Способ преобразования энергии пара в механическую работу в паросиловой установке

 

Использование: в энергетике при осуществлении способов преобразования энергии пара в механическую работу в паросиловых установках. Сущность: в качестве рабочего тела используют низкокипящее вещество с высокой плотностью пара и проводят процесс расширения пара под статическим давлением, создаваемым столбом насыщенного пара в зоне испарения с помощью барометрической трубы. 1 ил.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к паросиловым установкам с поршневым расширителем и может быть использовано преимущественно для преобразования тепла низкопотенциальных источников в работу.

Известен способ преобразования энергии пара в механическую работу, включающий испарение рабочего тела, расширение насыщенного пара в поршневой машине, конденсацию пара и возврат конденсата в зону испарения.

Недостатком известного способа, который реализуется во многих паросиловых установках различного назначения и конструктивного выполнения, является недостаточная работоспособность при использовании низкопотенциальных источников тепла.

Изобретение направлено на повышение эффективности работы паровой установки при использовании низкопотенциального тепла окружающей среды, например, воздуха, воды, грунта и т.д.

Цель достигается тем, что в качестве рабочего тела используют низкокипящее вещество с высокой плотностью пара, а расширение пара осуществляют под статическим давлением, создаваемым в зоне испарения с помощью барометрической трубы.

Использование низкокипящего вещества в качестве рабочего тела позволяет преобразовать низкопотенциальное тепло окружающей среды в работу, а высокая плотность пара рабочего тела при расширении его под статическим давлением обеспечивает высокую эффективность преобразования тепла окружающей среды.

На чертеже представлена схема установки для осуществления способа преобразования теплоты в механическую работу.

Установка содержит испаритель 1 с высокой барометрической трубой 2, создающей статическое давление столба насыщенного пара, и конденсатор 3, между которыми включена паровая поршневая расширительная машина 4 с системой клапанов 5, обеспечивающей поочередную подачу и отвод пара в полости 6 и 7 цилиндра и возвратно-поступательное движение поршня 8. На трубопроводе, сообщающем испаритель 1 и конденсатор 3, может быть установлен насос 9.

Способ преобразования энергии пара в механическую работу осуществляется следующим образом.

В испарителе 1 и конденсаторе 3 находится низкокипящее рабочее тело с высокой плотностью насыщенного пара, например, углекислота или фреон, в двухфазном состоянии равновесия.

На насыщенный пар в испарителе 1 действует статическое давление столба пара, находящегося в барометрической трубе 2, что при указанном на чертеже положении клапанов 5 обеспечивает поступление пара 6 в полость 7 и перемещение поршня 8 слева направо. При этом насыщенный пар из полости 6 переходит в конденсатор 3 и конденсируется в условиях фазового равновесия при температуре насыщения с отводом тепла в окружающую среду. Из конденсатора 3 жидкая фаза возвращается насосом 9 (или самотеком под действием столба жидкости) в испаритель 1. Поскольку при перемещении поршня 8 имеет место расширение насыщенного пара в испарителе 1, то вследствие поддержания состояния фазового равновесия при температуре насыщения происходит переход жидкости в насыщенный пар.

При достижении поршнем 8 крайнего правого положения происходит переключение системы клапанов 5 в противоположное состояние, при этом насыщенный пар поступает в полость 6 паровой машины 4, а поршень 8 перемещается справа налево, совершая возвратно-поступательное движение.

Чем выше столб пара в барометрической трубе 2 и чем больше его плотность, тем более эффективно протекает процесс преобразования тепла низкопотенциального источника в работу расширения паровой машины, что позволяет при выборе в качестве рабочего тела углекислоты, фреона или другого низкокипящего вещества использовать тепло окружающего воздуха, воды или грунта.

Формула изобретения

Способ преобразования энергии пара в механическую работу в паросиловой установке, включающий испарение рабочего тела, периодическую подачу образующегося при этом пара в паровую машину, расширение насыщенного пара в ней, конденсацию пара и возврат конденсата в зону испарения, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела используют низкокипящее вещество, а испарение и расширение пара осуществляют под статическим давлением, создаваемым в зоне испарения с помощью барометрической трубы.

РИСУНКИ

Рисунок 1