Способ преобразования энергии и вихревая труба для его осуществления

005551 Область техники Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для производства как тепловой, так и электрической энергии, а также для изменения температуры потока жидкости или газа. Предшествующий уровень техники Широко известно использование для преобразования и получения энергии вихревой трубы французского инженера Ж.Ранке. Первоначально вихревая труба использовалась для разделения потока газа на горячий и холодный потоки. Классическая вихревая труба Ранке [1; 2, с. 108] содержит цилиндрическую трубу, с циклоном на одном конце, присоединенном к корпусу одной торцевой стороной и диафрагмой на другом торце (холодная часть), и тормозное устройство в виде регулировочного конуса внутри корпуса в конце, противоположном циклону (горячая часть). Сжатый газ подается через циклон в трубу по касательной, где разделяется в вихревом потоке на холодную (центральную) и горячую (периферийную) составляющие. Через диафрагму из трубы выходит холодный поток газа, а горячая часть потока выходит через кольцевой зазор между внутренней поверхностью трубы и регулировочным конусом. В дальнейшем работы по повышению эффективности работы вихревой трубы Ранке велись в направлении оптимизации параметров конструктивных элементов, например, путем использования конусного корпуса [3], за счет оптимизации размерных соотношений [4], с помощью введения в проточную часть элементов, организующих и сохраняющих ламинарный и турбулентный режим потока [5], за счет взаимосвязей между элементами - например, подключения горячего потока к выходу холодного [6]. Использование известных конструкций газовых вихревых труб Ранке не достаточно эффективно, в частности потому, что не используется энергия движения заряженных частиц, возникающих в процессе вихревого движения потока и особенности соотношения термодинамических параметров в различных сечениях потока. Гораздо позже было произведено разделение в вихревой трубе Ранке потока жидкости, в частности воды, однако вода разделилась не на холодный и горячий потоки, а на теплый и горячий [2, с. 171]. Простейшая вихревая труба для такого разделения, используемая для нагрева воды, содержит трубчатый корпус с циклоном на одном конце, присоединенном к корпусу одной торцевой стороной [7]. Эффективность нагрева воды в такой трубе, исчисляемая на основе законов классической термодинамики, оказалась выше 100%. Размещение же в трубе тормоза-спрямителя, в частности в виде радиальных ребер, привело к повышению эффективности до 150-200%. Причем появление дополнительной энергии, подтвержденное на практике, объяснили прохождением реакции холодного ядерного синтеза (например, от кавитации), излучениями от вихревого движения, т.е. превращением в тепло внутренней энергии воды - энергии межмолекулярных связей, межатомных, внутриатомных и внутриядерных связей [2, с. 193]. Однако, при использовании известной вихревой трубы Ранке для преобразования энергии жидкости, не используется энергия движения заряженных частиц, возникающих в процессе вышеуказанных реакций. Кроме того, недостаточно используются особенности соотношения термодинамических параметров в различных сечениях потока,хотя и отмечается повышение эффективности работы вихревой трубы при увеличении температуры исходной воды до значений выше 60 С [2, с. 166], т.е. внешнего нагрева. Раскрытие изобретения Решаемая техническая задача - повышение эффективности работы вихревой трубы, использующей эффект Ранке, а также расширение функциональных возможностей - получение с ее помощью электрической энергии. Согласно заявляемому способу преобразований энергии движущегося потока жидкости в вихревой трубе на основе эффекта Ранке дополнительно получают электрическую энергию, которую снимают с электромагнитных обмоток, расположенных на корпусе вихревой трубы, выполненной из диэлектрического материала с коэффициентом диэлектрической проницаемости больше, чем у жидкости, и/или имеющего внутри покрытие с коэффициентом диэлектрической проницаемости больше, чем у жидкости. Лучше, когда корпус вихревой трубы изолируют от Земли. Поток жидкости можно облучать лазерным излучением, лучше ультрафиолетового диапазона, при этом лазерный луч лучше направлять вдоль оси вихревой трубы по направлению от холодной части вихревой трубы к горячей части. Возможен дополнительный подогрев жидкости в горячей части вихревой трубы, при этом эффект от такого нагрева несколько выше, чем от нагрева исходной жидкости. Такой дополнительный подогрев можно осуществлять с помощью электрической энергии, вырабатываемой на обмотках корпуса. Лучше, когда дополнительный подогрев осуществляют с помощью импульсных электроискровых разрядов, например, в зазоре между тормозным устройством и внутренней поверхностью горячей части вихревой трубы, т.е. внутри горячего потока. Возможно и подогревание самого тормозного устройства. Заявляемая вихревая труба для преобразования энергии потока жидкости содержит трубчатый корпус с циклоном на одном конце, присоединенным к корпусу одной торцевой стороной, при этом хотя бы корпус не заземлен и выполнен из неэлектропроводного материала, обладающего электростатическими свойствами, причем коэффициент диэлектрической проницаемости материала корпуса и/или покрытия его внутренней поверхности больше, чем у жидкости, для которой используется вихревая труба, причем лучше, когда в качестве покрытия используется сегнетоэлектрический материал.-1 005551 Трубчатый корпус может быть выполнен в виде параболоида вращения, поперечное сечение которого увеличивается по направлению от стороны, с которой присоединен циклон. Трубчатый корпус лучше располагать вертикально, вниз стороной, с которой присоединен циклон. Другая торцевая сторона циклона может содержать диафрагму, соосную с трубчатым корпусом, с отверстием, диаметр которого меньше внутреннего диаметра трубчатого корпуса. При этом со стороны циклона с наружи торца трубчатого корпуса может дополнительно содержаться оптический квантовый генератор, ось распространения луча которого совпадает с осью трубчатого корпуса. Лучше использовать оптический квантовый генератор ультрафиолетового диапазона. Лучше, когда материал для хотя бы внутренней поверхности трубчатого корпуса или ее части обладает свойствами отражать лучи, генерируемые оптическим квантовым генератором. Внутри трубчатого корпуса может быть размещена с зазором коаксильно свободно хотя бы одна внутренняя труба с открытыми торцами, выполненная из диэлектрического материала, коэффициент диэлектрической проницаемости которого больше, чем у жидкости, для которых используется вихревая труба, причем длина внутренней трубы меньше, чем длина трубчатого корпуса. Внутренняя труба может быть выполнена из диэлектрического материала с магнитными свойствами, причем направление намагниченности для такого варианта исполнения должно совпадать с осью самой трубы. Внутри трубчатого корпуса в конце, противоположном циклону, может быть смонтировано тормозное устройство, например, в виде регулировочного конуса, в частности полого и/или с вогнутой поверхностью, установленного с забором соосно корпусу вершиной по направлению к циклону. Лучше, когда на корпусе выполнена электромагнитная обмотка. Тормозное устройство может быть снабжено нагревателем, лучше электрическим. Причем, такой электронагреватель лучше выполнять в виде как минимум одной пары электродов, один из которых смонтирован на тормозном устройстве, а другой - напротив на трубчатом корпусе. Возможно размещение несколько пар электродов, рабочая часть которых находится в зазоре между тормозным устройством в виде регулировочного конуса и внутренней поверхностью трубчатого корпуса. Лучше, когда электронагреватель электрически соединен с электромагнитной обмоткой. Нагреватель также может быть выполнен не электрическим и содержать форсунку для сжигания жидкого или газообразного топлива, причем сопло форсунки направлено внутрь полости конуса тормозного устройства. Краткое описание фигур чертежей Изобретение поясняется чертежами водяного теплоэлектрогенератора. На фиг. 1 представлен общий вид цилиндрического теплоэлектрогенератора (стрелками показано направление движения потоков воды),а на фиг. 2 - разрез его средней части. На фиг. 3 представлен общий вид конусного теплоэлектрогенератора. Вариант осуществления изобретения Изобретение поясняется на примерах водяного теплоэлектрогенератора на основе вихревой трубы Грицкевича. Цилиндрический теплоэлектрогенератор, расположенный вертикально, как показано на фиг. 1, содержит трубчатый корпус 1, с холодной частью, включающей циклон в виде улитки 2 с инжекционным патрубком 3 и диафрагмой с отверстием 4. Горячая часть содержит выпускной патрубок 5, регулировочный конус 6 с устройством 7 осевой регулировки и пары электродов 8, равномерно распределенных по окружности зазора между корпусом 1 и конусом 6. Корпус 1 покрыт внутри тонким слоем 9 титаната бария, а снаружи снабжен электромагнитной обмоткой 10. Корпус 1, улитка 2, конус 6 и патрубки 3, 5 выполнены из пластмассы и изолированы от Земли. Поток холодной воды, поступающий в холодную часть по патрубку 2, разделяется в вихревом движении, создаваемом улиткой 2, в корпусе 1 на теплую (центральную) и горячую (периферийную) части. Горячая часть потока, прилегающая к внутреннему слою 9, вращаясь, движется к горячей части корпуса 1 и выходит из нее через кольцевой зазор между краем корпуса 1 и конусом 2. Теплая часть потока, отражаясь от конуса 4, вращаясь движется к отверстию 4 и выходит из него. Частично ионизированная (за счет трения о слой 9, кавитационных процессов, холодного ядерного синтеза) вода, ионизируется дополнительно за счет высоковольтных разрядов электродами 8, с помощь этих разрядов также осуществляется дополнительный подогрев воды. За счет электромагнитной индукции в обмотках 10 возникает ЭДС. Часть электроэнергии с обмоток 10 используется для создания разрядов между электродами 8. Для улучшения разделения потока воды на теплую и горячую части, а также для увеличения степени ионизации воды, внутри корпуса 1 может быть установлена пластмассовая внутренняя труба 11 как показано на фиг. 2. Пластмасс должен обладать магнитными свойствами, намагниченность трубы 11 должна быть направлена вдоль ее оси, что позволяет точно центрировать трубу 11 во время работы теплоэлектрогенератора. На фиг. 3 представлен пример выполнения конусного теплоэлектрогенератора (электромагнитная обмотка не показана), конструкция и материал деталей которого подобны как в вышеупомянутой конструкции цилиндрического теплоэлектрогенератора. Теплоэлектрогенератор также расположен вертикально и содержит трубчатый конусообразный корпус 12 с холодной частью, включающей циклон в виде тангенциального подающего патрубка 13, диафрагмой с отверстием 14 и оптическим квантовым генератором (не-2 005551 показан) ультрафиолетового диапазона. Горячая часть содержит регулировочный конус 15. Образующие внутренней поверхностей корпуса 12 и наружной конусной поверхности конуса 15 представляют из себя параболы. Конусный теплоэлектрогенератор работает подобно вышеупомянутому цилиндрическому теплоэлектрогенератору, за исключением того, что не осуществляется дополнительный подогрев воды в горячей части, а осуществляется дополнительная ионизация воды лазерным лучом ультрафиолетового диапазона, проходящим через отверстие 14. Источники информации: 1. Патент США 1952281, 1934. 2. Потапов Ю.С., Фоминский Л.П. Вихревая энергетика и холодный ядерный синтез с позиции теории движения. - Кишинев - Черкассы: ОКО-Плюс, 2000. 3. А.с. СССР 1304526, 1976. 4. Патент США 5327728, 1994. 5. Заявка РФ 5067921, опубл. 09.01.1995. 6. Заявка РФ 95110338, опубл. 20.06.1997. 7. Патент РФ 2045715, 1995 (прототип). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ преобразования энергии движущегося потока жидкости в электрическую энергию на основе эффекта Ранке, в котором подают жидкость в вихревую трубу, снабженную электромагнитными обмотками, и имеющую трубчатый корпус, выполненный из диэлектрического материала и/или изнутри снабженный покрытием из диэлектрического материала, коэффициент диэлектрической проницаемости которого больше, чем у подаваемой жидкости, и осуществляют съем электрической энергии с электромагнитных обмоток. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что трубчатый корпус изолируют от земли. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток жидкости облучают лазерным излучением. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что поток жидкости облучают лазерным излучением ультрафиолетового диапазона. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что лазерный луч направляют вдоль оси вихревой трубы. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что луч лазера направляют по направлению от холодной части вихревой трубы к горячей части. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют дополнительный подогрев жидкости в горячей части вихревой трубы. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительный подогрев осуществляют с помощью электрической энергии, вырабатываемой на электромагнитных обмотках. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что осуществляют дополнительный подогрев тормозного устройства. 10. Способ по п.7, отличающийся тем, что дополнительный подогрев осуществляют с помощью импульсных электроискровых разрядов. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что импульсные электроискровые разряды осуществляют в зазоре между тормозным устройством и внутренней поверхностью горячей части вихревой трубы. 12. Вихревая труба, использующая эффект Ранке, содержащая трубчатый корпус с циклоном на одном конце, присоединенном к корпусу одной торцевой стороной, отличающаяся тем, что она снабжена электромагнитными обмотками, при этом трубчатый корпус выполнен из диэлектрического материала и/или изнутри снабжен покрытием из диэлектрического материала, коэффициент диэлектрической проницаемости которого больше, чем у жидкости, проходящей через трубчатый корпус. 13. Вихревая труба по п.12, отличающаяся тем, что трубчатый корпус выполнен в виде параболоида вращения, поперечное сечение которого увеличивается по направлению от стороны, с которой присоединен циклон. 14. Вихревая труба по п.12, отличающаяся тем, что трубчатый корпус расположен вертикально, причем сторона, с которой присоединен циклон, расположена внизу. 15. Вихревая труба по п.12, отличающаяся тем, что другая торцевая сторона циклона содержит диафрагму, соосную с трубчатым корпусом, с отверстием, диаметр которого меньше внутреннего диаметра трубчатого корпуса. 16. Вихревая труба по п.12, отличающаяся тем, что внутри трубчатого корпуса с зазором коаксиально свободно размещена хотя бы одна внутренняя труба с открытыми торцами, выполненная из диэлектрического материала, коэффициент диэлектрической проницаемости которого больше, чем у жидкости, для которой используется вихревая труба, причем длина внутренней трубы меньше, чем длина трубчатого корпуса. 17. Вихревая труба по п.12, отличающаяся тем, что внутри трубчатого корпуса в конце, противоположном циклону, смонтировано тормозное устройство.-3 005551 18. Вихревая труба по п.15, отличающаяся тем, что со стороны циклона снаружи торца трубчатого корпуса дополнительно содержит оптический квантовый генератор, ось распространения луча которого совпадает с осью трубчатого корпуса. 19. Вихревая труба по п.12, отличающаяся тем, что в качестве покрытия используется сегнетоэлектрический материал. 20. Вихревая труба по п.16, отличающаяся тем, что внутренняя труба выполнена из диэлектрического материала с магнитными свойствами, причем направление намагниченности совпадает с осью самой трубы. 21. Вихревая труба по п.17, отличающаяся тем, что тормозное устройство выполнено в виде регулировочного конуса, установленного с зазором соосно трубчатому корпусу вершиной по направлению к циклону. 22. Вихревая труба по п.17, отличающаяся тем, что тормозное устройство снабжено нагревателем. 23. Вихревая труба по п.18, отличающаяся тем, что использован оптический квантовый генератор ультрафиолетового диапазона. 24. Вихревая труба по п.18, отличающаяся тем, что материал хотя бы внутренней поверхности трубчатого корпуса или ее части обладает свойствами отражать лучи, генерируемые оптическим квантовым генератором. 25. Вихревая труба по п.21, отличающаяся тем, что регулировочный конус выполнен полым. 26. Вихревая труба по п.21, отличающаяся тем, что регулировочный конус выполнен с вогнутой поверхностью. 27. Вихревая труба по п.22, отличающаяся тем, что тормозное устройство снабжено электронагревателем. 28. Вихревая труба по п.27, отличающаяся тем, что электронагреватель выполнен в виде как минимум одной пары электродов, один из которых смонтирован на тормозном устройстве, а другой - напротив на трубчатом корпусе. 29. Вихревая труба по п.27, отличающаяся тем, что электронагреватель электрически соединен с электромагнитной обмоткой. 30. Вихревая труба по пп.22 и 25, отличающаяся тем, что нагреватель содержит форсунку для сжигания жидкого или газообразного топлива, причем сопло форсунки направлено внутрь полости конуса. 31. Вихревая труба по пп.21 и 28, отличающаяся тем, что содержит несколько пар электродов, рабочая часть которых находится в зазоре между регулировочным конусом и внутренней поверхностью трубчатого корпуса.