RS58887B1 - Toplotni motori, sistemi za obezbeđivanje rashladnog sredstva pod pritiskom i vezani postupci - Google Patents

Description

Opis

OBLAST TEHNIKE

Izvođenja predmetnog pronalaska se uopšteno odnose na sisteme i postupke za generisanje snage i druge procese koji uključuju kompresovana rashladna sredstva. Na primer, sistemi i postupci se mogu koristiti za generisanje struje iz izvora toplote.

STANJE TEHNIKE

Rankinov ciklus je termodinamički ciklus u kojem se toplota pretvara u rad. Toplota se eksterno dovodi do zatvorene petlje sa, tipično, vodom kao radnim fluidom. Rankinovim ciklusom se generiše oko 80% ukupno proizvedene električne energije koja se koristi širom sveta, a sam ciklus se koristi u solarnim toplotnim postrojenjima, postrojenjima koja koriste biomasu, ugalj, kao i u nuklearnim elektranama. Sistemi za proizvodnju snage koji primenjuju Rankinov ciklus u tipičnom slučaju vrše transformaciju toplotne energije u električnu energiju. Konvencionalni sistem koji se zasniva na Rankinovom ciklusu primenjuje četiri sledeća osnovna koraka: (1) u kotlu se koristi toplotna energija kako bi se voda pretvorila u paru; (2) para se šalje kroz turbinu koja, dalje, pokreće električni generator; (3) para se kondenzuje nazad u vodu predavanjem preostale toplotne energije iz pare okruženju; i (4) kondenzat se pumpanjem odvodi nazad u kotao. Kod idealnog Rankinovog ciklusa, širenje je izentropsko (tj. pri konstantnoj entropiji) dok su procesi isparavanja i kondenzacije izobarični (tj. pri konstantnom pritisku). Ipak, nepovratnosti u stvarnom procesu snižavaju efikasnost ciklusa. Te nepovratnosti su primarno zasluga dva faktora: konverzije neke količine energije u toplotu tokom širenja radnog fluida u koraku (2) ciklusa; i neefikasnosti koja je izazvana padovima pritiska u izmenjivačima toplote tokom izvođenja koraka (1) i (3).

Efikasnost Rankinovog ciklusa je funkcija fizičkih karakteristika radnog fluida. Bez pritiska radnog fluida koji doseže super-kritične vrednosti, opseg temperatura u kojem se ciklus može izvesti je prilično mali. Na primer, temperaturne granice ulaza konvencionalne turbine su oko 565°C (granica puzanja nerđajućeg čelika) a temperature kondenzatora su oko 30°C. Ovo daje teoretsku Karnoovu efikasnost od oko 63% u poređenju sa stvarnom efikasnošću od 42% za savremeno postrojenje za proizvodnju energije loženjem uglja. Niska temperatura ulaza u turbinu (u poređenju sa turbinom za unutrašnje sagorevanje gasa) jeste razlog zbog kojeg se Rankinov ciklus često koristi kao donji ciklus u elektranama sa gasnim turbinama sa kombinovanim ciklusom. Radni fluid u Rankinovom ciklusu prati zatvorenu petlju i kontinualno se ponovno koristi. Dok mnogi radni fluidi mogu biti korišćeni ili jesu bili korišćeni u Rankinovom ciklusu, kao odabrani fluid se uobičajeno koristi voda jer je ima u izobilju, jeftina je, nije toksična, u opštem slučaju nije reaktivna i poseduje pogodne termodinamičke karakteristike. Organski Rankinovi ciklusi (ORC – Organic Rankine Cycle) su razvijeni kako bi se omogućio povraćaj energije iz izvora nižih temperatura, kao što je industrijska otpadna toplota, geotermalna toplota, solarnih jezera, itd. Radni fluidi kod ORC su organski, gde fluidi sa većom molekularnom masom ispoljavaju promenu faze tečnost-para (tj. tačku ključanja) na nižim temperaturama od promene faze voda-para na datom pritisku. Korišćenjem ORC, toplota iz izvora niže temperature može biti konvertovana u koristan rad koji se može iskoristiti za generisanje struje.

ORC tehnologija se može primeniti za povraćaj energije iz otpadne toplote. Na primer, tehnologija se može primeniti na postrojenja za proizvodnju toplote i struje, industrijske procese i procese zemljoradnje (na primer na fermentaciju organskih proizvoda), vrele izduve iz pećnica ili peći, kondenzaciju dimnih gasova, izduvne gasove vozila, međuhlađenje kompresora i kondenzatore u energetskim ciklusima. ORC tehnologija se takođe može iskoristiti za ekstrahovanje korisne energije iz biomase, geotermalnih toplotnih izvora, solarnih polja, itd.

Dokumenta US2013/0263598 A1, US2010/0034684 A1 i WO2014/117156 A1 opisuju Rankinove cikluse sa kolom za podmazivanje i odvajanje ulja za podmazivanje iz radnog fluida. Organski Rankinovi ciklusi su opisani u međunarodnom patentnom spisu broj WO 2014/124061 pod nazivom „Poboljšana dekompresiona toplotna mašina sa organskim Rankinovim ciklusom“, koji je objavljen 14. Avgusta 2014.

OPIS PRONALASKA

Postupak prema pronalasku je opisan u Zahtevu 1 dok je toplotni motor prema pronalasku opisan u Zahtevu 9. Dalji aspekti pronalaska opisani su u zavisnim Zahtevima. Prema nekim primerima postupak podrazumeva mešanje ulja za podmazivanje sa prvom količinom rashladnog sredstva u tečnoj fazi kako bi se obrazovala mešavina, kao i zagrevanje mešavine ulja za podmazivanje i prve količine rashladnog sredstva kako bi se obrazovala zagrejana mešavina, gde je najmanje deo prve količine rashladnog sredstva u gasovitoj fazi. Postupak podrazumeva mešanje zagrejane mešavine sa drugom količinom rashladnog sredstva u pregrejanoj fazi i atomiziranje ulja za podmazivanje kako bi se ulje za podmazivanje raspršilo unutar rashladnog sredstva. Rashladno sredstvo može ispoljavati tačku ključanja ispod oko -35°C. Prema nekim izvođenjima rashladno sredstvo može sadržati organski materijal.

Prema drugim primerima, toplotni motor sadrži zonu visokog pritiska koja je konfigurisana da prenosi toplotu sa najmanje jednog izvora toplote na rashladno sredstvo i koja je konfigurisana da sadrži prvu količinu rashladnog sredstva u gasovitoj fazi; zonu niskog pritiska koja je konfigurisana da prenosi toplotu sa rashladnog sredstva na najmanje jedan hladnjak i koja je konfigurisana da sadrži drugu količinu rashladnog sredstva u tečnoj fazi; zonu premošćavanja koja je konfigurisana da pomeša treću količinu rashladnog sredstva u tečnoj fazi sa uljem za podmazivanje; i atomizator koji sadrži medijum za mešanje koji je konfigurisan da izvrši atomiziranje ulja za podmazivanje i rasprši ulje za podmazivanje unutar prve i treće količine rashladnog sredstva. Rashladno sredstvo ispoljava tačku ključanja ispod oko -35°C. Putanja rashladnog sredstva, koja je u znatnoj meri u obliku zatvorene petlje, sadrži zonu visokog pritiska, zonu niskog pritiska i zonu za premošćavanje.

Prema nekim primerima, sistem za obezbeđivanje rashladnog sredstva pod pritiskom sadrži pumpu koja je konfigurisana da pomera prvu količinu rashladnog sredstva u tečnom stanju kroz vod; uređaj za mešanje namenjen mešanju ulja za podmazivanje sa prvom količinom rashladnog sredstva u tečnoj fazi; najmanje jedan izvor toplote koji je konfigurisan da prenese toplotu na prvu količinu rashladnog sredstva u tečnoj fazi; drugi uređaj za mešanje namenjen mešanju druge količine rashladnog sredstva u gasovitoj fazi sa uljem za podmazivanje i prvom količinom rashladnog sredstva; i medijum za mešanje koji je konfigurisan da atomizira ulje za podmazivanje i da rasprši ulje za podmazivanje unutar rashladnog sredstva. Rashladno sredstvo ispoljava tačku ključanja ispod oko -35°C. Najmanje jedan izvor toplote je konfigurisan da se pomoću njega izvrši isparavanje prve količine rashladnog sredstva.

KRATAK OPIS SLIKA NACRTA

Slika 1 šematski prikazuje blok dijagram koji ilustruje sistem za obezbeđivanje rashladnog sredstva pod pritiskom, prema predmetnom pronalasku;

Slika 2 na uprošćen način šematski prikazuje blok dijagram koji ilustruje toplotni motor koji sadrži sistem prikazan na Slici 1;

Slika 3 na uprošćen način šematski prikazuje blok dijagram koji ilustruje toplotni motor ilustrovan na Slici 2; i

Slika 4 na uprošćen način šematski prikazuje blok dijagram koji ilustruje kako se rashladno sredstvo u toplotnom motoru prikazanom na Slici 2 može koristiti zajedno sa drugom opremom.

NAČIN(I) IZVOĐENJA PRONALASKA

Sledeći opis daje specifične detalje, kao što su tipovi materijala, sastavi, debljine materijala i uslovi obrade, kako bi se dobio detaljni opis izvođenja pronalaska. Ipak, osoba sa prosečnim poznavanjem predmetne oblasti tehnike će razumeti da izvođenja pronalaska mogu biti realizovana i bez primene ovih specifičnih detalja. Zaista, izvođenja pronalaska mogu biti realizovana u saglasnosti sa konvencionalnim tehnikama koje se koriste u industriji. Dodatno, opis koji je dat ispod ne sačinjava kompletan tok postupka za obezbeđivanje fluida pod pritiskom ili upravljanje toplotnim motorima. Ispod su detaljno opisana samo ona delovanja i strukture koja su neophodna za razumevanje izvođenja pronalaska. Osoba prosečnog poznavanja predmetne oblasti tehnike će razumeti da su pojedine komponente postupka (na primer cevi, linijski filteri, ventili, detektori temperature, detektori protoka, detektori pritiska, itd.) inherentno opisane u ovom dokumentu i da bi dodavanje različitih konvencionalnih komponenti i delovanja u postupak bilo u saglasnosti sa opisom pronalaska. Dodatna delovanja ili materijali mogu biti obezbeđeni dodavanjem konvencionalnih elemenata onima koji su opisani.

Na način na koji su upotrebljeni ovde, oblici u jednini su namenjeni da obuhvate takođe i oblike u množini, izuzev tamo gde kontekst opisa jasno ne navodi suprotno.

Na način na koji je upotrebljen ovde, termin „i/ili“ podrazumeva bilo koju i sve kombinacije jedne ili više navedenih stavki.

Na način na koji su upotrebljeni ovde, termini koju ukazuju na odnos poput „prvi“, „drugi“, „vrh“, „dno“, „gornji“, „donji“, „iznad“, „ispod“, itd. navedeni su radi povećanja jasnoće i radi pogodnosti razumevanja opisa i pridruženih slika nacrta i ne označavaju niti zavise od bilo kakvog specifičnog prvenstva, orijentacije ili redosleda, izuzev tamo gde kontekst opisa na jasan način ne navodi suprotno.

Na način na koji je upotrebljen ovde, termin „u znatnoj meri“ koji se odnosi na dati parametar, vrednost ili stanje podrazumeva do određene mere da će osoba sa prosečnim poznavanjem predmetne oblasti tehnike razumeti da je dati parametar, vrednost ili stanje ispunjeno uz mali stepen varijanse, koji se, na primer, nalazi unutar prihvatljivih proizvodnih tolerancija.

Sika 1 na uprošćeni način šematski način prikazuje blok dijagram koji ilustruje sistem 100 za obezbeđivanje rashladnog sredstva pod pritiskom. Sistem 100 može biti primenjen kako bi obezbedio rashladno sredstvo pod pritiskom za toplotni motor, rashladni sistem, toplotnu pumpu ili za bilo koji drugi sistem u kojem se koristi rashladno sredstvo pod pritiskom. Prema nekim izvođenjima sistem 100 može obezbeđivati rashladno sredstvo pod pritiskom za toplotni motor koji primenjuje organski Rankinov ciklus (ORC).

Kao što je prikazano na Slici 1, sistem 100 može sadržati nepovratni ventil 102 koji je konfigurisan da omogući protok rashladnog sredstva samo u jednom smeru. Pumpa 104 može biti konfigurisana tako da prihvati rashladno sredstvo od nepovratnog ventila 102 i obezbedi silu za vođenje rashladnog sredstva kroz sistem 100. Pumpa 104 može biti, na primer, cirkulaciona pumpa promenljive brzine. Pumpa 104 može biti značajno manja od pumpi koje se konvencionalno koriste za obezbeđivanje rashladnog sredstva pod pritiskom pošto se od pumpe 104 ne zahteva da u značajnijoj meri poveća pritisak rashladnog sredstva. Umesto toga pritisak rashladnog sredstva može biti povećan zagrevanjem, kao što će detaljnije biti opisano ispod.

Rashladno sredstvo može biti organski materijal sa tačkom ključanja ispod oko -35°C. Takvo rashladno sredstvo može biti upotrebljeno za ekstrahovanje energije iz izvora toplote na relativno niskim temperaturama (na primer ispod oko 82°C) i konvertovanje te energije u struju na efikasniji način od rashladnih sredstava u konvencionalnim sistemima. Na primer, rashladno sredstvo može biti R-410A, bliska azeotropska mešavina difluorometana i pentalfluoretana, koje poseduje tačku ključanja od približno -51°C. Mogu se koristiti i druga rashladna sredstva poput onih koja su u stanju tehnike poznata kao R-22, R-505, R-507, R-13, R-503, R-23, R-717 (amonijak) ili R-744 (ugljen-dioksid CO2). Takva rashladna sredstva su komercijalno dostupna, na primer, od proizvođača Airgas Refrigerants Inc. iz mesta Lorensvil u američkoj državi Džordžija (Lawrenceville, Georgia, USA).

Uređaj 106 za mešanje može biti konfigurisan da pomeša ulje za podmazivanje sa organskim rashladnim sredstvom nakon što organsko rashladno sredstvo prođe kroz pumpu 104. Uređaj 106 za mešanje može, na primer, sadržati mešač, komoru za mešanje, aspirator ili bilo kakvo drugo sredstvo za mešanje fluida. Ulje za podmazivanje može biti organski materijal takve formulacije da ostaje u tečnoj fazi pri operativnim uslovima rashladnog procesa, kao i da poseduje povoljne osobine po pitanju podmazivanja i stabilnosti. Na primer, ulje za podmazivanje može sadržati mineralno ulje (naftalen, na primer) ili sintetičko ulje (na primer glikole, estre, alkilbenzene, poliolestre, itd.). Prema nekim izvođenjima ulje za podmazivanje može takođe sadržati pojačivač sposobnosti podmazivanja, kao što je na primer paket aditiva koji pod tržišnim imenom A/C Re-New prodaje kompanija Nu-Calgon iz mesta Sent Luis u američkoj državi Misuri (St. Louis, Missouri, USA). Pojačavač sposobnosti podmazivanja može imati formulaciju takvu da poseduje veću sposobnost podmazivanja od ulja za podmazivanje.

Sistem 100 može dalje sadržati jedan ili više izvora 108 toplote koji su na Slici 1 prikazani kao izmenjivači toplote. Jedan ili više izvora 108 toplote mogu sadržati kondenzatore, spiralne grejače ili bilo kakav drugi izvor toplote. Jedan ili više izvora 108 toplote može sadržati najmanje jedan zid kroz koji se toplota može prenositi na organsko rashladno sredstvo i ulje za podmazivanje. Iako je na Slici 1 prikazan jedan izvor 108 toplote, sistem 100 može sadržati bilo koji broj izvora toplote, kao što su na primer jedan, dva, tri, četiri, itd. Jedan ili više izvora 108 toplote može biti konfigurisano da izvrše isparavanje organskog rashladnog sredstva kako bi se obrazovao gas. Na primer, jedan ili više izvora 108 toplote može sadržati isparivač ili pregrejač.

Sistem 100 može dodatno sadržati i atomizator 112 koji je konfigurisan da pomeša organsko rashladno sredstvo i ulje za podmazivanje sa drugom količinom organskog rashladnog sredstva i da izvrši atomiziranje ulja za podmazivanje. Atomizator 112 može sadržati telo u kojem se nalaze sredstva 114 za mešanje i atomizaciju. Na primer, atomizator 112 može sadržati lopatice za mešanje, metalnu mrežu (na primer sinterovanu mrežu od nerđajućeg čelika, kao što je na primer materijal 316L od nerđajućeg čelika za mreže koji poseduje veličinu okna od oko 1.000 mikrona, a koji pod imenom SINTERPORE<®>prodaje Dorstener Wire Tech iz mesta Spring u američkoj državi Teksas (Spring, Texas, USA)), medijum za pakovanje, ili bilo kakvu drugu strukturu za mešanje i/ili atomizaciju. Kod nekih izvođenja atomizator 112 može dodatno sadržati medijum za filtriranje (koji može biti izmenjiv) ili neko drugo sredstvo za sprečavanje tečnog ulja koje nije atomizirano da napusti atomizator 112. Atomizator 112 može biti konfigurisan da radi sa minimalnim ograničavanjem, tako da je pad pritiska unutar atomizatora 112 mali ili zanemarljiv.

Sistem 100 može biti upotrebljen za dobijanje zagrejanog rashladnog sredstva pod pritiskom. Rashladno sredstvo 122 može prolaziti kroz nepovratni ventil 102 pre pumpe 104 koja pumpa rashladno sredstvo 122 kroz sistem 100. Prema nekim izvođenjima pumpa 104 može predstavljati jedino sredstvo koje obezbeđuje cirkulaciju rashladnog sredstva 122. Rashladno sredstvo 122 koje napušta pumpu 104 može biti uvedeno u uređaj 106 za mešanje i biti pomešano sa uljem 124 za podmazivanje kako bi se obrazovala mešavina 126. Mešavina 126 se, zatim, može zagrevati u izvoru 108 toplote. Izvor 108 toplote može prihvatati topli fluid 128 sa temperaturom manjom od oko 80°C, manjom od oko 70°C, manjom od oko 60°C ili čak manjom od oko 50°C. Toplota od toplog fluida 128 se prenosi na mešavinu 126 na takav način da ohlađeni fluid 130 (koji sadrži materijal koji je uveden u izvor 108 toplote kao topli fluid 128) i zagrejana mešavina 132 (koja sadrži materijal koji je uveden u izvor 108 toplote kao mešavina 126) napušta izvor 108 toplote. Zapreminska brzina protoka zagrejane mešavine 132 može biti veća od zapreminske brzine protoka mešavine 126 usled isparavanja rashladnog sredstva 122.

Kod nekih izvođenja mešavina 126 može biti izložena dodatnim izvorima toplote. Prenošenje toplote sa izvora 108 toplote na mešavinu 126 može podrazumevati povećanje specifične zapremine mešavine 126.

Kao izvor 108 toplote se može, na primer, koristiti izvor otpadne toplote, izduvni gas, međuhladnjak kompresora, biomasa, geotermalni izvor toplote, niz solarnih panela ili bilo kakav drugi materijal ili uređaj koji je sposoban da generiše ili prenese toplotu. Izvor 108 toplote ne mora biti na visokoj temperaturi koja je poput onih koje se zahtevaju u konvencionalnim sistemima, tako da se sistem 100 može koristiti za ekstrahovanje energije iz izvora toplote koji se tradicionalno ne koriste za generisanje energije.

Zagrejana mešavina 132 (koja sadrži ulje 124 za podmazivanje pomešano sa rashladnim sredstvom 122) i drugu količinu gasovitog ili pregrejanog rashladnog sredstva 140 može biti pomešana unutar atomizatora 112 kako bi se obrazovala pregrejana mešavina 141. Alternativno, zagrejana mešavina 132 i rashladno sredstvo 140 mogu biti pomešani pre uvođenja u atomizator 112 kako bi obrazovali pregrejanu mešavinu 141, kao na primer u mešaču, komori za mešanje, aspiratoru ili u bilo kakvom drugom sredstvu za mešanje fluida. Rashladno sredstvo 140 u tipičnom slučaju može imati isti sastav kao i rashladno sredstvo 122. Rashladno sredstvo 140 može biti na ili u blizini svoje kritične temperature. Unutar atomizatora 112 ulje za podmazivanje može postati atomizirano kako bi se obrazovala fina magla koja se može raspršiti unutar rashladnog sredstva. Pregrejana mešavina 141 može, na primer, biti propuštena kroz metalnu mrežu. Prema nekim izvođenjima ulje 124 za podmazivanje može biti na približno uniforman način raspršeno kroz rashladno sredstvo. Rashladno sredstvo i ulje za podmazivanje mogu napustiti atomizator 112 kao atomizirana mešavina 142. Prema nekim izvođenjima atomizirana mešavina 142 može biti filtrirana ili na neki drugi način obrađena kako bi se poboljšala homogenost atomizirane mešavine 142.

Prema nekim izvođenjima atomizirana mešavina 142 (odnosno rashladno sredstvo pod pritiskom i atomizirano ulje za podmazivanje) mogu biti upotrebljeni u ORC toplotnom motoru (toplotnom motoru sa organskim Rankinovim ciklusom). Na primer, Slika 2 na uprošćen način šematski predstavlja blok dijagram koji ilustruje toplotni motor 200 uključujući i sistem 100 koji je prikazan na Slici 1 (treba napomenuti da su referentne pozicije za neke protoke materijala koje su prikazane na Slici 1 izostavljene sa Slike 2 radi uprošćenja). Toplotni motor 200 u opštem slučaju sadrži zonu visokog pritiska, zonu niskog pritiska i zonu premošćavanja. Kada je toplotni motor 200 u radu, pritisak radnog rashladnog sredstva unutar zone visokog pritiska je približno konstantan uz varijacije temperature duž putanje protoka. Slično, pritisak radnog rashladnog sredstva je unutar zone niskog pritiska približno konstantan (ali na nižem pritisku nego što je u zoni visokog pritiska). Rashladno sredstvo u zoni premošćavanja je na približno istom pritisku kao što je u zoni visokog pritiska. Pošto je svaka od zona visokog pritiska i niskog pritiska na približno konstantnom pritisku, rashladno sredstvo može biti propušteno kroz jednu ili više eksternih petlji ukoliko se je potreban ili željen dodatni prenos toplote, kao što je pojašnjeno u tekstu ispod i prikazano na Slici 3.

Toplotni motor 200 sadrži rezervoar 202 za čuvanje rashladnog sredstva. Rashladno sredstvo 248 pod pritiskom putuje od rezervoara 202 do isparivača 204 i pregrejača 206, koji se uopšteno mogu smatrati izvorima 204, 206 toplote. Svaki od izvora 204, 206 toplote može sadržati najmanje jedan zid kroz koji se toplota sa toplog fluida 240 može preneti na rashladno sredstvo 248. Iako su na Slici 2 prikazana dva izvora 204, 206 toplote, toplotni motor 200 može sadržati bilo koji broj izvora toplote, kao što je na primer jedan, dva, tri, četiri, itd. Jedan od izvora 204, 206 toplote može biti konfigurisan da omogući isparavanje rashladnog sredstva 248 pod pritiskom kako bi obrazovalo gas koji može odgovarati rashladnom sredstvu 140 prikazanom na Slici 1. Nakon što rashladno sredstvo 140 napusti pregrejač 206, rashladno sredstvo 140 može biti na ili u blizini svoje kritične temperature.

Izvori 204, 206 toplote mogu prihvatati topli fluid 240 sa temperaturom manjom od oko 80°C, manjom od oko 70°C, manjom od oko 60°C, manjom od oko 50°C ili čak manjom od oko 40°C. Toplota se sa toplog fluida 240 prenosi na rashladno sredstvo 248. Topli fluid 240 može napustiti izvore 204, 206 toplote kao otpadni fluid 244 ili fluid za druge namene.

Rashladno sredstvo 140 se, zatim, može pomešati sa zagrejanom mešavinom 132 rashladnog sredstva i ulja koje je prethodno zagrejano u izvoru 108 toplote (takođe videti Sliku 1). Unutar atomizatora 112 ulje za podmazivanje može postati atomizirano kako bi obrazovalo finu maglu koja se može raspršiti unutar rashladnog sredstva kao atomizirana mešavina 142, kao što je već opisano iznad i detaljnije prikazano na Slici 1.

Nakon toga atomizirana mešavina 142 može biti uvedena u razvodnik 207 sa ekspanzionim uređajem 208 spregnutim sa i konfigurisanim da pokreće generator 209 električne energije. Ekspanzioni uređaj 208 može sadržati dekompresor sa pozitivnim izmeštanjem koji je konfigurisan da obezbedi gradijent pritiska pomoću kojeg organsko rashladno sredstvo u gasovitoj fazi kontinualno teče iz zone visokog pritiska ka zoni niskog pritiska. Ekspanzioni uređaj 208 može biti konfigurisan da zadrži razliku pritiska između zone visokog pritiska i zone niskog pritiska od oko 10 bara i oko 100 bara, i može biti konfigurisan da vrši ekstrahovanje mehaničke energije usled gradijenta pritiska. Na primer, ekspanzioni uređaj 208 može biti konfigurisan da zadrži razliku pritiska između zone visokog pritiska i zone niskog pritiska od oko 20 bara i oko 42 bara.

Prema nekim izvođenjima ekspanzioni uređaj 208 može biti turbina, dekompresor, ekspander sa dvostrukim navojem ili bilo kakav drugi pogodan uređaj koji je konfigurisan da izvrši rotaciju dela generatora 209 električne energije. Na primer, ekspanzioni uređaj 208 može sadržati spiralni orbitalni dekompresor. Ekspanzioni uređaj 208 može sadržati materijale namenjene da izdrže uslove rada. Na primer, ekspanzioni uređaj 208 može sadržati nerđajući čelik. Mešavina 250 koja napušta ekspanzioni uređaj 208 može biti na relativno nižem pritisku i relativno višoj temperaturi od atomizirane mešavine 142 koja ulazi u ekspanzioni uređaj 208. Stoga zona visokog pritiska toplotnog motora 200 može biti definisana da sadrži rezervoar 202, izvore 204, 206 toplote, atomizator 112 i ekspanzioni uređaj 208.

Razvodnik 207 može biti konfigurisan da prihvati atomiziranu mešavinu 142 iz atomizatora 112 i da obezbedi mešavinu 250 na nižem pritisku i na višoj temperaturi u odnosu na atomiziranu mešavinu 142. Razvodnik 207 može biti konfigurisan da koristi toplotu iz atomizirane mešavine 142 kako bi pomogao pri razdvajanju ulja iz mešavine 250. Mešavina 250 se može podizati vertikalno unutar razvodnika 207 kroz otvore na čeličnoj mreži. Ovo može podsticati razdvajanje ulja, koje je sklono da bude teže od rashladnog sredstva. Ulje može težiti da padne nazad u generator 209 električne energije koji se nalazi ispod, gde se može ponovno upotrebiti za zaptivanje i podmazivanje.

Kao što je prikazano na Slici 3, razvodnik 207 može sadržati dovod 302 za rashladno sredstvo kroz koji se može prihvatati atomizirana mešavina 142 (Slika 2). Atomizirana mešavina 142 može biti prosleđena u ekspanzioni uređaj 208 kroz izbočinu 304. Rashladno sredstvo koje napušta ekspanzioni uređaj 208 (odnosno kao mešavina 250 prikazana na Slici 2) ulazi u razvodnik 207 kroz otvor 306. Rashladno sredstvo putuje kroz oblast 308 odvajanja u kojoj se ulje uklanja iz rashladnog sredstva kako bi se obrazovala mešavina 250 (Slika 2) koja napušta razvodnik 207 kroz odvod 310 za rashladno sredstvo. Odvojeno ulje se može vratiti u ekspanzioni uređaj 208 i/ili generator 209 električne energije pomoću odvoda 312 za ulje.

Kombinovanje dovoda 302 za rashladno sredstvo i odvoda 310 za rashladno sredstvo može uprostiti instalaciju toplotnog motora 200 i može obezbediti sredstvo za korišćenje dela toplote iz dolazne atomizirane mešavine 142 kako bi se pomoglo razdvajanje ulja. Razvodnik 207 može sadržati putanje protoka koje su konfigurisane tako da podstiču prenos toplote između dolaznog i odlaznog rashladnog sredstva.

Dalje, razvodnik 207 može sadržati jednu ili više krivolinijskih putanja kroz koje rashladno sredstvo može proći pre napuštanja razvodnika 207. Na primer, otvor 306 može sadržati jednu ili veći broj probušenih rupa ili otvora koje se mogu opciono opremiti čeličnom mrežom ili nekim drugim materijalom velike površine. Prisiljavanje izduvne pare da se diže vertikalno duž takve putanje može poboljšati razdvajanje ulja od rashladnog sredstva (pošto ulje, na primer, može biti teže od rashladnog sredstva).

Izduvna para se može podizati vertikalno unutar razvodnika 207 a zatim proticati oko oštrih ivica pre nego što ponovo krene nadole, tako podstičući odvajanje težeg ulja, koje se može cediti nadole iz oblasti 308 odvajanja kroz otvor 306 nazad u ekspanzioni uređaj 208 pod dejstvom gravitacije.

Izbočina 304 može biti konfigurisana na takav način da atomizirana mešavina 142 koja ulazi u ekspanzioni uređaj 208 ne ometa protok atomizirane mešavine 142 preko oblasti 308 odvajanja. Na primer, izbočina 304 se može pružati nadole od središta razvodnika 207 tako da ne dozvoljava atomiziranoj mešavini 142 koja ulazi u ekspanzioni uređaj 208 da lako potisne bilo koju količinu mešanog ulja koja napušta ekspanzioni uređaj 208 da uđe u otvor 306. Drugim rečima, rashladno sredstvo koje napušta ekspanzioni uređaj 308 može ući u razvodnik 207 kroz otvor 306 preko izbočine 304 i može zadržati neku količinu ulja. Takav raspored može takođe unaprediti prenos toplote između dolaznog i odlaznog rashladnog sredstva, što može poboljšati odvajanje ulja.

Generator 209 električne energije može biti bilo koji uređaj koji je konfigurisan da vrši konverziju mehaničke energije ekstrahovane iz rashladnog sredstva u ekspanzionom uređaju 208 u električnu energiju, kao što je na primer generator naizmenične struje sa rotorom i statorom. Ekspanzioni uređaj 208 se može nalaziti vertikalno iznad ili ispod generatora 209 električne energije. Prema nekim izvođenjima ekspanzioni uređaj 208 i generator 209 električne energije mogu biti integrisani u jednom istom uređaju.

Najmanje deo ulja 124 za podmazivanje može biti ekstrahovan iz rashladnog sredstva 254 u separatoru 211, koji, na primer, može biti zamka, filter, itd. Ulje 124 za podmazivanje može biti vraćeno u rashladno sredstvo 122 pomoću pumpe 218 i uređaja 106 za mešanje. Toplo rashladno sredstvo 254 pod niskim pritiskom može biti uvedeno u kondenzator 210, gde se može ohladiti pomoću hladnjaka 242 kako bi se rashladno sredstvo 254 kondenzovalo obrazujući kondenzovano rashladno sredstvo 258. Kao hladnjak 242 se može koristiti hladna voda (na primer, voda za kuvanje, voda iz izvora, itd.). Hladnjak 242 može biti na temperaturi koja je približna ambijentalnoj ili sobnoj. Na primer, hladnjak 242 se može uvesti u kondenzator 210 pri temperaturi od oko 5°C do oko 35°C, kao na primer od oko 15°C do oko 25°C. Hladnjak 246 koji napušta kondenzator 210 može biti na temperaturi koja je od oko 1°C do oko 15°C veća od temperature hladnjaka 242, gde temperaturna razlika može zavisiti od brzina protoka hladnjaka 242 i rashladnog sredstva 254, kao i od njihovih temperatura. Rashladno sredstvo 254 se može delimično ili u potpunosti kondenzovati u kondenzatoru 210.

Kondenzovano rashladno sredstvo 258 se može preneti u rezervoar 212 sa tečnim rashladnim sredstvom, gde kondenzovano rashladno sredstvo 258 može opciono biti dodatno ohlađeno pomoću jednog ili više dodatnih hladnjaka 220 kako bi se obrazovalo ohlađeno rashladno sredstvo 260. Kao hladnjak 220 se može koristiti, na primer, hladna voda, termo-ekspanzioni ventil (TXV), termo-električni uređaj ili bilo koji drugi materijal ili uređaj koji je sposoban da apsorbuje ili prenese toplotu. Toplotni motor 200 može biti pogodan za korišćenje više hladnjaka 220 različitih tipova i na različitim temperaturama. Hladnjaci 220 mogu biti dodati kako bi se toplotna opterećenja ujednačila sa drugim procesima. Prema nekim izvođenjima kondenzovana rashladna tečnost 258 ili njen deo mogu, radi hlađenja, biti propušteni kroz vod 270 izvan toplotnog motora 200 prema spoljašnjem hladnjaku, a nakon toga vraćeni nazad u toplotni motor 200 kroz drugi vod 272 (na primer nazad u rezervoar 212 za rashladno sredstvo). Kod takvih izvođenja se može smatrati da rashladno sredstvo prolazi putanjom koja je suštinski u obliku zatvorene petlje i koja uključuje toplotni motor 200 i spoljašnji hladnjak.

Sistem 214 za kontrolu pritiska može regulisati protok i pritisak rashlađenog rashladnog sredstva 260 iz rezervoara 212 za rashladno sredstvo. Sistem 214 za kontrolu pritiska može sadržati nepovratni ventil, regulator pritiska, komoru za prigušivanje, ručni ili elektronski kontroler i/ili bilo kakav drugi odabrani kontrolni uređaj.

Nakon prolaska kroz sistem 214 za kontrolu pritiska, izvori 222, 224 toplote (jedan ili više) mogu opciono vršiti pred-zagrevanje rashlađenog rashladnog sredstva 260 kako bi se dobilo predgrejano rashladno sredstvo. Kao izvori 222, 224 toplote se mogu, na primer, koristiti izvor otpadne toplote, izduvni gas, međuhladnjak kompresora, biomasa, geotermalni izvor toplote, niz solarnih panela ili bilo kakav drugi materijal ili uređaj koji je sposoban da generiše ili prenese toplotu. Prema nekim izvođenjima, ohlađeno rashladno sredstvo 260 ili njegov deo mogu biti propušteni kroz vod 274 izvan toplotnog motora 200 do spoljašnjeg izvora toplote radi zagrevanja, bilo umesto ili dodatno u odnosu na izvore 222, 224 toplote, i naknadno vraćeni do toplotnog motora 200 kroz drugi vod 276. Kod takvih izvođenja se može smatrati da rashladno sredstvo prolazi putanjom koja je suštinski u obliku zatvorene petlje i koja uključuje toplotni motor 200 i spoljašnji izvor toplote. Stoga se toplotni motor 200 može primeniti da koristi više izvora toplote 222, 224 različitih tipova i na različitim temperaturama. Izvori 222, 224 toplote se mogu dodati kako bi se izjednačilo toplotno opterećenje sa drugim procesima.

Cirkulaciona pumpa 216 može vratiti predgrejano rashladno sredstvo 262 u rezervoar 202 za rashladno sredstvo i može odvajati zonu niskog pritiska od zone visokog pritiska. Tako se zona niskog pritiska toplotnog motora 200 može definisati kao da sadrži separator 211, kondenzator 210, rezervoar 212 za rashladno sredstvo i sistem 214 za kontrolu pritiska. Cirkulaciona pumpa 216 može obezbeđivati kontinualan protok predgrejanog rashladnog sredstva 262 u tečnoj fazi iz zone niskog pritiska u zonu visokog pritiska. Cirkulaciona pumpa 216 može biti, na primer, hidraulična pumpa sa pozitivnim izmeštanjem. Cirkulaciona pumpa 216 može biti konfigurisana da radi kao buster pumpa pritiska tečnosti, povećavajući pritisak predgrejanog rashladnog sredstva 262 kako pomera predgrejano rashladno sredstvo 262 kroz toplotni motor 200. Pumpanje predgrejanog rashladnog sredstva 262 u tečnoj fazi može predstavljati relativno efikasniji način za povećanje pritiska od pumpanja rashladnog sredstva u gasnoj fazi. Rezervoar 202 može opciono biti dodatno zagrejan pomoću drugog izvora 226 toplote. Kao izvor 226 toplote se može, na primer, koristiti izvor otpadne toplote, izduvni gas, međuhladnjak kompresora, biomasa, geotermalni izvor toplote, niz solarnih panela ili bilo kakav drugi materijal ili uređaj koji je sposoban da generiše ili prenese toplotu. Primena više izvora 222, 224, 226 toplote kako bi se izvršilo prethodno zagrevanje rashladnog sredstva (dodatno u odnosu na postojanje izvora 204, 206 toplote) može povećati količinu proizvedene energije povećanjem ukupne količine toplote koja je preneta na rashladno sredstvo u toku ciklusa.

Toplotni motor 200 sadrži i zonu premošćavanja u kojoj se relativno mala količina rashladnog sredstva 122 meša sa uljem 124 za podmazivanje. Zona premošćavanja može biti definisana da sadrži nepovratni ventil 102, pumpu 104, uređaj 106 za mešanje i izvor 108 toplote.

Ulje 124 za podmazivanje može pomoći da se izvrši zaptivanje ekspanzionog uređaja 208 kako bi se ograničilo ili sprečilo klizanje pokretnih delova ekspanzionog uređaja 208. Ulje 124 za podmazivanje može takođe povećati gustinu rashladnog sredstva koje se uvodi u ekspanzioni uređaj 208 kao atomizirana mešavina 142. Ipak, ukoliko ulje 124 za podmazivanje prođe kroz ekspanzioni uređaj 208 u krupnoj formi, ulje 124 za podmazivanje može začepiti ekspanzioni uređaj 208, na primer, blokiranjem proticanja rashladnog sredstva. Stoga, u zoni premošćavanja ulje 124 za podmazivanje može biti prethodno pomešano sa delom rashladnog sredstva kako bi se poboljšala disperzija. Iznad je opisan rad jedinica u zoni premošćavanja (a posebno nepovratnog ventila 102, pumpe 104, uređaja 106 za mešanje i izvora 108 toplote) prema Slici 1. Atomizator 112 može dodatno unaprediti raspršivanje ulja 124 za podmazivanje u rashladnom sredstvu, tako da ulje 124 za podmazivanje može efektivno izvršiti podmazivanje pokretnih delova ekspanzionog uređaja 208 bez sprečavanja protoka rashladnog sredstva. Stoga ulje 124 za podmazivanje može povećati efikasnost toplotnog motora 200 (smanjivanjem gubitaka nastalih usled trenja u ekspanzionom uređaju 208) i povećati njegov očekivani radni vek.

Toplotni motor 200 može sadržati sredstvo za mešanje rashladnog sredstva 122 i ulja 124 za podmazivanje iz zone premošćavanja sa rashladnim sredstvom 140 iz pregrejača 206 pre nego što ovi materijali uđu u atomizator 112, kao na primer pomoću mešača, u komori za mešanje, pomoću aspiratora ili bilo kakvog drugog sredstva za mešanje fluida. Prema nekim izvođenjima ovi materijali se mogu pomešati unutar atomizatora 112 ili unutar tela koje takođe sadrži i atomizator 112.

Atomizirana mešavina 142 koja ulazi u ekspanzioni uređaj 208 može biti od oko 0,01% do oko 10% mase (tj. odnos masene brzine protoka rashladnog sredstva 122, 140 i masene brzine protoka ulja 124 za podmazivanje može biti između oko 10:1 i oko 10.000:1). Na primer, atomizirana mešavina 142 može biti od oko 0,1% do oko 1,0% mase (tj. odnos masene brzine protoka rashladnog sredstva 122, 140 i masene brzine protoka ulja 124 za podmazivanje može biti između oko 100:1 i oko 1.000:1). Atomizirana mešavina 142 može biti oko 5,0% mase (tj. odnos između masene brzine protoka rashladnog sredstva 122, 140 u odnosu na masenu brzinu protoka ulja 124 za podmazivanje može biti oko 20:1).

Postupak za generisanje energije iz izvora toplote podrazumeva mešanje dela rashladnog sredstva u tečnoj fazi sa uljem za podmazivanje, zagrevanje mešavine kako bi deo rashladnog sredstva ispario, mešanje zagrejane mešavine sa pregrejanim delom rashladnog sredstva, atomiziranje ulja za podmazivanje i propuštanje atomiziranog ulja za podmazivanje i rashladnog sredstva kroz dekompresor spregnut sa generatorom električne energije kako bi se generisala električna struja. Najmanje deo ulja za podmazivanje se, zatim, može odvojiti od rashladnog sredstva a rashladno sredstvo se može kondenzovati nazad u tečni oblik.

Energija može biti generisana bez korišćenja kompresora, i stoga izlazna snaga može biti veća od izlazne snage konvencionalnog toplotnog motora sa istim ulazima. Drugim rečima toplotni motor može biti efikasniji od konvencionalnih sistema po pitanju konverzije energije.

Kod toplotnog motora 200, toplota prelazi na rashladno sredstvo u izvorima 204, 206 toplote. Toplota se konvertuje u mehanički rad i u struju u ekspanzionom uređaju 208 i generatoru 209 električne energije. Otpadna toplota se uklanja iz toplotnog motora 200 pomoću kondenzatora 210. Manje količine energije se troše za pumpanje rashladnog sredstva, ulja za podmazivanje i izvora toplote i hladnjaka (na primer, vode), ali toplotni motor 200 ne zahteva kompresor za proizvodnju rashladnog sredstva 140 pod pritiskom (Slika 1). Stoga toplotni motor 200 može raditi na efikasniji način u poređenju sa konvencionalnim toplotnim motorima.

Rashladno sredstvo može biti ekstrahovano iz toplotnog motora 200, korišćeno u drugom uređaju ili za druge namene, i vraćeno u toplotni motor 200. Na primer, a kao što je i prikazano na Slici 4, rashladno sredstvo 402 u tečnom obliku može biti uvedeno u uređaj 404 za termalnu ekspanziju. Rashladno sredstvo 402 može biti konvertovano u gasovito rashladno sredstvo 406. Spirala 408 se može koristiti kao hladnjak za rashlađivanje ili klimatizaciju.

Gasovito rashladno sredstvo 406 može biti uvedeno u kompresor 410 promenljive brzine, koji može proizvesti toplo rashladno sredstvo 412 u gasovitom stanju koje je pogodno da bude vraćeno u toplotni motor 200 (Slika 2). Drugo gasovito rashladno sredstvo 414 može takođe biti kompresovano u kompresoru 410 promenljive brzine umesto ili dodatno u odnosu na rashladno sredstvo 406. Količina energije koja je potrebna za rad kompresora 410 promenljive brzine, kako bi se toplo gasovito rashladno sredstvo 412 pod pritiskom moglo vratiti u toplotni motor 200, može biti manja od količine energije koja je potrebna za rad konvencionalne rashladne opreme.

Ponovo posmatrajući Sliku 2, rashladno sredstvo 402 u tečnom obliku može biti odvojeno od rashladnog sredstva 248 (ili pre, ili nakon izvora 204 toplote), ili bilo koje druge odabrane tačke toplotnog motora 200. Rashladno sredstvo 414 u gasovitoj formi može biti odvojeno od rashladnog sredstva 254, rashladnog sredstva 258 ili bilo koje odabrane tačke toplotnog motora 200. Toplo gasovito rashladno sredstvo 412 pod pritiskom se može vratiti u toplotni motor 200 nakon cirkulacione pumpe 216, nakon rezervoara 202 ili iz bilo koje druge pogodne lokacije. Pošto toplotni motor 200 poseduje zonu visokog pritiska i zonu niskog pritiska, tačka ekstrahovanja ili dodavanja rashladnog sredstva može biti bilo koja tačka unutar svake od zona. Drugim rečima, izjednačavanjem pritiska rashladno sredstvo može proticati i mešati se sa rashladnim sredstvom u toplotnom motoru 200 bez potrebe za dodatnom promenom uslova.

PRIMERI

Predviđeni Primer 1: Matematički modelovan toplotni motor

Toplotni motor sličan toplotnom motoru 200 prikazanom na Slici 2 je pokrenut kako bi proizveo oko 9,88 kW struje iz izvora tople vode na temperaturi od oko 69,0°C, sa izvorom hladne vode na temperaturi od oko 17,0°C, korišćenjem R-410A kao rashladnog sredstva. Ekspanzioni uređaj 208 je orbitalni sa spiralom, komercijalno dostupan spiralni kompresor proizvođača Danfoss A/S iz Nordborga, Danska (Nordborg, Denmark) koji je namenjen za klimatizaciju vazduha, model SH380, koji radi na brzini od oko 1.517 obrtaja u minuti (RPM). Kompresor radi u orijentaciji koja je suprotna u odnosu na onu prema njegovoj nameni, tako da suštinski radi kao ekspander a ne kao kompresor.

Izračunati pritisci i temperature za rashladno sredstvo i izvore tople i hladne vode, prikazani su u Tabeli 1.

Tabela 1: Radni pritisci i temperature

U Tabeli 2 prikazani su dodatni radni parametri.

Tabela 2: Drugi radni parametri

Primer 2: Toplotni motor koji radi na 1.500 obrtaja u minuti (RPM) Toplotni motor sličan toplotnom motoru 200 koji je prikazan na Slici 2, pokrenut je kako bi proizveo oko 11 kW struje iz izvora tople vode na temperaturi od oko 68,9°C, sa izvorom hladne vode na temperaturi od oko 16,3°C, korišćenjem R-410A kao rashladnog sredstva. Ekspanzioni uređaj 208 je bio orbitalni sa spiralom, komercijalno dostupan spiralni kompresor proizvođača Danfoss A/S koji je namenjen za klimatizaciju vazduha, model SH380, koji radi na brzini od oko 1.500 obrtaja u minuti (RPM). Odabrani radni parametri su navedeni u Tabeli 3 onako kako su uočeni.

Tabela 3: Uočeni radni parametri

Primer 3: Toplotni motor koji radi na 1.121 obrtaja u minuti (RPM)

Toplotni motor sličan toplotnom motoru 2 prikazanom na Slici 200 je pokrenut kako bi proizveo oko 6 kW struje iz izvora tople vode na temperaturi od oko 58,1°C, sa izvorom hladne vode na temperaturi od oko 15,5°C, korišćenjem R-410A kao rashladnog sredstva. Ekspanzioni uređaj 208 je orbitalni sa spiralom, komercijalno raspoloživ spiralni kompresor proizvođača Danfoss A/S koji je namenjen za klimatizaciju vazduha, model SH380, koji radi na brzini od oko 1.121 obrtaja u minuti (RPM). Odabrani radni parametri su prikazani u Tabeli 4 onako kako su uočeni.

Tabela 4: Uočeni radni parametri

Claims (15)

PATENTNI ZAHTEVI

1. Postupak koji sadrži:

mešanje ulja za podmazivanje sa prvom količinom rashladnog sredstva kako bi se obrazovala mešavina, gde je prva količina rashladnog sredstva u tečnoj fazi;

zagrevanje mešavine ulja za podmazivanje i prve količine rashladnog sredstva kako bi se obrazovala zagrejana mešavina, gde je najmanje deo prve količine rashladnog sredstva u gasovitoj fazi;

mešanje zagrejane mešavine sa drugom količinom rashladnog sredstva, gde je druga količina rashladnog sredstva u pregrejanoj fazi; i

atomiziranje ulja za podmazivanje kako bi se ulje za podmazivanje raspršilo unutar rashladnog sredstva.

2. Postupak prema Zahtevu 1, gde atomiziranje ulja za podmazivanje podrazumeva propuštanje ulja za podmazivanje i rashladnog sredstva kroz metalnu mrežu.

3. Postupak prema Zahtevu 1, koji dalje sadrži pumpanje prve količine rashladnog sredstva kroz vod pre njegovog mešanja sa uljem za podmazivanje.

4. Postupak prema Zahtevu 1, gde rashladno sredstvo ispoljava tačku ključanja ispod oko -35°C.

5. Postupak prema Zahtevu 1, koji dalje sadrži:

propuštanje atomiziranog ulja za podmazivanje i rashladnog sredstva kroz dekompresor koji je operativno pridružen električnom generatoru kako bi se smanjio pritisak rashladnog sredstva i generisala električna struja; odvajanje najmanje jedne količine ulja za podmazivanje od rashladnog sredstva; i

kondenzacija najmanje jedne količine rashladnog sredstva kako bi se obrazovala prva količina rashladnog sredstva.

6. Postupak prema Zahtevu 1, gde atomiziranje ulja za podmazivanje podrazumeva zadržavanje ulja za podmazivanje i rashladnog sredstva na približno konstantnom pritisku.

7. Postupak prema Zahtevu 1, koji dalje sadrži mešanje aditiva sa mešavinom, gde aditiv ispoljava veću sposobnost podmazivanja od ulja za podmazivanje.

8. Postupak prema Zahtevu 1, gde mešanje ulja za podmazivanje sa prvom količinom rashladnog sredstva kako bi se obrazovala mešavina podrazumeva mešanje prve količine rashladnog sredstva u tečnoj fazi sa uljem za podmazivanje nizvodno od pumpe koja cirkuliše prvu količinu rashladnog sredstva.

9. Toplotni motor (200) koji sadrži:

zonu (202, 204, 206, 122, 208) visokog pritiska koja je konfigurisana da prenosi toplotu od najmanje jednog izvora toplote na rashladno sredstvo, i koja je konfigurisana da sadrži prvu količinu rashladnog sredstva u gasovitoj fazi, gde rashladno sredstvo ispoljava tačku ključanja ispod oko -35°C;

zonu (211, 210, 212, 214) niskog pritiska koja je konfigurisana da prenosi toplotu sa rashladnog sredstva na najmanje jedan hladnjak i koja je konfigurisana da sadrži drugu količinu rashladnog sredstva u tečnoj fazi; zonu (102, 104, 106, 108) premošćavanja koja je konfigurisana da pomeša treću količinu rashladnog sredstva sa uljem za podmazivanje, gde su treća količina rashladnog sredstva i ulje za podmazivanje u tečnoj fazi; i atomizator (112) koji sadrži medijum za mešanje koji je konfigurisan da atomizira ulje za podmazivanje i rasprši ulje za podmazivanje unutar prve i treće količine rashladnog sredstva;

gde u putanja rashladnog sredstva, koja je u znatnoj meri u obliku zatvorene petlje, sadrži zonu visokog pritiska, zonu niskog pritiska i zonu premošćavanja.

10. Toplotni motor prema Zahtevu 9, koji dalje sadrži uređaj za mešanje koji je konfigurisan da pomeša ulje za podmazivanje sa trećom količinom rashladnog sredstva u tečnoj fazi.

11. Toplotni motor prema Zahtevu 9, gde zona visokog pritiska sadrži najmanje jedan zid najmanje jednog izvora toplote koji je konfigurisan da prenese toplotu sa najmanje jednog izvora toplote na prvu količinu rashladnog sredstva u tečnoj fazi, gde je najmanje jedan izvor toplote konfigurisan da se pomoću njega izvrši isparavanje prve količine rashladnog sredstva.

12. Toplotni motor prema Zahtevu 9, koji dalje sadrži kompresor (208) sa pozitivnim izmeštanjem koji je konfigurisan da obezbedi gradijent pritiska pomoću kojeg rashladno sredstvo u gasovitoj fazi kontinualno teče iz zone visokog pritiska do zone niskog pritiska, gde je kompresor sa pozitivnim izmeštanjem konfigurisan da zadrži razliku pritiska između zone visokog pritiska i zone niskog pritiska od između oko 20 bara i oko 42 bara, gde je kompresor sa pozitivnim izmeštanjem konfigurisan da vrši ekstrahovanje mehaničke energije usled gradijenta pritiska.

13. Toplotni motor prema Zahtevu 12, koji dalje sadrži električni generator koji je spregnut sa dekompresorom sa pozitivnim izmeštanjem i koji je konfigurisan da konvertuje ekstrahovanu mehaničku energiju u električnu energiju.

14. Toplotni motor prema Zahtevu 13, koji dalje sadrži hidrauličnu pumpu sa pozitivnim izmeštanjem radi obezbeđivanja kontinualnog toka rashladnog sredstva u tečnoj fazi iz zone niskog pritiska u zonu visokog pritiska.

15. Toplotni motor prema Zahtevu 9, gde putanja koja je u znatnoj meri u obliku zatvorene petlje dalje sadrži najmanje jedan vod za prenošenje toplote koji je eksterni za toplotni motor.