Устройство для утилизации низкопотенциального тепла жидкости в высотном сооружении

 

Устройство относится к энергомашиностроению, а именно к теплоэнергетике, и может быть использовано для охлаждения оборотной воды после теплообменной аппаратуры и получения механической энергии. Устройство состоит из корпуса, выполненного в виде оболочки, прикрепленного к высотному сооружению, внутри корпуса помещены ступени подъема и охлаждения, заполненные пористой насадкой и выполненные из гидрофильного и гидрофобного материалов, причем верхняя крышка корпуса снабжена воздушкой, верхний штуцер устроен после гидрозатвора, размещенного внутри корпуса, который соединен турбинным и питательным трубопроводами с гидравлическим двигателем и холодоиспользующей установкой. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, повышение эффективности и надежности устройства. 1 ил.

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к теплоэнергетике, и может быть использовано для охлаждения оборотной воды теплообменной аппаратуры и получения механической энергии.

Известно капиллярное охлаждающее устройство, содержащее корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами входа и выхода охлаждаемой жидкости, внутри которого помещены ступени подъема и охлаждения, изготовленные с использованием гидрофильного материала и заполненные пористой насадкой [1].

Недостатками известного устройства являются недостаточная надежность и громоздкость конструкции.

Более близким к предлагаемому изобретению является устройство для утилизации низкопотенциального тепла жидкости, содержащее корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами входа и выхода охлажденной жидкости, внутри которого помещены ступени подъема и охлаждения, заполненные пористой насадкой и выполненные с использованием гидрофильного и гидрофобного материалов [2].

Недостатками известного устройства являются необходимость создания дорогих и громоздких укрепляющих конструкций для обеспечения устойчивого положения устройства в пространстве, обусловленная тем, что оптимальные значения параметров охлаждаемой жидкости (температура и напор), необходимые для рационального использования устройства, достигаются при его высоте приблизительно равной 100 и более метров (см. пример [2]), образование в верхней части корпуса за счет "сифонного эффекта" разрежения [3, с.185], в результате чего из жидкости интенсивно десорбируются растворенные в ней газы, начинается процесс парообразования, возникают газовые пузыри в потоке, которые, попадая в рабочий орган гидромашины, вызывают аварийный сбой в ее работе [3, с.266].

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение является упрощение конструкции, повышение эффективности и надежности устройства.

Поставленная задача реализуется в устройстве для утилизации низкопотенциального тепла в высотном сооружении, содержащем корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами входа и выхода охлаждаемой жидкости, внутри которого помещены ступени подъема и охлаждения, заполненные пористой насадкой и выполненные с использованием гидрофильного и гидрофобного материалов, причем верхняя крышка снабжена воздушкой, верхний штуцер установлен после гидрозатвора, устроенного у наружной стенки верхней части корпуса, а сам корпус выполнен в виде оболочки, прикрепленной к наружному ограждению высотного сооружения с некоторым зазором и соединен турбинным и питательным трубопроводами через верхний и нижний штуцера с гидравлическим двигателем и холодоиспользующей установкой.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство для утилизации низкопотенциального тепла жидкости в высотном сооружении 1 (которым может быть дымовая труба, телевизионная башня, высотное здание и т.д.), корпус 2 с верхней крышкой 3, в которой устроен воздушник 4, нижней крышкой 5, внутри которого размещены ступени подъема и охлаждения 6 и гидрозатвор 7, снабженный штуцерами входа и выхода охлаждаемой жидкости 8 и 9, соответственно, выполненный в виде оболочки, прикрепленной к наружному ограждению 10 высотного сооружения 1 с зазором, ширина которого δ, определяется из конструктивных и теплотехнических соображений, соединенный турбинным и питательным трубопроводами 11 и 12, соответственно, с гидравлическим двигателем 13 (который может быть гидравлической турбиной или гидромотором), соединенным, например, с электрогенератором 14 и холодоиспользующей установкой 15.

В основу работы предлагаемого устройства положен способ ступенчатого капиллярного подъема жидкости, сопровождающийся ее охлаждением и повышением потенциальной энергии давления [2], возможность использования этой энергии для получения механической энергии вращения [3, с. 278], предотвращение попадания в поток жидкости газовых или паровых пузырей путем установки воздушника 4, сообщающегося с атмосферой и предотвращающего, таким образом, появления вакуума в верхней части корпуса 2, создание столба жидкости перед штуцером 8, обеспечиваемого наличием в верхней части корпуса 2 гидрозатвора 7, крепление корпуса 2 к наружному ограждению 10 высотного сооружения 1, что обеспечивает устойчивое положение корпуса 2 в пространстве без специальных укрепляющих конструкций.

Предлагаемое устройство для утилизации низкопотенциального тепла в высотном сооружении работает следующим образом. Оборотную воду после ее нагрева в холодоиспользующей установке 15 с температурой t_r через питательный трубопровод 12 и штуцер подают в нижнюю ступень подъема и охлаждения 6, где происходит ее подъем на следующую ступень и некоторое охлаждение, и так до самой верхней ступени подъема и охлажднения 6, откуда она стекает в гидрозатвор 7 с заданной температурой охлаждения t₀ и потенциальной энергией давления, определяемой высотой корпуса 11. При этом в верхней части корпуса 2 не создается разрежение за счет его сообщения с атмосферой через воздушник 4, выделяющиеся из воды газы (пары) удаляются в атмосферу, столб жидкости в гидрозатворе 7 предотвращает случайное попадание их в турбинный трубопровод 11. Охлажденная вода с температурой t₀ и напором H₁ по турбинному трубопроводу 11 поступает в ротор гидравлического двигателя 13, например, на лопатки рабочего колеса гидравлической турбины, соединенной с электрогенератором 14, совершает механическую работу, снижая свой напор до величины Н₂, достаточной для преодоления сопротивлений холодоиспользующей аппаратуры и обратных коммуникаций, далее с температурой t₀ (температура воды в гидравлической турбине практически не изменяется) и напором Н₂ поступает в холодоиспользующую установку 15, где нагревается до температуры t_r и по питательному трубопроводу 12 через штуцер 8 самотеком снова поступает в нижнюю ступень подъема и охлаждения 6, после чего цикл повторяется.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет упростить конструкцию, наряду с охлаждением оборотной воды, использовать ее потенциальную энергию давления для получения другого вида энергии, например электрической, что повышает эффективности и надежность работы устройства.

Литература 1. Патент РФ 2095697, М кл. 5 F 24 F 3/14,1994.

2. Патент РФ 2161765. М кл. 7 F 28 D 9/00, F 24 F 3/14,1999.

3. А. А. Угингус. Гидравлика и гидравлические машины, X: ХГУ, 1966, 400 с.

Формула изобретения

Устройство для утилизации низкопотенциального тепла жидкости в высотном сооружении, включающее корпус с верхней и нижней крышками, штуцерами входа и выхода охлаждающей жидкости, внутри которого помещены ступени подъема и охлаждения, заполненные пористой насадкой и выполненные с использованием гидрофильного и гидрофобного материалов, отличающееся тем, что верхняя крышка снабжена воздушкой, верхний штуцер установлен после гидрозавтора, устроенного у наружной стенки верхней части корпуса, а сам корпус выполнен в виде оболочки, прикрепленной к наружному ограждению высотного сооружения с некоторым зазором, и соединен турбинным и питательными трубопроводами через верхний и нижний штуцера с гидравлическим двигателем и холодоиспользующей установкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1