулятора з можливістю підводити тепло до газу або відводити тепло від газу (переважно, як газовий порт зі збільшеним відношенням площі контактуючої з газом поверхні до об'єму). При цьому за рахунок усунення двох проміжних портів і газової лінії також зменшуються й газодинамічні втрати при переносі газу через цей теплообмінник. Для реалізації способу з наближенням процесу стиску газу до ізотермічного пропонується виконання пристрою, що включає, щонайменше, три акумулятори, а засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримки стінок газових резервуарів, щонайменше, двох з акумуляторів більш холодними й переносу газу між ними через більш холодний газовий теплообмінник. 7 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Для реалізації способу з наближенням процесу розширення газу до ізотермічного пропонується виконання пристрою, що включає, щонайменше, три акумулятори, а засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримки стінок газових резервуарів, щонайменше, двох з акумуляторів більш гарячими й переносу газу між ними через більш гарячий газовий теплообмінник. Для зменшення втрат тепла, щонайменше, один акумулятор забезпечений засобами теплозахисту, виконаними з можливістю відокремлювати стінки газового резервуара від вхідного потоку газу. При нагріванні газу менш ніж до 150 С для зниження втрат на тертя роздільника й зниження вартості зазначений акумулятор виконується з еластичним роздільником, а засоби теплозахисту включають з'єднаний з еластичним роздільником гнучкий пористий теплоізолятор. При нагріванні газу до більш високих температур зазначений акумулятор переважно виконується з поршневим роздільником, а засоби теплозахисту включають теплові екрани змінюваної довжини, установлені уздовж бокових циліндричних стінок газового резервуара акумулятора, а також теплові екрани, установлені напроти роздільника й дна газового резервуара. Для температур більше 300 С зазначені теплові екрани переважно виконуються з металу, а для більш низьких температур можуть виконуватися з полімерів, наприклад, із кремнійорганічних полімерів. Для реалізацій способу із кращим наближенням процесів стиску або розширення газу до ізотермічних, засоби нагрівання й охолодження газу включають, щонайменше, один газовий циркуляційний насос (далі для стислості названий газодувкою) з можливістю створення їм змушеної конвекції газу в газовому резервуарі, щонайменше, одного акумулятора. Для поліпшення ізотермічності газовий резервуар, щонайменше, одного акумулятора сполучається із засобами нагрівання й охолодження газу, щонайменше, двома газовими лініями з можливістю відбору газу газодувкою із зазначеного газового резервуара через одну із зазначених газових ліній, переносу відібраного газу, щонайменше, через один теплообмінник і повернення газу в той же газовий резервуар через іншу газову лінію. У кращому за простотою й надійністю виконання пристрої, який містить газовий циркуляційний насос, засоби подачі й прийому рідини включають, щонайменше, один гідромотор, кінематично зв'язаний, щонайменше, з одним газовим циркуляційним насосом, причому гідромотор установлений з можливістю надавання руху потоком рідини між ним і рідинним резервуаром, щонайменше, одного акумулятора. Для реалізації способу перетворення по циклу з регенерацією тепла пропонується пристрій, у якому, щонайменше, один газовий теплообмінник виконаний регенеруючим, тобто з можливістю відводити тепло від газу при прокачуванні через нього газу в одному напрямку й підводити відведене від газу тепло до газу при прокачуванні через нього газу у зворотному напрямку. Винахід припускає використання тепла різних джерел. Тепловий контакт гарячих теплообмінників з ними здійснюється за допомогою або теплопровідності, або тепловагопереносу, у тому числі з конденсаційною тепловіддачею, або променистого теплопереносу, а також їхніх сполучень. Для здійснення теплового контакту із джерелом тепла за допомогою тепловагопереносу з використанням зовнішнього гарячого теплоносія, щонайменше, в одному теплообміннику виконані канали для пропускання зовнішнього теплоносія з можливістю підводити до газу тепло від цього теплоносія. Для підвищення ефективності при використанні гарячого теплоносія, щонайменше, один теплообмінник виконаний протиточним, тобто в ньому виконані канали для пропускання зовнішнього теплоносія з можливістю підводити до газу тепло від цього теплоносія так, що до вхідного в теплообмінник газу тепло підводять від вихідного з теплообмінника зовнішнього теплоносія, а тепло до вихідного з теплообмінника газу підводять від вхідного в теплообмінник зовнішнього теплоносія. Для використання зазначеного теплообмінника в якості того, що регенерує, в ньому виконаний по меншій мірі, один додатковий газовий порт із можливістю вводити в теплообмінник газ, а засоби нагрівання й охолодження містять щонайменше один канал, що з'єднує додатковий газовий порт із акумулятором і виконані з можливістю замикати цей канал. Для реалізації способу зі створенням міжакумуляторного потоку рідини пропонується виконання пристрою, у якому засоби подачі й прийому рідини включають засоби міжакумуляторної передачі рідини, виконані з можливістю створення потоку рідини між рідинними резервуарами, щонайменше, двох акумуляторів так, що різниця тисків між будьякими частинами рідини в цьому потоці не перевершує 30 % від тиску рідини в тім рідинному 8 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 резервуарі, у який її нагнітають, переважно, зазначена різниця не перевершує 5 % від зазначеного тиску. Передбачаються різні виконання засобів міжакумуляторної передачі рідини, з використанням як роторних, так і лінійних рідинних насосів і гідромоторів, а також з використанням гідроперетворювачів у яких насос і мотор об'єднані. В останньому випадку засоби міжакумуляторної передачі рідини включають, щонайменше, один гідроперетворювач, щонайменше, із трьома рідинними портами, встановлений з можливістю сполучатися двома своїми портами з рідинними резервуарами, щонайменше, двох акумуляторів і створювати між ними потік рідини при протіканні рідини, щонайменше, через один інший його порт. Передбачається використання різних гідроперетворювачів, наприклад, роторних аксіальнопоршневих гідроперетворювачів з фазовим регулюванням (як в US 6116138), у яких кожний циліндр частину оберту працює як мотор, а іншу частину - як насос, або багатокамерних лінійних гідроперетворювачів із цифровим регулюванням (як в US 7475538). У більш компактному виконанні, щонайменше, один акумулятор поєднує функції пневмогідравлічного акумулятора й гідроперетворювача (як в US 5971027). Такий акумулятор включає, щонайменше, два рідинних резервуари, відділених одним загальним поршневим роздільником від одного газового резервуара, а засоби міжакумуляторної передачі рідини виконані з можливістю створення потоку рідини між, щонайменше, одним з рідинних резервуарів цього акумулятора й, щонайменше, одним рідинним резервуаром іншого акумулятора. Для реалізації способу перетворення з переносом рідини від лінії з першим високим тиском до лінії із другим високим тиском засоби подачі й прийому рідини містять першу й другу лінії з можливістю підтримувати в них перший і другий тиски відповідно, а також гідроперетворювач, щонайменше, із трьома портами, встановлений з можливістю обміну рідиною між двома зазначеними лініями й рідинним резервуаром, щонайменше, одного акумулятора при тисках у цьому рідинному резервуарі, відмінному від зазначених тисків у лініях. Для реалізації способу з розв'язкою тисків навантаження від зазначених тисків у лініях засоби подачі й прийому рідини включають гідроперетворювач, щонайменше, із чотирма портами, встановлений з можливістю поєднання двох портів із зазначеними першою й другою лініями, а двох інших портів - із двома вихідними лініями, і підтримки у вихідних лініях тисків, що відрізняються від зазначених тисків у першій і другій лініях. Більш докладно деталі винаходу описуються в нижченаведених прикладах, ілюстрованих кресленнями й графіками. На фігурах представлені: Фіг. 1 Пристрій із двома акумуляторами й двома теплообмінниками. Фіг. 2 Пристрій із трьома акумуляторами, газодувкою, газовим теплообмінником, що регенерує, рідинними теплообмінниками й рідинним теплоізолюючим буфером, а також з гідроперетворювачами. Фіг. 3 Газовий проточний теплообмінник. Фіг. 4 Інтегральне виконання рідинного теплообмінника, що регенерує, і рідинного теплоізолюючого буфера. Фіг. 5 Інтегральне виконання акумулятора й газового проточного теплообмінника. Фіг. 6 Інтегральне виконання акумулятора, газового проточного теплообмінника й газодувки із приводом від гідромотора. Фіг. 7 Газовий теплообмінник, що регенерує. Фіг. 8 Інтегральне виконання нерегульованого гідроперетворювача й рідинного теплоізолюючого буфера. Основний принцип пропонованого винаходу ілюструється Фіг. 1. Поліпшення основного принципу ілюструються Фіг. 2. На Фіг. 3 - Фіг. 8 показані окремі виконання основних елементів і частин. Пристрій по Фіг. 1 включає два пневмогідравлічних акумулятори 1 і 2, рідинні резервуари 3 і 4 які сполучаються із засобами подачі й прийому рідини 14. Рідинні резервуари 3 і 4 відділені рухливими роздільниками 5 і 6 від газових резервуарів 7 і 8, що сполучаються із засобами нагрівання й охолодження 9. Для нагрівання й охолодження газу ці засоби містять проточні газові теплообмінники 10 і 11, з'єднані з газовими резервуарами 7 і 8 акумуляторів 1 і 2 через газові лінії 12 і клапани 13. Теплообмінник 10 виконаний з можливістю теплового контакту із зовнішнім джерелом тепла й з можливістю підводити тепло від нього до газу. Теплообмінник 11 виконаний з можливістю теплового контакту з охолодженим теплоносієм і з можливістю відводити тепло від газу до нього. 9 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід припускає використання тепла різних джерел, у тому числі, двигунів внутрішнього або зовнішнього згоряння, високотемпературних паливних елементів, сонця, геотермальних джерел і ін., а також безпосередньо тепла екзотермічних реакцій, проведених у тепловому контакті з гарячим теплообмінником. Тепловий контакт із джерелом тепла здійснюється за допомогою або теплопровідності, або тепломасопереносу з використанням гарячого теплоносія, наприклад, вихлопних газів ДВЗ або відпрацьованої пари парової турбіни, або променистого теплопереносу, а також їхніх сполучень. Передбачається також тепломасоперенос із конденсаційною тепловіддачею, наприклад, при утилізації тепла відпрацьованої пари парової турбіни або при використанні теплових труб. Виконання газового теплообмінника 10 (або 11), тепловий контакт із яким здійснюється за допомогою тепломасопереносу, показаний на Фіг. 3. Він містить внутрішні щілинні газові канали 15, що радіально розходяться від внутрішнього осьового каналу 16, більша частина якого, за винятком колекторних частин 17, перекрита пробкою 18. Уведення й вивід газу здійснюють через порти 19 у фланцях 20 (другий фланець не показаний). Переважно, сумарний об'єм газу у внутрішніх каналах 15, 16 теплообмінників 10, 11 не перевищує 10 % від максимального сумарного об'єму газу в газових резервуарах 7, 8 акумуляторів. Для підведення тепла від зовнішнього джерела теплообмінник по Фіг. 3 містить спіральні зовнішні канали 21, по яких через зовнішні порти (на малюнку не показані) прокачують теплоносій, що нагріває, циркулюючий між теплообмінником 10 і зовнішнім джерелом тепла. Переважно, теплообмінник 10 виконують і встановлюють як протиточний, з можливістю підводити до газу тепло від теплоносія, що нагріває, так, що до вхідного в теплообмінник 10 газу тепло підводять від вихідного з теплообмінника 10 зовнішнього теплоносія, а тепло до вихідного з теплообмінника 10 газу підводять від вхідного в теплообмінник 10 зовнішнього теплоносія. Таким чином, одночасно досягаються й більш повне використання тепла зовнішнього джерела, і більша ступінь нагрівання газу. Аналогічно виконаний і встановлений теплообмінник 11, через зовнішні канали якого прокачують охолоджений теплоносій. Газовий теплообмінник 10 нагрівається від зовнішнього джерела тепла й стає більш гарячим. Газовий теплообмінник 11 прохолоджується охолоджуючим теплоносієм і стає більш холодним. Для перетворення тепла зовнішнього джерела в гідравлічну енергію стискання і розширення газу поєднують із підведенням і відводом тепла так, що середня температура газу при розширенні вище, ніж при стискуванні. Під стискуванням і розширенням тут і далі розуміється зміна щільності газу (підвищення або зменшення щільності відповідно) шляхом зміни об'єму газового резервуара щонайменше одного акумулятора. Пристрій по Фіг. 1 може використовуватися для перетворення тепла в гідравлічну енергію з реалізацією циклів, що поєднують ізобаричні, ізохорні й близькі до адіабати політропні стадії, наприклад, циклів Отто, Брайтона, Дизеля або ін. Тут і далі реальні процеси в газовому циклі приблизно описуються ідеалізованими стадіями (такими, як адіабатна, ізотермічна, ізобарична або ізохорна). Змінюючи щільність газу (розширюючи або стискаючи газ) без переносу газу через теплообмінник, реалізують політропне розширення або стискування, що наближається до адіабатичного при збільшенні швидкості розширення або стискування. Переносячи газ через теплообмінник (більш гарячий 10 або більш холодний 11) без зміни щільності газу (тобто з однаковими швидкостями витиснення газу з одного акумулятора й усмоктування газу в інший акумулятор) реалізують ізохорну зміну температури газу (нагрівання або охолодження відповідно). Переносячи газ із одного акумулятора в іншій з розширенням (тобто зі збільшенням сумарного об'єму газових резервуарів 7 і 8) через більш гарячий теплообмінник 10 реалізують розширення газу з нагріванням наприклад, ізобаричне. Аналогічно реалізують стиск газу з охолодженням (наприклад, ізобаричне) при переносі газу з одного акумулятора в іншій зі стискуванням через більш холодний теплообмінник 11. Пропонований спосіб перетворення тепла в гідравлічну енергію не обмежується циклами з вищевказаними ідеалізованими стадіями й поширюється на всі цикли, у яких робота розширення газу перевершує роботу зі стискування газу. Приклад циклу перетворення тепла в гідравлічну енергію, реалізований у виконанні пристрою по Фіг. 1, включає чотири стадії: першу стадію політропного стискування газу в газовому резервуарі першого акумулятора; другу стадію підведення тепла до газу і його нагрівання при переносі газу в інший акумулятор через більш гарячий теплообмінник 10; третю стадію політропного розширення газу в газовому резервуарі іншого акумулятора й четверту стадію відводу тепла від газу і його охолодження при переносі газу назад у перший акумулятор 10 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 через більш холодний теплообмінник 11. На початку першої стадії газ максимально повно витиснутий з газового резервуара 8 акумулятора 2 у газовий резервуар 7 акумулятора 1 через більш холодний теплообмінник 11, у результаті чого початкова температура газу наближена до температури більш холодного теплообмінника 11. Нагнітаючи робочу рідину засобами подачі й прийому рідини 14 у рідинний резервуар 3 акумулятора 1, виконують політропне стискування газу в газовому резервуарі 7 з підвищенням тиску й температури газу. Політропне стискування газу завершують при температурі газу нижче температури більш гарячого теплообмінника 10. На другій стадії до стисненого газу підводять тепло, переносячи газ через клапан 13 і більш гарячий теплообмінник 10 з газового резервуара 7 у газовий резервуар 8 при нагнітанні робочої рідини в рідинний резервуар 3 і витисненні робочої рідини з рідинного резервуара 4. Підведення тепла проводиться з нагріванням і розширенням газу, тобто зі збільшенням сумарного об'єму газу в газових резервуарах 7 і 8. При цьому з рідинного резервуара 4 акумулятори 2 у засоби подачі й прийому рідини 14 витісняється більша кількість робочої рідини, чим нагнітається з них у рідинний резервуар 3 акумулятора 1. Переважно, перенос газу проводять до максимального витиснення газу з газового резервуара 7 акумулятора 1. На третій стадії проводять подальше розширення газу в газовому резервуарі 8 акумулятора 2 з витисненням рідини з його рідинного резервуара 4 у засоби подачі й прийому рідини 14. При цьому тиск і температура газу знижуються. Політропне розширення газу завершують при температурі газу вище температури більш холодного теплообмінника 10. На четвертій стадії від розширеного газу відводять тепло, переносячи газ через більш холодний теплообмінник 10 і клапан 13 з газового резервуара 8 у газовий резервуар 7 при нагнітанні робочої рідини в рідинний резервуар 4 і витисненні робочої рідини з рідинного резервуара 3. Відвід тепла проводиться з охолодженням і стиском газу, тобто зі зменшенням сумарного об'єму газу в газових резервуарах 8 і 7. При цьому з рідинного резервуара 3 акумулятора 1 у засоби подачі й прийому рідини 14 витісняється менша кількість робочої рідини, ніж нагнітається з них у рідинний резервуар 4 акумулятора 2. Середня температура й середній тиск газу вище при розширенні на другій і третій стадіях, ніж при стискуванні на першій і четвертій стадіях. Тому робота розширення газу перевершує роботу зі стискування газу. На другій і третій стадіях циклу засоби подачі й прийому рідини 14 одержують із робочою рідиною, що витісняється з акумуляторів, більше гідравлічної енергії, ніж затрачують на нагнітання робочої рідини в акумулятори на першій і четвертій стадіях. У результаті частина тепла перетворюється в додаткову гідравлічну енергію, яку засоби подачі й прийому рідини 14 використовують для виробництва механічної роботи в навантаженнях, наприклад, у гідромоторах або в гідроциліндрах. Передбачається безліч виконань засобів подачі й прийому рідини 14, що включають як окремі насоси й гідромотори, так і гідроперетворювачі. Вищеописаний основний принцип винаходу реалізується з більшою ефективністю з використанням покращень, включених у виконання пристрою по Фіг. 2 У пристрої по Фіг. 2 засоби нагрівання й охолодження 9 містять зворотні клапани 22, встановлені так, що через більш холодний теплообмінник 11 газ переносять тільки в газовий резервуар 7 акумулятора 1 і підтримують у такий спосіб стінки газового резервуара 7 більш холодними. При цьому більш гарячий теплообмінник 10 встановлений таким чином, що газ через нього переносять із газового резервуара 7 у газовий резервуар 8, а з нього - у газовий резервуар 23 третього акумулятора 24, підтримуючи в такий спосіб стінки газових резервуарів 8 і 23 більш гарячими. В інших виконаннях із трьома й більше акумуляторами засоби нагрівання й охолодження можуть бути виконані з можливістю підтримки стінок газових резервуарів щонайменше, двох з акумуляторів більш холодними й переносу газу між ними через більш холодний газовий теплообмінник. Засоби нагрівання й охолодження 9 також містять рідинний проточний теплообмінник 25 і зворотні клапани 26. Теплообмінник 25 нагрівають теплом від зовнішнього джерела тепла, наприклад, за допомогою гарячого теплоносія. Робочу рідину, що направляється в рідинний резервуар 4 акумулятори 2 або в рідинні резервуари 27, 28 акумулятора 24, пропускають через нагрітий рідинний теплообмінник 25, підтримуючи стінки зазначених рідинних резервуарів і робочу рідину в них більш гарячими. При цьому стінки рідинного резервуара 3 акумулятори 1 і рідина в ньому залишаються більш холодними. Таким чином, акумулятори 2 і 24 у цілому підтримуються більш гарячими, а акумулятор 1 - більш холодним. В інших виконаннях може застосовуватися охолоджуваний рідинний теплообмінник, через який робочу рідину пропускають при нагнітанні в рідинний резервуар акумулятора з більш холодними стінками газового резервуара (наприклад, акумулятора 1 по Фіг. 1, Фіг. 2). 11 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Також в інших виконаннях можуть застосовуватися акумулятори, що забезпечуються теплообмінниками для безпосереднього нагрівання або охолодження стінок акумуляторів. У пристрої по Фіг. 2 засоби подачі й прийому рідини 14 включають рідинний теплообмінник, що регенерує, 29 і теплоізоляційний буфер 30. В інших виконаннях може застосовуватися тільки рідинний теплообмінник, що регенерує, або тільки теплоізоляційний буфер. Рідинний теплообмінник 29, що регенерує, з'єднаний з рідинними резервуарами 4, 27 і 28 обох гарячих акумуляторів 2 і 24 з можливістю відводити тепло від рідини при витисненні її через нього із цих акумуляторів у теплоізоляційний буфер 30 і підводити відведене тепло до рідини при зворотному переміщенні рідини з буфера 30 у ці акумулятори. Робочу рідину, що направляється від гарячих акумуляторів 2 або 24 через теплообмінник 29, прохолоджують, передаючи тепло від рідини до теплообмінника 29. Робочу рідину, що направляється в гарячі акумулятори 2 або 24 через цей же теплообмінник 29 у зворотному напрямку, нагрівають, передаючи тепло від теплообмінника 29 до рідини. У такий спосіб зменшують температуру робочої рідини, що направляється в теплоізоляційний рідинний буфер 30, який включає два рідинних резервуари змінного об'єму 31 і 32, розділені рухливим теплоізолятором 33. Використання високотемпературної робочої рідини (наприклад, органічної або кремнійорганічної) дозволяє піднімати її температуру до 300 С і вище. Для використання в холодному й гарячому акумуляторах різних робочих рідин може бути застосований окремий рідинний буфер, що включає два розділених рухомим роздільником резервуара змінного об'єму або рідинний буфер 30 може бути виконаний з непроникним для рідини рухливим теплоізолюючим роздільником 33. Передбачається безліч виконань рідинного теплообмінника 29, що регенерує, які як включають елементи, що регенерують, установлені усередині міцної оболонки, так і виконані у вигляді єдиного елемента з великою теплоємністю й малою теплопередачею від його більш гарячої частини до більш холодної частини (наприклад, у вигляді довгої трубки). В інтегральному виконанні по Фіг. 4 рідинний теплообмінник 29, що регенерує, і рідинний теплоізоляційний буфер 30 по Фіг. 4 виконані в загальній зовнішній міцній оболонці 34 з рідинними портами 35 і 36 на її фланцях. Усередині міцної оболонки 34 розташований тонкостінний металевий рукав 37, в якому встановлений з можливістю ковзання рухливий теплоізолятор 33 у вигляді довгого порожнього поршня 38, що розділяє високотемпературний і низькотемпературний резервуари 31 і 32 змінного об'єму. У просторі 39 між міцною оболонкою 34 і металевим рукавом 37 розміщений наповнювач 40 (наприклад, мінеральна вата або спінений полімер), що перешкоджає конвекції високотемпературної рідини з низькою теплопровідністю, яка заповнює цей простір. У порожнині 41 усередині порожнього поршня 38 також розміщаються наповнювач 40 і високотемпературна рідина з низькою теплопровідністю. У цьому випадку цією рідиною є робоча рідина, що заповнюється через отвори 42 у рукаві 37 і отвори 43 у стінках порожнього поршня 38. Ця рідина забезпечує гідростатичне розвантаження тонкого рукава 37 і тонких стінок поршня 38. В інших виконаннях замість тонкостінного металевого рукава 37 і відокремлюваного їм шару теплозахисної рідини уздовж міцної оболонки 34 може застосовуватися суцільна теплозахисна вставка з високотемпературного матеріалу з низькою теплопровідністю (переважно, менш 1 Вт/(м*К), наприклад з високотемпературного пластику (наприклад, типу полііміду). Рухливий теплоізолятор 33 також може бути вироблений з аналогічного твердого матеріалу з низькою теплопровідністю. Високотемпературний резервуар 32 змінного об'єму сполучається із проточною частиною 44 рідинного теплообмінника 29, що регенерує, яка заповнена елементами 45, що регенерують. У цьому випадку вони виконані у вигляді куль із металу з високою теплопровідністю (наприклад, з алюмінію). Для зменшення розмірів елементи 45, що регенерують, можуть містити матеріали, що витримують фазовий перехід при теплообміні з протікаючою рідиною (наприклад, плавлення при відборі тепла від рідини й кристалізація при віддачі тепла до рідини). У виконанні по Фіг. 2 газовий теплообмінник 10 виконаний окремим елементом і встановлений між акумуляторами 2 і 24 з можливістю переносити через нього газ із меншого газового резервуара 8 акумулятора 2 у більший газовий резервуар 23 акумулятора 24, наближаючи тим самим процес розширення газу до ізотермічного. Для компактності й зменшення втрат тиску при переносі газу пропонується виконання по Фіг. 5, де газовий теплообмінник 10 виконаний в одному корпусі з акумулятором 2 як газовий порт цього акумулятора зі збільшеною площею теплообмінної поверхні. Він містить зовнішні канали 21 для теплоносія, що нагріває, міцну оболонку 46, загальну з акумулятором 2, а також внутрішню теплообмінну секцію 47, виконану з металу з високою теплопровідністю (переважно, з міді або алюмінію). У цій секції виконані внутрішні щілинні газові канали 15, які радіально розходяться від осьового каналу 16, більша частина якого перекрита пробкою 18, за винятком колекторної 12 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 частини 17. У виконанні із двома більш гарячими акумуляторами, як по Фіг. 2, через цей більш гарячий теплообмінник 10 газ переносять при переносі в більш гарячий акумулятор 2 з більш холодного акумулятора 1, а також при переносі з меншого більш гарячого акумулятора 2 у більший, більш гарячий акумулятор 24. Аналогічним чином в інших виконаннях більш холодний газовий теплообмінник 11 може бути виконаний в одному корпусі з більш холодним акумулятором 1. Засоби нагрівання й охолодження 9 по Фіг. 2 включають газодувку 48, установлену з можливістю створення змушеної конвекції в газовому резервуарі 7 більш холодного акумулятора 1. Газовий резервуар 7 сполучається із засобами нагрівання й охолодження 9 щонайменше двома газовими лініями 49 і 50 з можливістю відбору газу газодувкою 48 з газового резервуара 7 через газову лінію 49, переносу відібраного газу через більш холодний проточний газовий теплообмінник 11 і повернення газу в той же газовий резервуар 7 через іншу газову лінію 50. В інших виконаннях із зовнішнім теплообмінником газодувка може бути розміщена в корпусі акумулятора й створювати змушену конвекцію без переносу газу через зовнішній теплообмінник, наближаючи стиск або розширення газу до ізотермічного тільки за рахунок теплообміну зі стінками газового резервуара. Засоби подачі й прийому рідини 14 по Фіг. 2 включають гідромотор 51, кінематично пов'язаний з газодувкою 48 за допомогою вала 52. (В інших виконаннях кінематичний зв'язок гідромотора з повітродувкою може включати редуктор для підвищення швидкості обертання повітродувки). Через клапан 103 гідромотор 51 з'єднується з рідинною лінією 67 з можливістю надавання руху потоком рідини між ним і рідинним резервуаром 3 акумулятора 1. В інтегрованому виконанні по Фіг. 6 в одному корпусі з акумулятором 1 виконаний проточний газовий теплообмінник 11 і відцентрова газодувка 48, що з'єднана з гідромотором 51 валом 52. На Фіг. 6 не показані зворотні клапани 22 (Фіг.2). Один з них може бути виконаний як дисковий клапан, установлений на торці внутрішньої теплообмінної секції 47 з можливістю перекривання теплообмінних щілинних каналів 15. Інший зворотний клапан може бути встановлений в осьовому каналі 16. Таке інтегральне виконання підвищує компактність пристрою й усуває необхідність у газових лініях, що знижує сумарний газодинамічний опір. При нагнітанні в рідинний резервуар 3 акумулятора 1 робочої рідини вона приводить в рух гідромотор 51 і кінематично пов'язану з ним газодувку 48. Відцентрова газодувка 48 (Фіг. 6) всмоктує газ із газового резервуара 7 через осьовий канал 16 і нагнітає його в щілинні канали 15 теплообмінника 11, з яких газ надходить назад у газовий резервуар 7, у якому створюється змушена конвекція. Посилений теплообмін газу зі стінками газового резервуара 7 і поверхнями щілинних каналів 15 наближає процес стискування газу в цьому газовому резервуарі до ізотермічного. Рідина, що приводить у рух гідромотор 51 і газ, який перекачується газодувкою 48, мають близькі тиски й близькі температури, що забезпечує сприятливий режим роботи ущільнень вала 52. В інших виконаннях газодувка може бути встановлена з можливістю створення змушеної конвекції в газовому резервуарі більш гарячого акумулятора. Також в інших виконаннях газодувка може бути кінематично пов'язана з електромотором, розташованим у порожнині високого тиску, переважно, заповненій рідиною. Пристрій по Фіг. 2 включає газовий проточний теплообмінник 53, що регенерує, до якого відводять тепло від газу при переносі через нього газу в більш холодний акумулятор 1 і від якого підводять відведене від газу тепло назад до газу при переносі через нього газу у зворотному напрямку, тобто від більш холодного акумулятора 1 до більш гарячого акумулятора 2. При цьому та його частина, у яку втікає газ від більш холодного акумулятора 1, стає холодніше, а протилежна частина, у яку втікає газ від більш гарячих акумуляторів 2 або 24, стає гарячіше. На стадії охолодження тепло від газу відводять до теплообмінника 53, що регенерує, а потім до охолоджуючого теплоносія через більш холодний теплообмінник 11. На стадії нагрівання підводять тепло до газу спочатку від теплообмінника 53, що регенерує, а потім від зовнішнього джерела тепла через більш гарячий теплообмінник 10. Переважно, сумарний об'єм газу в теплообміннику 53, що регенерує, не перевищує 10 % від максимального сумарного об'єму газу в газових резервуарах акумуляторів. Теплоємність теплообмінника, що регенерує 53, перевищує максимальну сумарну теплоємність газу (переважно, не менш, ніж в 2 рази). Конфігурація теплообмінника, що регенерує (довжина, поздовжній і поперечний перерізи) і теплопровідність матеріалу теплообмінника, що регенерує, обрані так, щоб теплопередача від його більш гарячої частини до його більш холодної частини була менше, ніж теплопередача від газу до охолоджуючого теплоносія в більш холодному теплообміннику 11 (переважно, менше, ніж 30 % від зазначеної теплопередачі). 13 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Передбачається безліч виконань теплообмінника 53, що регенерує, як ті що включають елементи, що регенерують, установлені усередині міцної герметичної оболонки, так і виконані у вигляді єдиного елемента з малим внутрішнім об'ємом, великою теплоємністю й малою теплопередачею від більш гарячої частини до більш холодної частини. У одиничному виконанні по Фіг. 7 газовий теплообмінник 53, що регенерує, включає міцну оболонку 54 з теплоізолюючою вставкою 55, усередині якої розміщений елемент 56, що регенерує, у вигляді згорнутого в спіраль листа 57 із прокладками 58, що визначають зазори між шарами спіралі. Газ, протікаючи по цих зазорах, обмінюється теплом з поверхнями елемента, що регенерує, остигаючи або нагріваючись залежно від напрямку переносу. У даному виконанні використовується металевий лист (переважно, з металу з низькою теплопровідністю, наприклад, нержавіючої сталі). Для зниження поздовжньої теплопровідності в металевому листі 57 виконана перфорація 59, що розбиває елемент, що регенерує, на кілька секцій з підвищеним тепловим опором між ними в зонах перфорації 59. В інших виконаннях елементи, що регенерують, можуть виконуватися з високотемпературних пластиків без перфорації. Теплозахисна вставка 55, виконана з високотемпературного пластику або кераміки, знижує втрати тепла на нагрівання й охолодження міцної оболонки 54. В інших виконаннях замість теплозахисної вставки 55 може застосовуватися шар теплоізолюючої рідини, відділеної тонким металевим рукавом від газової частини з елементом, що регенерує (аналогічно теплозахисному шару рідини в рідинному теплообміннику 29, що регенерує, по Фіг. 4). В інших виконаннях у якості газового теплообмінника 53, що регенерує, може використовуватися частина теплообмінника 10 (або 11). Для цього в такому теплообміннику виконується додатковий газовий порт із можливістю вводити в теплообмінник газ, а засоби нагрівання й охолодження містять щонайменше один канал, що з'єднує додатковий газовий порт із газовим резервуаром 23 (або з газовим резервуаром 7) і містять клапан, установлений з можливістю замикати цей канал. Регенерація тепла в сполученні з наближенням стиску й розширення до ізотермічних забезпечує високу термодинамічну ефективність перетворення тепла в роботу, що здійснюється газом при витисненні рідини з акумуляторів. Засоби подачі й прийому рідини 14 по Фіг. 2 включають гідроперетворювач 60, і клапани 61, 62 і 63, які в сукупності з рідинними лініями 64-67 утворюють засоби міжакумуляторної передачі рідини, виконані з можливістю створення потоку рідини між рідинними резервуарами акумуляторів 1, 2 і 24. Гідроперетворювач 60 має три рідинних порти 68, 69 і 70. Порт 68 через клапани 63 і 103 з'єднується з рідинним резервуаром 3 акумулятора 1, а порт 69 через клапани 62, 26 і 61, а також через рідинний теплоізолюючий буфер 30 і рідинний теплообмінник 29, що регенерує, з'єднується з рідинним резервуаром 4 акумулятора 2 або з рідинними резервуарами 27 і 28 акумулятора 24. Третій порт 70 гідроперетворювача 60 з'єднаний з рідинною лінією 71. При протіканні рідини через цей третій порт 70 створюється потік рідини між портами 68 і 69 гідроперетворювача 60 і, відповідно, між рідинними резервуарами акумуляторів, з якими при цьому сполучаються ці порти. Акумулятор 24 по Фіг. 2 виконаний як в US5971027 і поєднує функції пневмогідравлічного акумулятора й гідроперетворювача. Він має 3 порти (газовий порт 72 і рідинні порти 73 і 74) і включає два рідинних резервуари 27 і 28, відділених одним загальним поршневим роздільником 75 від одного газового резервуара 23. Засоби міжакумуляторної передачі рідини включають клапан 61 і лінії 64 і 65 для створення потоку рідини між рідинним резервуаром 27 акумулятора 24 і рідинним резервуаром 4 акумулятора 2. Рідинні резервуари 27 і 28 відділені друг від друга, що дозволяє підтримувати в них різні тиски так, щоб сумарна сила тиску рідини на роздільник 75 урівноважувала силу тиску газу на нього. При переносі газу з газового резервуара 8 акумулятора 2 у газовий резервуар 23 створюють зустрічний потік рідини в рідинний резервуар 4 акумулятора 2 з рідинного резервуара 27, підтримуючи в ньому тиск більше, ніж у газовому резервуарі 23. При цьому в іншому рідинному резервуарі 28, через клапан 62 (а також через теплообмінник 29, що регенерує, і теплоізолюючий буфер 30), який з'єднується з гідроперетворювачем 76, підтримують тиск менше, ніж у газовому резервуарі 23. Змінюючи співвідношення швидкостей потоків через порти 77, 78 і 79 гідроперетворювача 76, змінюють тиск рідини, що протікає через його порт 77, що з'єднується з рідинним резервуаром 28. Таким чином, за допомогою гідроперетворювача 76 підтримують тиск у рідинному резервуарі 28, знижений щодо газового тиску в газовому резервуарі 23. При цьому через вищевказаний баланс сил, що діють на роздільник 75, у рідинному резервуарі 27 встановлюється тиск, підвищений щодо газового тиску в газовому резервуарі 23. При сталій швидкості взаємного переносу газу й рідини між акумуляторами 2 і 24 величина цього відносного перевищення тиску рідини в 14 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 рідинному резервуарі 27 над тиском газу в газовому резервуарі 23 відповідає величині сумарного падіння тиску на роздільниках 75 і 6, обумовленого тертям, і падіння тиску на опорах газово-рідинного контуру, через який відбувається перенос газу й зустрічний перенос рідини. Цей контур включає газові й рідинні порти акумуляторів 1, 2 і 24, газовий теплообмінник 10, а також клапани й лінії. Оскільки падіння тиску на зазначеному контурі росте з ростом швидкості взаємного переносу газу й рідини між акумуляторами 2 і 24, для збільшення швидкості переносу збільшують зазначену величину перевищення тиску в рідинному резервуарі 27 відносно тиску в газовому резервуарі 23, і навпаки, зменшують для зменшення швидкості. В інших виконаннях такий акумулятор з декількома рідинними резервуарами може бути використаний як другий більш холодний акумулятор (або як єдиний більш гарячий акумулятор, наприклад, замість акумулятора 2 по Фіг. 1). У цьому випадку при зворотному переносі газу з нього в менший акумулятор (наприклад, в акумулятор 1 по Фіг. 1), створюють зустрічний потік рідини з рідинного резервуара меншого акумулятора в один (або в декілька) з рідинних резервуарів такого акумулятора, підтримуючи в ньому тиск менше, ніж тиск газу. При цьому в іншому (або в декількох інших) рідинному резервуарі цього акумулятора підтримують тиск більший, ніж тиск газу в його газовому резервуарі, наприклад, теж за допомогою гідроперетворювача. Таке інтегральне виконання акумулятора із двома рідинними резервуарами, що об'єднує функції акумулятора й гідроперетворювача, знижує втрати на міжакумуляторний перенос рідини й підвищує компактність пристрою. В інших інтегральних виконаннях акумулятори можуть містити кілька рідинних резервуарів, а також кілька газових резервуарів в одному корпусі. З точки зору даного винаходу кількість акумуляторів у таких інтегральних виконаннях дорівнює кількості роздільників, що незалежно рухаються між газовими й рідинними резервуарами. Гідроперетворювач 60 і клапани 62 і 63 використовуються для створення потоку рідини між акумулятором 2 і акумулятором 1 при переносі газу між ними з підведенням тепла від газового теплообмінника 53, що регенерує, і більш гарячого теплообмінника 10, а також для створення потоку рідини між рідинними резервуарами 27 і 28 акумулятора 24 і рідинним резервуаром 3 акумулятора 1 при переносі газу між акумуляторами 24 і 1 з відводом тепла від газу на теплообмінник 53, що регенерує, і більш холодний газовий теплообмінник 11. При переносі газу з газового резервуара 7 у газовий резервуар 8 рідинний резервуар 3 з'єднують із портом 68 гідроперетворювача 60 (через клапани 103 і 63), а рідинний резервуар 4 з'єднують із портом 69 (через клапани 61, 26 і 62, рідинний теплообмінник 29, що регенерує, і рідинний теплоізолюючий буфер 30). Підтримуючи (за допомогою гідроперетворювача 60) тиск рідини врідинному резервуарі 3 більше, ніж тиск газу в газовому резервуарі 7, витісняють газ із акумулятора 1 в акумулятор 2 і створюють зустрічний потік рідини між акумуляторами 2 і 1 через порти 68 і 69 гідроперетворювача 60 з витисненням різницевого потоку рідини через його третій порт 70, лінію 71 і зворотний клапан 97 у лінію 90. При переносі газу з газового резервуара 23 у газовий резервуар 7 акумулятора 1 з'єднують обидва рідинних резервуара 27 і 28 з портом 69 гідроперетворювача 60 (через клапани 61 і 62, рідинний теплообмінник 29, що регенерує, і рідинний теплоізолюючий буфер 30). Підтримуючи за допомогою гідроперетворювача 60 тиск рідини в цих рідинних резервуарах більше, ніж тиск газу в газовому резервуарі 23, витісняють газ із акумулятора 24 в акумулятор 1 і створюють зустрічний потік рідини в рідинні резервуари 27 і 28 з рідинного резервуара 3 акумулятора 1 через порти 68 і 69 гідроперетворювача 60 з нагнітанням різницевого потоку рідини через його третій порт 70, лінію 71 і зворотний клапан 97 від лінії 89. Таким чином, в обох випадках за допомогою гідроперетворювача 60 переборюють сумарне падіння тиску на опорах газоворідинного контуру, що включає газові й рідинні порти акумуляторів 1, 2 і 24, газові й рідинні теплообмінники, рідинний буфер, клапани й лінії, а крім того, падіння тиску на роздільниках, що обумовлене тертям. У виконанні по Фіг. 2 гідроперетворювач 60 виконаний регульованим, з можливістю змінювати співвідношення об'ємних швидкостей потоків через його порти 68, 69, 70 і, отже, з можливістю підтримувати різні співвідношення тисків рідини в цих потоках. В інших виконаннях гідроперетворювач 60, використовуваний для міжакумуляторного переносу рідини, може виконуватися нерегульованим, тобто з постійним співвідношенням об'ємних швидкостей потоків через його порти, що наприклад містить три рідинних резервуари, розділених одним роздільником, на зразок акумулятора 24. Інтегральне виконання такого гідроперетворювача, сполученого з теплоізолюючим рідинним буфером, показано на Фіг. 8. Два його рідинних резервуари 80 і 81 відділені одним загальним теплоізолюючим поршневим роздільником 82 від більшого рідинного резервуара 83. Теплоізолюючий роздільник 82 сковзає по теплоізолюючій вставці 84, встановленій усередині міцної оболонки 85. У процесі міжакумуляторного переносу 15 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 газу й рідини резервуари 81 і 83 використовуються для обміну рідиною з рідинними резервуарами акумуляторів, між якими переносять рідину. Більший резервуар 83 з'єднується з більш гарячим акумулятором (наприклад, з акумулятором 2 або 24, Фіг. 2) і обмінюється з ним більш гарячою рідиною. Менший резервуар 81 з'єднується з більш холодним акумулятором (наприклад, з акумулятором 1, Фіг. 2) і обмінюється з ним більш холодною рідиною. Відношення площ поперечного перерізу резервуарів 83 і 81 дорівнює ступеню зміни об'єму газу на стадіях переносу газу між більш холодним і більш гарячим акумуляторами через теплообмінники. Третій резервуар 80 має площу поперечного перерізу, рівну різниці площ поперечних перерізів резервуарів 83 і 81. Відповідно, потік рідини через рідинний порт 86 дорівнює різниці потоків через порт 88 і порт 87. Третій резервуар 80 використовується для одержання в нього різницевого потоку рідини при переносі газу зі стиском і для витиснення з нього різницевого потоку рідини при переносі газу з розширенням. Теплоізолюючий поршневий роздільник 82 і вставка 84 виконані з теплоізолюючих матеріалів (наприклад, поліімідного або іншого високотемпературного пластику), що зменшує перенос тепла через них між більш гарячою рідиною в резервуарі 83 і більш холодною рідиною в резервуарах 80 і 81. Довгий ковзний контакт між поршневим роздільником 82 і вставкою 84 зменшує втрати тепла на циклічне нагрівання й охолодження тієї частини поверхні теплоізолюючої вставки 84, що контактує з більш гарячою рідиною в резервуарі 83. Для використання такого інтегрального виконання тільки як теплоізолюючого буфера обидва рідинних резервуара меншого розміру 80 і 81 з'єднуються один з одним. Таке інтегральне виконання поліпшує компактність пристрою й знижує сумарний гідродинамічний опір. У всіх описаних випадках створення міжакумуляторного потоку рідини швидкість взаємного обміну газу й рідини між акумуляторами змінюють, змінюючи ступінь перевищення тиску в рідинному резервуарі відповідного акумулятора над тиском газу в газовому резервуарі того ж акумулятора наприклад, за допомогою регулювання відповідного гідроперетворювача або інших гідромеханічних засобів. Зазначену швидкість також можна змінювати за допомогою варіювання ступенем зміни температури газу при його переносі (наприклад, за допомогою зміни температур теплообмінників 10 або 11). Швидкість міжакумуляторного потоку рідини вибирають так, щоб різниця тисків між будь-якими частинами рідини в ньому (обумовлена опором вищеописаних контурів і тертям в ущільненнях гідроперетворювачів) не перевершувала одиниць бар, переважно, не перевершувала 1 бар. З врахуванням того, що робочі тиски газу й рідини в акумуляторах становлять десятки й сотні бар, зазначена різниця тисків між будь-якими частинами рідини в міжакумуляторному потоці не перевершує 30 % від тиску рідини в тому рідинному резервуарі, у який її нагнітають, переважно, зазначена різниця не перевершує 5 % від зазначеного тиску. Засоби подачі й прийому рідини 14 по Фіг. 3 містять першу лінію 89 і другу лінію 90, забезпечені акумуляторами 91 і 92, а також насосом підживлення 93 із клапанами 94 і 95, з можливістю підтримувати в цих лініях різні тиски (у лінії 89 - перший тиск, що змінюється в першому заданому діапазоні, а в лінії 90 - другий тиск, що змінюється в другому заданому діапазоні), а також гідроперетворювач 76 із трьома портами 77, 78 і 79. Два його порти 78 і 79 підключені до ліній 89 і 90. Третій порт 77 через клапани 63, 62 і 61 з'єднується з рідинним резервуаром 3 акумулятора 1 і з рідинними резервуарами 27 і 28 акумулятора 24. Гідроперетворювач 76 виконаний регульованим, з можливістю змінювати (плавно або східчасто) співвідношення між об'ємними швидкостями потоків рідини через його порти й, відповідно, співвідношення між тисками в них. Таким чином, на стадіях зі зміною тиску газу гідроперетворювач 76 забезпечує можливість обміну рідиною між двома зазначеними лініями 89 і 90 і зазначеними рідинними резервуарами акумуляторів 1, 2 або 24 при тисках у цих рідинних резервуарах, відмінних від зазначених першого й другого тисків у лініях 89 і 90. І перший, і другий тиск в лініях 89 і 90 підтримуються високими (переважно, десятки або сотні бар), причому другий тиск більше, ніж перший. Для стабілізації тиску в лініях 89 і 90 використовуються акумулятори 91 і 92 з робочими об'ємами більше, ніж сумарний робочий об'єм акумуляторів 1, 2 і 24. При запуску для приведення пристрою в початковий стан насосом підживлення 93 через клапани 94 і 95 нагнітають рідину з ємності 96 в акумулятори 91 і 92 до встановлення тисків у першій і другій лініях 89 і 90 у заданих першому й другому діапазонах відповідно. Перетворення роблять по циклу, що включає стадію стискування газу в акумуляторі 1 з більш холодним газовим резервуаром 7, стадію переносу газу з нього через більш гарячий теплообмінник 10 в акумулятор 2, стадію з переносом його з акумулятора 2 в акумулятор 24 і розширенням газу в них, більш гарячих, газових резервуарах 8 і 23, а також стадію переносу газу з акумулятора 24 через більш холодний теплообмінник 11 в акумулятор 1. 16 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Стискування газу в акумуляторі 1 від тиску, меншого, ніж тиск у лінії 89, до тиску, більшого, ніж у лінії 90, виконують, нагнітаючи робочу рідину в його рідинний резервуар 3 за допомогою гідроперетворювача 76, що приводиться в рух потоком рідини через його порт 79 від лінії 90. Регулюючи гідроперетворювач 76, а саме, збільшуючи відношення об'ємної швидкості потоку рідини, що нагнітається в гідроперетворювач 76 через порт 79 від лінії 90, до об'ємної швидкості потоку рідини, що витісняється з нього через порт 77 до акумулятора 1, підвищують тиск рідини в рідинному резервуарі 3 акумулятора 1 у процесі стискування газу. При цьому гідромотор 51 надає рух газодувці 48, що прокачує газ через теплообмінник 11, що призводить до відводу тепла від газу й наближає процес стискування газу до ізотермічного. Піднявши тиск рідини в рідинному резервуарі 3 до тиску, більшого, ніж другий тиск (у другій лінії 90), перемикають клапани 62 і 63 і переходять до стадії переносу газу з акумулятора 1 в акумулятор 2 яку виконують при тиску робочої рідини в акумуляторах більше, ніж другий тиск. Потоком робочої рідини від рідинного резервуара 4 акумулятора 2 до лінії 90 (через зворотний клапан 97) надають руху гідроперетворювачу 60, яким створюють потік робочої рідини від акумулятора 2 до акумулятора 1, внаслідок чого газ витісняється з газового резервуара 7 у газовий резервуар 8. При цьому газ переноситься через зворотний клапан 22, газовий теплообмінник 53, що регенерує, і більш гарячий газовий теплообмінник 10. За рахунок підведення до газу тепла від теплообмінника 53, що регенерує, і більш гарячого теплообмінника 10 відбувається нагрівання газу й розширення, близьке до ізобаричного. Розширення газу в акумуляторах 2 і 24 з більш гарячими газовими резервуарами 8 і 23 від тиску, більшого, ніж у лінії 90, до тиску, меншого, ніж тиск у лінії 89, роблять, витісняючи з рідинного резервуара 28 робочу рідину до лінії 89 через гідроперетворювач 76, приводячи його в рух і створюючи потік робочої рідини від нього до лінії 90. Регулюючи гідроперетворювач 76, а саме, збільшуючи відношення об'ємної швидкості потоку рідини, що нагнітається в гідроперетворювач 76 через порт 77 від рідинного резервуара 28 акумулятора 24, до об'ємної швидкості потоку рідини, що витісняється з нього через порт 79 до лінії 90, зменшують тиск рідини в рідинних резервуарах 28, 27 і 4 акумуляторів 24 і 2 у процесі розширення газу. У рідині, що протікає через порт 77 гідроперетворювача 76 з рідинного резервуара 28, підтримують тиск, менше, чим тиск газу в газовому резервуарі 23. При цьому в іншому рідинному резервуарі 27 цього ж акумулятора 24 створюється тиск, більше, ніж тиск газу, а рідина з рідинного резервуара 27 акумулятора 24 переноситься в рідинний резервуар 4 акумулятора 2. Підведення тепла до газу при переносі газу через теплообмінник 10 наближає процес розширення газу до ізотермічного. Зменшивши тиск рідини в рідинному резервуарі 3 до тиску, меншого, чим перший тиск (у першій лінії 89), перемикають клапани 61, 62 і 63 і переходять до стадії переносу газу з акумулятора 24 з більш гарячим газовим резервуаром 23 в акумулятор 1 з більш холодним газовим резервуаром 7, що роблять при тиску робочої рідини в акумуляторах менше, ніж перший тиск. Потоком робочої рідини від лінії 89 (через відповідний зворотний клапан 97) до рідинних резервуарів резервуарам 27 і 28 акумулятора 24 надають рух гідроперетворювачу 60, яким створюють потік робочої рідини від акумулятора 1 до акумулятора 24, внаслідок чого газ витісняється з газового резервуара 23 у газовий резервуар 7. При цьому газ переноситься через газовий теплообмінник 53, що регенерує, більш холодний теплообмінник 11 і відповідний зворотний клапан 22. За рахунок відводу від газу тепла до теплообмінника 53, що регенерує, і більш холодному теплообміннику 11 відбувається охолодження газу і стискування, близьке до ізобаричного. У результаті кожного циклу перетворення частина робочої рідини переноситься від лінії 89 з першим тиском до лінії 90 із другим, більш високим, тиском. Наближення стиску й розширення до ізотермічного й регенерація тепла газу між стадіями ізобаричного стиску й розширення наближає газовий цикл перетворення до циклу Еріксона другого типу (дві ізотерми й дві ізобари з регенерацією тепла між ізобарами). Чим ближче до ізотерми проводиться стискування і розширення газу й чим ближче ступінь регенерації тепла до 100 %, тим ближче термодинамічна ефективність такого циклу до термодинамічної межі, тобто до ефективності циклу Карно. Ковзні ущільнення гідроперетворювачів 60 і 76 (а також ущільнення роздільника 75 акумулятора 24) працюють не під повними, а тільки під різницевими тисками, що зменшує втрати на витоки й тертя й підвищує гідромеханічну ефективність перетворення. Засоби подачі й прийому рідини 14 по Фіг. 2 включають також гідроперетворювач 98 із чотирма портами 99, 100, 101 і 102. Порти 99 і 100 з'єднані із зазначеними першою й другою лініями 89 і 90, а два інші порти 101 і 102 з'єднуються із двома вихідними лініями 104 і 105. Гідроперетворювач 98 виконаний регульованим, з можливістю підтримки у вихідних лініях 104 і 17 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 105 тисків, що відрізняються від зазначених тисків у першій і другій лініях 89 і 90. У процесі вищеописаного циклічного перетворення тепла в гідравлічну енергію чергуються стадії з подачею рідини з першої й другої ліній 89, 90 в акумулятори 1 і 24 і прийомом рідини до зазначених ліній з акумуляторів 2 і 24. Тому тиски в зазначених лініях піддаються циклічним змінам у заданих першому й другому діапазонах тисків. Регулюючи ступінь перетворення тисків у гідроперетворювачі 98, забезпечують незалежність потужності, переданої в навантаження 106 від цих циклічних коливань тиску. При виході першого або другого тисків із заданих діапазонів внаслідок витоків у гідроперетворювачах 76 або 98 зазначені тиски відновлюють за допомогою насоса підживлення 93 і клапанів 94 і 95. У такий спосіб здійснюють розв'язку тисків, оптимізуючи ефективність газового циклу вибором зазначених першого й другого тисків у лініях 89, 90, і оптимізуючи режим навантаження 106 вибором високого і низького вихідних тисків у лініях 104, 105. У результаті, тепло, з малими втратами передане від джерела тепла до газу, з високою термодинамічною ефективністю перетвориться в роботу газу, що з високою гідромеханічною ефективністю перетвориться в гідравлічну енергію, передану в навантаження. Таким чином, у запропонованому способі перетворення тепла в гідравлічну енергію і пристрої для його здійснення забезпечуються: - високий ступінь використання тепла за рахунок міжакумуляторного переносу газу через теплообмінники, що усуває втрати тепла на циклічне нагрівання й охолодження масивних елементів, особливо в сполученні з усуненням втрат тепла газу на теплообмін зі стінками акумулятора, а також з усуненням втрат тепла газу на теплообмін з рідиною при збереженні або регенерації тепла робочої рідини; - висока термодинамічна ефективність газового циклу, що перетворює тепло, підведене до газу, у чинену газом роботу, особливо в сполученні з регенерацією тепла газу, а також у сполученні з наближенням процесів стиску або розширення газу до ізотермічного; - висока гідромеханічна ефективність перетворення роботи газу в гідравлічну енергію за рахунок міжакумуляторного переносу рідини з малими перепадами тиску за допомогою гідроперетворювачів, особливо в сполученні з ізобаричним обміном рідини між акумуляторами й лініями при малих перепадах тиску, а також у сполученні з використанням гідроперетворювача для подачі або прийому рідини при стискуванні або розширення газу відповідно; - висока загальна ефективність перетворення тепла в гідравлічну енергію, передану в навантаження, за рахунок сполучення вищевказаних факторів, особливо в сполученні з використанням гідроперетворювача, що забезпечує перетворення тисків у лініях, що обмінюються рідиною з акумуляторами, у тиски в лініях, що обмінюються рідиною з навантаженням; - висока щільність потужності за рахунок високих тисків газу й рідині і високій ефективності перетворення; - підвищена надійність за рахунок усунення циклічного нагрівання й охолодження елементів, що перебувають під високим тиском; - можливість накопичувати тепло в масивних теплообмінниках і використовувати його для перетворення його в гідравлічну енергію при тимчасовому відключенні, зниженні потужності джерела тепла. Фахівцям зрозуміло, що даний докладний опис наведений як приклад і може бути запропоновано безліч інших варіантів, що не виходять за межі даного винаходу, включаючи, наприклад (але не обмежуючись цими прикладами), не описані тут докладно: реалізації способу, що відрізняються типом газового циклу, вибором робочих рідин і газів, а також відрізняються типом зовнішнього джерела тепла й охолоджуючого теплоносія й особливостями теплового контакту з ними, а також виконання пристрою, що відрізняються кількістю і виконаннями акумуляторів, газових і рідинних теплообмінників, газодувок, засобів подачі й прийому рідини, у тому числі гідроперетворювачів і буферів, і інших компонентів пристрою, а також не описані вище варіанти інтегрального виконання компонентів пристрою. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 1. Спосіб перетворення тепла в гідравлічну енергію, що включає нагнітання робочої рідини в рідинний резервуар щонайменше одного із двох або більше пневмогідравлічних акумуляторів (далі - акумуляторів) зі стискуванням газу в його газовому резервуарі, розширення газу в газовому резервуарі щонайменше одного акумулятора з витисненням робочої рідини з його рідинного резервуара, а також підведення тепла до газу й відвід тепла від газу, здійснені так, 18 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 що середня температура газу при розширенні вище, ніж при стискуванні, який відрізняється тим, що тепло до газу підводять, пропускаючи газ через більш гарячий теплообмінник, а відводять тепло від газу, пропускаючи газ через інший, більш холодний, теплообмінник, причому газ пропускають через зазначені теплообмінники між газовими резервуарами різних акумуляторів. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що стінки газового резервуара щонайменше одного з акумуляторів підтримують більш холодними й пропускають у нього газ через більш холодний теплообмінник, а стінки газового резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора підтримують більш гарячими й пропускають у нього газ через більш гарячий теплообмінник. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що стінки рідинного резервуара щонайменше одного з акумуляторів і робочу рідину в ньому підтримують більш холодними, а стінки рідинного резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора й робочу рідину в ньому підтримують більш гарячими. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що робочу рідину, що витісняється щонайменше з одного акумулятора, пропускають через рідинний теплообмінник, що регенерує, а при нагнітанні робочої рідини в цей акумулятор її пропускають через цей же рідинний теплообмінник, що регенерує, у зворотному напрямку. 5. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що більш гарячу робочу рідину відокремлюють від більш холодної робочої рідини щонайменше одним рухливим теплоізолятором. 6. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що у більш холодному рідинному резервуарі використовують одну робочу рідину, а в більш гарячому рідинному резервуарі використовують іншу робочу рідину, причому ці різні робочі рідини розділяють щонайменше одним рухливим роздільником. 7. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що використовують щонайменше три акумулятори, причому щонайменше у двох з них стінки газових резервуарів підтримують більш холодними й пропускають між ними газ зі стиском через більш холодний теплообмінник. 8. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що використовують щонайменше три акумулятори, причому щонайменше у двох з них стінки газових резервуарів підтримують більш гарячими й пропускають між ними газ із розширенням через більш гарячий теплообмінник. 9. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що щонайменше в одному акумуляторі стінки газового резервуара відокремлюють від потоку нагрітого газу засобами теплозахисту. 10. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в газовому резервуарі щонайменше одного акумулятора газовим циркуляційним насосом створюють змушену конвекцію газу. 11. Спосіб за п. 10, який відрізняється тим, що змушену конвекцію створюють, пропускаючи газ газовим циркуляційним насосом щонайменше через один теплообмінник з відбором газу з газового резервуара зазначеного акумулятора й поверненням газу в цей же газовий резервуар. 12. Спосіб за п. 10 або 11, який відрізняється тим, що газовий циркуляційний насос приводять до руху гідромотором, який приводять до руху рідиною, що протікає між цим гідромотором і рідинним резервуаром щонайменше одного із зазначених акумуляторів. 13. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перетворення проводять по циклу, у якому щонайменше на одній стадії від газу відводять тепло з охолодженням газу й щонайменше на одній стадії до газу підводять тепло з нагріванням газу, причому на стадії з охолодженням газу від нього відводять тепло на теплообмінник, що регенерує, і підводять потім відведене тепло до газу від теплообмінника, що регенерує, на стадії з нагріванням газу. 14. Спосіб за п. 13, який відрізняється тим, що використовують гарячий теплоносій як джерело тепла й протиструминний гарячий теплообмінник, через який газ при підведенні тепла пропускають так, що до вхідного в теплообмінник газу тепло підводять від вихідного з теплообмінника теплоносія, а тепло до вихідного з теплообмінника газу підводять від вхідного в теплообмінник теплоносія, причому щонайменше частину цього ж протиструминного гарячого теплообмінника використовують як регенеруючий теплообмінник, пропускаючи газ через цю частину при охолодженні в одному напрямку, а при нагріванні - у зворотному напрямку. 15. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що газ переносять між газовими резервуарами акумуляторів, нагнітаючи рідину в рідинний резервуар щонайменше одного із цих акумуляторів і витісняючи рідину з рідинного резервуара щонайменше одного іншого акумулятора, причому між рідинними резервуарами цих акумуляторів створюють потік рідини так, що різниця тисків між будь-якими частинами рідини в цьому потоці не перевершує 30 % від тиску рідини в тому рідинному резервуарі, у якому її нагнітають, переважно зазначена різниця не перевершує 5 % від зазначеного тиску. 16. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що зазначений потік рідини створюють за допомогою гідроперетворювача, що має не менше трьох рідинних портів, причому два його 19 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 порти з'єднують із рідинними портами акумуляторів, між якими створюють зазначений потік рідини й приводять його в рух іншим потоком рідини, що протікає щонайменше через один інший його порт. 17. Спосіб за п. 15, який відрізняється тим, що використовують щонайменше один акумулятор, що включає щонайменше два рідинних резервуари, відділених одним загальним поршневим роздільником від одного газового резервуара, причому зазначений потік рідини створюють, підтримуючи щонайменше в одному рідинному резервуарі цього акумулятора тиск рідини більше, ніж тиск газу в газовому резервуарі цього ж акумулятора, і в іншому, щонайменше в одному, рідинному резервуарі цього акумулятора тиск менше, ніж зазначений тиск газу. 18. Спосіб за п. 16, який відрізняється тим, що для нагнітання й витиснення робочої рідини використовують засоби подачі й прийому рідини, що включають лінію з першим тиском і лінію із другим тиском, більшим, ніж перший, а перетворення роблять по циклу, що включає: стадію стиску газу в акумуляторі з більш холодним газовим резервуаром при нагнітанні робочої рідини в його рідинний резервуар від гідроперетворювача, підключеного також до ліній з першим і другим тисками; стадію переносу газу з акумулятора з більш холодним газовим резервуаром через більш гарячий теплообмінник в акумулятор з більш гарячим газовим резервуаром при тиску робочої рідини в акумуляторах більше, ніж другий тиск, зі створенням потоку робочої рідини від рідинного резервуара акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром до лінії із другим тиском, причому цим потоком надають руху гідроперетворювачу, яким створюють потік робочої рідини від акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром до акумулятора з більш холодним газовим резервуаром; стадію розширення газу в акумуляторі з більш гарячим газовим резервуаром при витисненні робочої рідини з його рідинного резервуара в гідроперетворювач, підключений також до ліній з першим і другим тисками, а також стадію переносу газу з акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром через більш холодний теплообмінник в акумулятор з більш холодним газовим резервуаром при тиску робочої рідини в акумуляторах менше, ніж перший тиск, зі створенням потоку робочої рідини від лінії з першим тиском до рідинного резервуара акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром, причому цим потоком надають руху гідроперетворювачу, яким створюють потік робочої рідини від акумулятора з більш холодним газовим резервуаром до акумулятора з більш гарячим газовим резервуаром. 19. Спосіб за п. 18, який відрізняється тим, що гідравлічну енергію, одержувану при перетворенні тепла, передають у навантаження через гідроперетворювач, два порти якого підключені до зазначених ліній з першим і другим тисками, а два інших порти - до ліній з високими й низьким вихідними тисками. 20. Пристрій для перетворення тепла в гідравлічну енергію, що включає щонайменше два пневмогідравлічних акумулятори, у кожному з яких рідинний резервуар, що сполучається із засобами подачі й прийому рідини, відділений рухливим роздільником від газового резервуара, що сполучається із засобами нагрівання й охолодження, виконаними з можливістю нагрівати й охолоджувати газ, який надходить в них, який відрізняється тим, що засоби нагрівання й охолодження містять щонайменше два газових теплообмінники, установлених з можливістю пропускання через них газу між газовими резервуарами різних акумуляторів, причому засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримувати щонайменше один із цих теплообмінників більш холодним і щонайменше один теплообмінник більш гарячим. 21. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримувати стінки газового резервуара щонайменше одного з акумуляторів більш холодними й пропускати в нього газ через більш холодний теплообмінник, а стінки газового резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора підтримувати більш гарячими й пропускати в нього газ через більш гарячий теплообмінник. 22. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримувати стінки рідинного резервуара щонайменше одного акумулятора й робочу рідину в ньому більш холодними, а стінки рідинного резервуара іншого, щонайменше одного, акумулятора й робочу рідину в ньому підтримувати більш гарячими. 23. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають щонайменше один рідинний теплообмінник, що регенерує, що з'єднаний з рідинним резервуаром щонайменше одного акумулятора й виконаний з можливістю відводити тепло від рідини при витисненні її через нього із цього акумулятора й підводити відведене тепло до рідини при нагнітанні її через нього назад у цей акумулятор. 24. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають щонайменше один рідинний буфер, що включає два рідинних резервуари, розділених рухливим теплоізолятором. 20 UA 102975 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 25. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають щонайменше один рідинний буфер, що включає два рідинних резервуари, розділених рухливим роздільником. 26. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що включає щонайменше три акумулятори, а засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримки стінок газових резервуарів щонайменше двох з акумуляторів більш холодними й пропускання газу між ними через більш холодний газовий теплообмінник. 27. Пристрій за п. 21, який відрізняється тим, що включає щонайменше три акумулятори, а засоби нагрівання й охолодження виконані з можливістю підтримки стінок газових резервуарів щонайменше двох з акумуляторів більш гарячими й пропускання газу між ними через більш гарячий газовий теплообмінник. 28. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що щонайменше один акумулятор оснащений засобами теплозахисту, виконаними з можливістю відокремлювати стінки газового резервуара акумулятора від вхідного потоку газу. 29. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що засоби нагрівання й охолодження включають щонайменше один газовий циркуляційний насос, встановлений з можливістю створення змушеної конвекції газу в газовому резервуарі щонайменше одного акумулятора. 30. Пристрій за п. 29, який відрізняється тим, що газовий резервуар щонайменше одного акумулятора сполучається із засобами нагрівання й охолодження щонайменше двома газовими лініями з можливістю відбору газу газовим циркуляційним насосом із зазначеного газового резервуара через одну із зазначених газових ліній, пропускання відібраного газу щонайменше через один газовий теплообмінник і повернення газу в той же газовий резервуар через іншу газову лінію. 31. Пристрій за п. 29, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають щонайменше один гідромотор, кінематично зв'язаний щонайменше з одним газовим циркуляційним насосом, причому гідромотор встановлений з можливістю надавання руху потоком рідини між ним і рідинним резервуаром щонайменше одного акумулятора. 32. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що щонайменше один газовий теплообмінник виконаний з можливістю відводити тепло від газу при пропусканні через нього газу в одному напрямку й підводити відведене від газу тепло до газу при пропусканні через нього газу у зворотному напрямку. 33. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що щонайменше в одному газовому теплообміннику виконані канали для пропускання зовнішнього теплоносія з можливістю підводити до газу тепло від цього теплоносія так, що до вхідного в теплообмінник газу тепло підводиться від вихідного з теплообмінника зовнішнього теплоносія, а тепло до вихідного з теплообмінника газу підводиться від вхідного в теплообмінник зовнішнього теплоносія, причому в зазначеному теплообміннику виконаний щонайменше один додатковий газовий порт, а засоби нагрівання і охолодження містять щонайменше один канал, що з'єднує додатковий газовий порт із газовим резервуаром щонайменше одного акумулятора й виконані з можливістю замикати цей канал. 34. Пристрій за п. 20, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають засоби міжакумуляторної передачі рідини, виконані з можливістю створення потоку рідини між рідинними резервуарами щонайменше двох акумуляторів так, що різниця тисків між будь-якими частинами рідини в цьому потоці не перевершує 30 % від тиску рідини в тому рідинному резервуарі, у який її нагнітають, переважно зазначена різниця не перевершує 5 % від зазначеного тиску. 35. Пристрій за п. 34, який відрізняється тим, що засоби міжакумуляторної передачі рідини включають щонайменше один гідроперетворювач щонайменше із трьома рідинними портами, який встановлений з можливістю сполучатися двома своїми портами з рідинними резервуарами щонайменше двох акумуляторів і створювати між ними потік рідини при протіканні рідини через інший, щонайменше через один, його порт. 36. Пристрій за п. 34, який відрізняється тим, що щонайменше один акумулятор включає щонайменше два рідинних резервуари, відділених одним загальним поршневим роздільником від одного газового резервуара, а засоби міжакумуляторної передачі рідини виконані з можливістю створення потоку рідини між щонайменше одним з рідинних резервуарів цього акумулятора й щонайменше одним рідинним резервуаром іншого акумулятора. 37. Пристрій за п. 34, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини містять першу й другу лінії з можливістю підтримувати в них перший і другий тиски відповідно, а також гідроперетворювач щонайменше із трьома портами, встановлений з можливістю з'єднання із 21 UA 102975 C2 5 двома зазначеними лініями й обміну рідиною з рідинним резервуаром щонайменше одного акумулятора при тисках, що відмітні від тисків у зазначених лініях. 38. Пристрій за п. 37, який відрізняється тим, що засоби подачі й прийому рідини включають гідроперетворювач щонайменше із чотирма портами, встановлений з можливістю з'єднання двох портів із зазначеними першою й другою лініями, а двох інших портів - із двома вихідними лініями, і підтримки у вихідних лініях тисків, що відмітні від зазначених тисків у першій і другій лініях. 22 UA 102975 C2 23 UA 102975 C2 24 UA 102975 C2 25 UA 102975 C2 26 UA 102975 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 27

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for converting heat to hydraulic energy and device for its realization

Автори англійською

Stroganov, Alexander Anatolyevich

Назва патенту російською

Способ превращения тепла в гидравлическую энергию и устройство для его осуществления

Автори російською

Строганов Александр Анатольевич

МПК / Мітки

МПК: F15B 1/00, F03G 7/06, F02G 1/043

Мітки: пристрій, енергію, спосіб, тепла, перетворення, здійснення, гідравлічну

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/29-102975-sposib-peretvorennya-tepla-v-gidravlichnu-energiyu-i-pristrijj-dlya-jjogo-zdijjsnennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб перетворення тепла в гідравлічну енергію і пристрій для його здійснення</a>

Подібні патенти