Тепловая энергетическая установка

 

Использование: гидромашиностроение, для привода водяных колес и гидродвигателей от источников низкопотенциальной тепловой энергии, Сущность изобретения: содержит гидравлически замкнутую систему с боковыми зонами 2, 3 нагревания и охлаждения, преобразователь 5 перепада давления, расположенный в верхней части системы, зоны нагревания и охлаждения до половины своего объема заполнены легкоиспаряющейся жидкостью, а верхняя часть системы - ее парами. В нижней части системы расположена пробка, блокирующая поступление паров из зоны нагревания в зону охлаждения понизу системы, а трубопровод 6, в котором расположена пробка, выполнен с теплоизолирующими стенками. 1 з.п. флы., 2 ил.

СОЮЗ СОВЕ.ТСКИХ

СОЦИ АЛ ИСТИНЕ С К ИХ

РЕСПУБЛИК (st)s F 01 К 13/00, 25/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 4763046/06 (22) 27.11.89 (46) 30,08.92. Бюл. ¹ 32 (75) Э.П.Коваленко (56) Патент США № 4022024, кл, F 01 К 25/02, опублик. 1979, (54) ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (57) Использование: гидромашиностроение, для привода водяных колес и гидродвигателей от источников низкопотенциальной тепловой энергии, Сущность изобретения; содержит гидравлически замкнутую систе„„Я „„1758248 А1

2 му с боковыми зонами 2, 3 нагревания и охлаждения, преобразователь 5 перепада давления, расположенный в верхней части системы, 30Hbi нагревания и охлаждения до половины своего объема заполнены легкоиспаряющейся жидкостью, а верхняя-часть системы — ее парами. В нижней части системы расположена пробка, блокирующая поступление паров из зоны нагревания в зону охлаждения понизу системы, а трубопровод

6, в котором расположена пробка, выполнен с теплоизолирующими стенками. 1 з.п. флы., 2 ил, 1758248

30

40

3

Изобретение относится к эмергомашиностроению и может быть использовано для преобразования низкопотенциального тепла преимущественно от природных источ- ников в механическую энергию, 5

Известно устройство, работающее на тепловой энергии, включающее сферический кипятильник, нагреваемый от солнечного рефлектора и соединенный с конденсатором трубопроводом, в котором 10 расположена турбина, а конденсатор через трубопровод отвода конденсата связан с атмосферой.:.

Недостатками этого устройства является незамкнутость цикла обращения раба- 15 чего тела и неработоспособность при отСутствии прямого солнечного излучения по наличии низкопотенциальной энергии перепада температур между средами. Наличие контакта рабочего тела с атмосферой исключает использование в качестве рабочего тела легкоиспаряющихся жидкостей из-за загрязнения ими окружающей среды.

Известно устройство, содержащее барабан, айускные теплоизолированные трубы, постоянно заполненные водой с удельйым весом, соответствующим температуре кипения, подогреваемые подъемные трубы, заполненные смесью пара и воды.

Общий вес столба смеси в подогреваемых трубах меньше, чем в опускных. Это создает напор естественной циркуляции барабан— опускные трубы — подъемные трубы — барабан.

* Однако в данном устройстве исключена возможность отвода тепла от труб, в которых создается циркуляционный напор, и ойо не позволяет создать циркуляцию за счет тепловой энергии перепада темпера: тур между двумя природными средами, Кроме того, устройство имеет низкий

КПД, так как напор создается только за счет изменения плотности рабочего тела, Наиболее близким является устройство, содержащее открьгтую гидравлически замкнутую систему с боковыми зонами нагревания и охлаждения, преобразователь перепада давления, расположенный в жид. кастеводе, соединяющем верхние части этих зон, кожух охлаждения и панели подогрева, Преобразователь перепада давлейия выполнен в виде водяного колеса односто роннего действия или турбины, Напор цир- 55 куляции создается в нем за счет, изменения пльтнбсти периодическим охла>кдением— натреванием циркулирующего в одном на травлении рабочего тела, не изолированного от атмосферы.

Недостатками известного устройства является низкая эффективность и маневренность преобразования тепловой энергии перепада температур между природными средами.

Цель изобретения — повышение эффективности и маневренности преобразования тепловой энергии перепада температур

Между природными средами, Поставленная цель достигается тем, что гидравлйчески замкнутая система выполнена герметичной и находящееся в ней рабочее тело изолировано от атмосферы, нижняя часть системы заполнена легкоиспаряющейся жидкостью до уровня, соответствующего половине расстояния по вертикали (высоты зон), между трубопроводом, соединяющим по низу зоны нагревания и охлаждения, при этом преобразователь подсоединен к трубопроводу, соединяющему зоны поверху, а верхняя часть †. только газом, являющимся паром рабочего тела, высота зон нагревания и охлаждения больше, чем допустимая рабочая разность отметок жидкости в них, причем преобразователь перепада давления выполнен блокирующим поступление газа из зоны нагревания в зону охлаждения при его неподвижном роторе и двухстороннего действия, а трубопровод, соединяющий понизу зоны нагревания и охлаждения, выполнен из материала с возможно малым коэффициентом теплопроводности. Кроме этого, трубопровод, соединяющий понизу зоны нагревания и охлаждения, может быть заполнен ранулами, имеющими плотность больше плотности жидкого рабочего тела и выполненными из теплоизоляционного материала, Выполнение системы герметичной, в которой рабочее тело изолировано ат атмосферы, является необходимым условием обеспечения работоспособности установки и исключения загрязнения окружающей среды используемым рабочим телом. Это необходимо для образования перепада давления между зоной нагревания и зоной охлаждения, Нижняя часть системы заполнена легкоиспаряющейся жидкостью до уровня половины высоты зоны нагревания и охлаждения, что обеспечивает при минимально допустимой отметке жидкого рабочего тела в нагревателе максймальйо возможную его отметку в охладителе, а это является необходимым для повышения эффективности преобразования тепловой энергии в рассматриваемом случае. Так, при отклонении в сторону уменьшения или увеличения степени заполнения системы рабочей жидкостью соответственно уменьшается диапазон перепада

1758248 давлений, при которых работоспособна установка.

Поставленная цель может быть достигнута при условии, что верхняя часть системы заполнена только газом рабочего тела. Если она частично заполнена также другим газом или смесью газов, например воздухом, которые не конденсируются в охладителе, то при работающем преобразователе давления такой газ перекачивается иэ эоны нагревания в зону охлаждения, где увеличивается его давление. Эффективность работы установки уменьшается по мере перекачки такого газа до полной остановки преобразователя давления, когда давление неконденсирующегося газа в охладителе уравновесит давление газа рабочего тела в нагревателе.

Работоспособность установки обеспечивается только в пределе перепада давлений, соответствующих рабочим разницам отметок жидкости в зонах нагревания и охлаждения. Если перепад давления больше, чем допустимая разница отметок в зоне нагревания и зоне охлаждения, то понизу начи: нается поступление газа из зоны нагревания в зону охлаждения через трубопровод, соединяющий их, Преобразователь перепада давления должен блокировать поступление газа из зоны нагревания в зону охлаждения при неподвижном положении его ротора, В противном случае газ проходит через ротор из зоны нагревания в зонуохлаждения, не производя полезной работы и ограничивая возможность создания требуемых перепадов давления между нагревателем и охладителем при использовании низкопотенциальной энергии природных источников тепла.

Выполнение преобразователя с воэмо>кностью двухстороннего действия позволяет осуществлять и преобразовывать перепады давления рабочего тела, циркулирующего как по, так и против часовой стрелки в зависимости от знака градиента перепада температур между средами, энергию тепла которых используют. Это дает возможность повысить маневренность преобразования тепла природных источников, Выполнение трубопровода, соединяющего понизу зоны нагревания и охлаждения, имеющего теплоизолированные стенки, обеспечивает уменьшение непроизводительных потерь тепла, связанных с теплообменом между зонами нагревания и охлаждения, Заполнение его гранулами, платность которых больше плотности жидкого рабочего тела, исключает вынос их из охладителя в нагреватель жидкостью. поступающей из охладителя в нагреватель, а выполнейие гранул из материала, имеюще го возможно малый коэффициент теплопроводности, дает возможность уменья.:ть потери тепла между зонами нагревания и охлаждения.

На фиг.1 изображена схема тепловой энергетической установки, работающей от

10 тепловой энергии перепада температур между водой, имеющей более высокую температуру, в водоеме, и воздухом при более низкой температуре; на фиг.2 — то же, но при температуре воды более низкой, чем температура воздуха.

Установка содер>кит гидравлически замкнутую систему 1, имеющую две боковые теплообменные зоны: нагревания 2 и охлаждения 3, которые соединены между собой поверху трубопроводом 4, имеющим

20 теплоизолированные стенки, через преобразователь 5 (водяное колесо двухстороннего действия или гидромотор). Зоны 2 и 3 соединены между собой понизу гориэонтально расположенным трубопроводом 6, 25 имеющим теплоизолированные стенки.

Зоны 2 и 3 могут иметь дополнительные теплообменные площади, создаваемые гидравлически подсоединенными к ним тепло30 обменниками 7. Система 1 заполнена частично легкоиспаряющейся жидкостью 8 до отметки, находящейся на половине рас1 стояния по высоте (высоты зон 2 и 3) от трубопровода 6 до подсоединения трубоп35 ровода 4 к преобразователю 5, а ее остальная часть — газом 9, являющимся паром: жидкости 8. Подогреваемая зона 2 расположена в подогревающей среде 10, а охлаждаемая эона 3 — в охлаждающей среде 11.

Подогреваемая 2 и охлаждаемая 3 зоны разделены теплоизоляционным экраном 12, 40 выполненным, например, в виде земляной дамбы для случая, приведенного на фиг,1 и

2, Высота эон 2 и 3 больше, чем разность

45 отметок Н легкоиспаряющейся жидкости при максимально допустимом рабочем перепаде температур жидкости 8 в этих зонах.

Теплообменные эоны 2 и 3 имеют площади поперечного (горизонтального) сечения

50 больше, чем площади поперечного (вертикального) сечения трубопроводов 4 и 6. Трубопровод 6 может быть заполнен гранулами

13, имеющими малый коэффициент теплопроводности и плотность большую, чем лег55 коиспаряющаяся жидкость 8. Экран 12 может быть выполнен в виде стенки емкости или теплоизолирующей стенки, разделяющей две среды, имеющие разные температуры (не показаны). Легкоиспаряющаяся жидкость 8 образует гидравлическую проб-

1758248

10

25

40

55 ку, разделяющую понизу газ 9, находящийся в зонах 2 и 3.

Устройство работает следующим образом, Легкоиспаряющуюся жидкость 8 подотревают в зоне 2 нагревания за счет подводимого из подогревающей среды тепла и из нее выделяют газ при более высоком дав- . лении (см,фиг.1). Так, при использовании в качестве легкоиспаряющейся жидкости, например, фреона-114 в случае изменения его температуры с 10 С, которую он имеет в зоне 3 охлаждения, до 20 С, давление увелйчится с Р =1,29 атм до Р2=1,84 атм, т.е. изменится на Л Р=0,59 атм. Под действием разности этого давления в зоне 2 уровень жйдкости 8 понижается и в зоне 3 увелйчивается, По мере нагревания жидкости 8 в зоне 2 значение Л P увеличивается до тех пор, пока преобразователь 5 не начнет вращаться под действием перепада давления

Л P при разности отметок Н жидкости 8 в зонах 2 и 3. При этом из зоны 2 через пре образователь газ 9 начинает поступать в зону 3, где при более низком давлении и температуре он охлаждается и конденсируется, а выделенное при этом тепло отводит- . ся через теплопроводные стенки зоны 3 в охлаждающую ее.среду, При этом конденси " рованную жидкость 8 добавляют к находящейся уже в зоне 3 жидкости и ее уровень увеличивается в то время, как в зоне 2 он уменьшается соответственно уровню испарившейся в зоне 2 жидкости. В результате возникает дополнительная разность отметок жидкости 8, находящихся в зонах 2 и 3.

Эта дополнительная разница уровней создает дополнительный перепад давления, под действием которого жидкость 8 из зоны

3 по трубопроводу 6 поступает в зону 2, где она, в свою очередь, подогревается, испаряется при более высоком давлении и снова по трубопроводу 4 поступает в зону 3, где ее газ конденсируют и где она создает дополнительное давление, под действием которого снова поступает через трубопровод 6 в зону 2; и этот процесс повторяется непрерывно;

: Использование изобретения обеспечивает преобразование тепловой энергии в механическую энергию при изменении знака перепада температур между средами, тепло которых используют, В этом случае теплообменные зойы автоматически изменяют свои функции (см.фиг.1 и 2). В остальном процесс работы установки сохраняется, однако направление циркуляции рабочего тела и вращения ротора преобразователя перепада давления в механическую энергию изменяется на обратное. Сохранить беэ изменения направление вращения при изменении знака перепада температур можно одним из известных способов подключения преобразователя перепада давления в механическую энергию.

При невозможности использования в качестве рабочего тела фреона-114 по экологическим условиям как фторсодержащего соединения в качестве рабочего тела можно использовать например, аммиак. Общий принцип работы предлагаемой установки при этом полностью остается неизменным, изменяются только такие параметры, как Р> и Pz, при одинаковых значениях температур нагревающей и охлаждающей сред, При преобразовании тепловой энергии в механическую энергию водоподъема в качестве преобразователя 5 можно использовать водяное колесо. В этом случае можно увеличить высоту водоподъема и одновременно получить механическую энергию вращения.

Изобретение целесообразно йспользовать для получения механической энергии вращения и водоподъема в отдаленных от сетей энергоснабжения и труднодоступных местах, где имеются перепады температур, прежде всего между водой, как из поверхностных, так и подземных источников, и воздухом, а также грунтом и воздухом.

Формула изобретения

1. Тепловая энергетическая установка, работающая преимущественно от природных источников тепла, содержащая гидравлически замкнутую систему с боковыми зонами нагревания и охлаждения, соединенными в нижней части трубопроводом, а также преобразователь перепада давлений, расположенный в верхней части системы между боковыми зонами, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что; с целью повышения эффективности и маневренности, система выполнена изолированной от атмосферы, нижняя часть системы до половины высоты боковых зон заполнена легкоиспаряющейся жидкостью, а верхняя часть системы заполнена парами этой жидкости, а трубопровод, соединяющий боковые эоны в нижней части, выполнен с теплоизолировайными стенками.

2..Установка по и 1, отл ича ю ща яс я тем, что трубопровод, соединяющий боковые эоны в нижней части, заполнен теплоиэолированным гранулированным материалом с плотностью, большей плотности легко-кипящей жидкости.

1758248

Составитель Э, Коваленко

Техред М,Моргентал Корректор С ПекаРь

Редактор Е. Копча

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 103

Заказ 2981 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;. 4/5

Тепловая энергетическая установка Тепловая энергетическая установка Тепловая энергетическая установка Тепловая энергетическая установка Тепловая энергетическая установка 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть применено на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), содержащих котлы с системой газоочистки, включающей устройства для орошения дымовых газов, и конденсаторы с водяным охлаждением трубных пучков и дальнейшим использованием воды в системе коммунального хозяйства

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на энерготехнологических установках тепловых электростанций

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к энергетическим установкам, использующим естественную разность температуры окружающей среды для выработки элекроэнергии
Наверх