Альтернативой высокотемпературной энергетике реально является гидроэнергетика, энергия ветра, волн, приливов и солнца, но пока нет тепловых двигателей использующих тепло низкотемпературных источников.

Ветры, ураганы, смерчи, морские и океанские течения, перенос влаги облаками и т.д., как метеорологические явления,  – результат вечной циркуляции (тепловой конвекции) воздуха и воды.Эта циркуляция происходит в условиях поля земного тяготения при сравнительно небольшой разности температур между нагретыми и холодными объёмами воздуха или воды.               

     Образно говоря, метеорологические двигатели на земле работают на тепле с низкотемпературным перепадом, а  источником этого тепла  является солнце и тепло земных недр. При конвекции силы объёмного расширения воздуха и воды легко преодолевают силу земного тяготения. Если бы земное тяготение было в несколько раз больше существующего, то и метеорологические явления были бы намного мощнее.

Суть нашего альтернативного способа получения электроэнергии заключается в создании с помощью неподвижного теплообменника(см. рис.1) тепловой циркуляции рабочего тела с низкотемпературным перепадом в условиях искусственного поля тяготения  намного превышающего земное. В качестве рабочего тела мы выбрали сжиженный углекислый газ.

 Способ запатентован.

     Работа теплообменника

      Теплоноситель подводится к верхней части неподвижного теплообменника 1 по проточной камере 4. В теплообменнике 1 вращающийся барабан 2 с лопастями 3заставляет вращаться рабочее тело в зазоре между стенками теплообменника 1 и ротора 2 со скоростьюw.При вращении на объемы рабочих тел в радиальныхучастках зазора будут действовать центробежные силы F_х и F_н.

       Поскольку в нижние радиальные участки зазора теплообменника 1поступает холодное рабочее тело с более высокой плотностью (с большей массой) по сравнению с плотностью (с меньшей массой) в верхних, нагреваемых участках, то центробежные силы F_х будут больше F_н. Под действием разности центробежных сил    (∆F = F_х – F_н) нагретое рабочее тело  под давлением будет выжиматься из  теплообменника 1.

        А так как  вращающийся поток является симметричным и равноудаленным от оси вращения, а сечения входного и выходного каналов теплообменника 1 одинаковые, то работа барабана 2 в режиме центробежного насоса по законам механики исключена(масса жидкости, идущей от центра вращения равна массе приходящейк центру вращения). Разность центробежных сил  ∆F  -  результат теплового расширения рабочего тела при его нагревании.                        

        Моменты от сил Кориолиса в радиальных каналах уравновешивают друг друга.

С точки зрения механики барабан 2 совместно с рабочим теломпредставляет собой маховик, вращающийся с постоянной угловой скоростью. В этомслучае энергия привода барабана будет расходоваться только на преодоление сил трения рабочего тела о стенки теплообменника и в подшипниках вала 5 барабана 2 (на рисунке подшипники непоказаны).

                                        Общее устройство установки.

         На рис.2 изображён один из вариантов компоновки установки с описанным выше узлом теплообменника и  с учётом того, что углекислота в жидком состоянии может находиться только под давлением до 75 атм.

      По этой причине узел теплообменника соединён с замкнутым герметичным контуром 6, в который входят два расширителя 10, 11 и радиатор 8. Внутри контура 6 установлен гидромотор 12.

        Подача теплоносителя к теплообменнику 1 и охладителя к радиатору 8  осуществляется соответственно через проточные камеры 4 и 9.

      В расширителе 10, кроме газа под давлением, помещён электродвигатель 13, соединённый с валом 5 барабана 2, а в расширителе 11 – электрогенератор 14, соединённый с валом 7 гидромотора 12.

Подвод тока к электродвигателю 13 и отвод тока в сеть от электрогенератора 14 производится проводами, проходящими через уплотнители 15 в стенках расширителей 10 и 11.        

        Предложенная компоновка установки с двумя расширителями 10 и 11 обеспечивает не только  надежность герметизации углекислоты в контуре 6, но так же исключает её контакт с подшипниковыми узлами валов 5 и 7, не препятствуя осуществлению замкнутых термодинамических циклов (циркуляции)  рабочего тела.

                                              Работа установки

      Электродвигателем 13 раскручивается барабан 2 в теплообменнике 1, к которому через проточную камеру 4 подводится теплоноситель.

      На выходе из теплообменника, как было доказано выше, давление нагретого рабочего тела будет больше чем холодного на входе, эта разность давлений в десятки атмосфер и вызывает циркуляцию рабочего тела в контуре 6.

      Перед гидромотором 12 давление углекислоты будет равняться Р атм., а после – Р₁ атм.  Так как Р> Р₁ , то гидромотор 12 начнёт вращать посредством вала 7 электрогенератор 14 с угловой скоростью w₁ .

После гидромотора 12 рабочее тело направляется в радиатор 8 для охлаждения охладителем, движущимся по проточной камере 9. После радиатора 8  охлаждённое рабочее тело снова поступает в теплообменник 1, совершая тем самым замкнутый термодинамический цикл. Всё происходит так, как и  требуется по второму закону термодинамики.

     Габаритные размеры и вес установки в сотни раз меньше по сравнению с ветровыми.

      Возможны и другие схемы компоновки установки.

            Почему в качестве рабочего тела выбран сжиженный СО₂?

        Как известно, величина центробежной силы зависит не только от квадрата угловой скорости и радиуса, но и от массы тела, а, значит, и от его плотности.

      Сжиженный СО₂ обладает свойством резкого изменения плотности при перепадах

температур в пределах существующих в естественных земных условиях (см. график зависимости плотности жидкого СО₂ от температуры на рис. 3).

Чем больше разность плотностей рабочего тела в радиальных каналах теплообменника, тем меньше требуется угловая скорость вращения барабана для получения требуемого давления рабочего тела на выходе из теплообменника.

В этом случае будет и меньше давление на стенки теплообменника, если учитывать тот факт, что углекислота в контуре сама по себе должна находиться под  давлением до 75 атмосфер, а сам теплообменник должен изготавливаться из сплавов с  высокой теплопроводностью. Такими  сплавами являются сплавы на основе Сuили Al, имеющие меньшую прочность, чем стали. Кроме этого, для нагревания углекислоты требуется меньше тепла, так как её удельная теплоёмкость  С = 2, 7 кДж/кг_*град, для сравнения: теплоемкость воды С = 4,187 кДж/кг_*град. Углекислота пожаробезопасная, неядовитая и дешёвая.

         С помощью графика (см. рис. 3) легко подсчитать, что нагрев жидкого СО₂ от 0°С до 30°С приводит к уменьшению его плотности на 16,5%.

         При таком же нагреве уменьшатся плотности следующих веществ:

                           – воздуха на 6,8%;

                           – воды на 0,29% (!); 

                           – диэтилового эфира на 3,15%.

         А если нагревать жидкий СО₂ от 21°С до 31°С (разность всего в 10 °С), то его плотность уменьшится на 38,6%.

         Углекислый газ в  сжиженном состоянии может находится в интервале температур от  -50°С до 31°С при давлении соответственно от 20 до 75 атм. (см. рис.4).

         В естественных условиях, от полюсов и до экватора, круглогодично  можно найти разность температур от нескольких единиц градусов до нескольких десятков в указанном выше интервале температур.                    

         Рассмотрим примеры.                                    

         В зимний период  теплоноситель –   подледная вода с температурой + 4°С,  а охладитель – воздух с температурой ниже 0°С.    Например, при температуре   воздуха 

– 6°С плотность жидкого СО₂  равна   1000 г/л, а при температуре +4°С  –   900 г/л (см. рис. 3). Разница плотностей очевидна.

          В теплый период,в дневное время, теплоноситель – воздух, а охладитель – вода из рек и водоемов.В ночное время охладитель – воздух, а теплоноситель – нагретая днём  в бассейне под плёнкой (тепличный эффект) вода.

 В тёплое время для интервала температур от 0°С до 31°С соответствуют плотности жидкого С0₂ от 929 г/л до 468 г/л (см. рис. 3).Примеры этим не ограничиваются.

Круглогодично можно использовать бросовое тепло, например, конденсат ТЭЦ, продукты горения природного газа в газотурбинных установках и т. д.

Наша установка может работать и под капотом автомобилей с двигателями   внутреннего сгорания, используя тепло  выхлопных газов.

Наиболее эффективной, с наибольшим КПД, будет работа теплообменника в интервале температур от 21°С до 31°С, участки ІІ и ІІІ (см. рис. 3).

Особый интерес представляет собой участок ІІI(интервал температур от 30 °С до 31°С). Это участок резкого падения плотности рядом с критической точкой (31°С), за которой углекислота находится в закритическом флюиде (рис. 4). При нагреве углекислоты от 30 °С до 31 °С, т. е. при разности температур всего  в 1 °С,  плотность её падает от 600 г/л до 468 г/л (см. рис. 3)

       Если с помощью автоматики поддерживать разность температур в 1°С , в нижней части теплообменника 30 °С, а в верхней –  31°С, то при угловой скорости барабана в 300 рад/сек и радиусе теплообменника 0,5м, как показывают расчёты, КПД достигает 50%. Не все тепловые двигатели на высокотемпературных источниках тепла имеют такой КПД, тем более, на существующих установках альтернативных источников энергии, типа ветродвигателей, гидротурбин и т. д.

      Добавим, что чем больше доля электроэнергии, получаемая альтернативными источниками, тем меньше выбросов углекислого газа в атмосферу. В нашем случае уменьшение выбросов углекислого газа происходит с помощью... углекислого же газа, только сжиженного.