Способ клушина утилизации тепла отработанных газов тепловой установки и устройство для его осуществления



Способ клушина утилизации тепла отработанных газов тепловой установки и устройство для его осуществления
Способ клушина утилизации тепла отработанных газов тепловой установки и устройство для его осуществления
Способ клушина утилизации тепла отработанных газов тепловой установки и устройство для его осуществления

 

F23B50/00 - Устройства для сжигания твердого топлива (для одновременного или попеременного сжигания кускового с другим видом топлива F23C 1/00; устройства для сжигания в псевдоожиженном слое F23C 10/00; сжигание низкосортного топлива и мусора F23G; колосниковые решетки F23H; подача твердого топлива в устройства для сжигания F23K; конструктивные элементы камер сгорания, не отнесенные к другим подклассам F23M; бытовые отопительные устройства F24; котлы центрального отопления F24D; автономные компактные котлы F24H)

Владельцы патента RU 2568244:

Клушин Василий Пантелеевич (RU)
Ухванова Мария Васильевна (RU)

Изобретение относится к области тепловых устройств, машин, может быть использовано в теплогенерирующих системах, в вентиляционных системах, в разных устройствах для высокотемпературного сжигания, например, нефтяных осадков, а также мусора (для сжигания, например, диоксина, фурана, угарного газа) и т.п. Техническим результатом группы заявляемых изобретений является повышение эффективности, экологической безопасности и расширение функциональных возможностей. Изобретение теоретически позволяет почти на порядок сократить энерговыбросы с дымогарными газами, значительно снижает тепловое, пылевое, шумовое и другое загрязнение окружающей среды. В вентиляционной системе (например, на судне) вместо нагрева 600 кубометров воздуха в сутки на одного человека (по нормам СНиП) достаточно будет обеспечивать поступление в систему 0,3-0,4 кубометра кислорода из воздуха. 2 н. и 6 з. п. ф-лы. 3 ил.

 

Группа заявляемых изобретений, связанных общим изобретательским замыслом, относится к области тепловых устройств, в частности к способам утилизации тепла отработанных газов тепловых, теплогенерирующих установок, а также к способам сжигания мусора и может найти применение в области вентиляции судов, зданий, станций метро, животноводческих комплексов и т.п.

Известный способ утилизации тепла отработанных газов МГД-генератора заключается в том, что нагрев входного воздуха теплом отработанных газов осуществляют с использованием регенеративного посредника, в качестве которого используют попутно обрабатываемый отработанными газами сыпучий материал (см. авторское свидетельство СССР № 167585 от 1965, МПК 8 F02G 5/02). Способ связан с экологической опасностью из-за шумового и пылевого загрязнения окружающей среды, и недостаточно эффективный.

Известен также способ утилизации тепла отработанных газов газодинамического углекислотного лазера с подогревом входного воздуха (см. «Справочник по лазерам» перев. с англ. под ред. Прохорова A.M. с. 146, рис. 6.1, а также книгу «Лазеры и их применение» М., «Радио и связь», 1983, с. 57). Однако и его эффективность и экологическая безопасность по вышеупомянутым причинам недостаточны.

Известен также способ использования тепла отработанных газов ДВС, обеспеченного системой подогрева входного воздуха и системой автоматической регулирования (см. авт.св. СССР № 1040070 от 10.03.1983, F02M 31/08). Способ приспособлен преимущественно для холодно-климатических условий эксплуатации. Однако по тем же причинам, что и в предыдущих случаях, его эффективность и экологическая безопасность недостаточны.

Кроме того, известен способ утилизации тепла отработанных газов с подогревом воздуха три сжигании жидкого и ископаемого топлива (см. патент РФ № 2179686 от 20.02.2002, F23B 5/00). Однако его эффективность и экологическая безопасность недостаточны.

Известен также способ подогрева вдувного воздуха путем его смешивания с нагретыми продуктами сгорания (см. авт. св. СССР № 951012 от 25.08.1980, МПК8 F23L 15/60). Способ также недостаточно эффективный и экологически недостаточно безопасный.

Наиболее близким аналогом к заявленному способу по техническим признакам является способ утилизации тепла отработанных газов тепловой, в частности теплогенерирующей, установки, состоящий в том, что тепло отходящих газов возвращают в установку путем частичной рециркуляции потока отработанных газов по обеспеченному нагнетательно-всасывающим устройством рециркуляционному контуру и взаимодействия его с потоком внешнего воздуха (см. авт. св. СССР № 1006862 от 1989, МПК 8 F22B 31/08; F23C 9/00; F23L 15/00).

Недостатком этого способа является его недостаточная эффективность, недостаточная экологическая безопасность, связанная с сажо-дымовым загрязнением окружающей среды, а также функциональная ограниченность его применения.

Наиболее близким к устройству осуществления заявленного способа утилизации тепла отработанных газов тепловой, в частности теплогенерирующей, установки есть устройство для утилизации (возвращения) тепла вентилируемого воздуха в здании, содержащее камеру, разделенную, например, зигзагообразно фильтрующей теплоизоляционной перегородкой, с преимущественной проницаемостью для молекулярного потока по меньшей мере на две полости, первая (первые) из которых, условно «нагретая» («нагретые»), сообщена (сообщены) с зоной тепловыделения, а вторая условно «холодная» сообщена с внешней средой через защитное жалюзийное устройство (см. патент Украины № 15901 от 30.06.1997, МПК 8 Е06В 7/02).

Недостатками этого устройства является его функциональная ограниченность применения и связанная с этим недостаточная эффективность.

В основу группы изобретений, объединенных общим изобретательским замыслом, поставлена задача по созданию более эффективного, экологически безопасного и более универсального способа утилизации тепла отработанных, выходящих газов.

Поставленная задача в заявленном способе утилизации тепла отработанных газов тепловой, например теплогенерирующей, установки, состоящем в том, что тепло нагретых отработанных (выходящих) газов возвращают в установку путем частичной рециркуляции потока отработанных газов по обеспеченному по меньшей мере одним нагнетательно-всасывающим устройством рециркуляционному (условно замкнутому) контуру и взаимодействия его с потоком внешнего воздуха, решается тем, что взаимодействие рециркулирующего потока нагретых, отработанных газов с потоком внешнего воздуха осуществляют в камере через разделяющую ее на полости фильтрующую по меньшей мере теплоизоляционную перегородку с преимущественной проницаемостью для молекулярного потока, при этом зону их взаимодействия защищают от атмосферных явлений, например ветра и осадков, в частности с помощью защитного жалюзийного устройства.

Поставленная задача решается также тем, что поток внешнего воздуха при этом канализируют с помощью обеспеченного по меньшей мере одним нагнетательно-всасывающим (элементом) устройством открытого канализирующего контура, сообщенного с помощью воздухозаборного и выпускного устройств с внешней средой.

Поставленная задача решается также тем, что давление в рециркулирующем контуре, отличное от внешнего, обеспечивают путем соответствующего расположения в контуре внешнего воздуха дросселирующего (подпорного) и нагнетательно-всасывающего устройств (элементов) по обе стороны от зоны взаимодействия упомянутых потоков.

Кроме того, поставленная задача решается также тем, что тепловую установку, в частности двигатель внутреннего сгорания (ДВС), обеспеченный системами топливоподачи и автоматического регулирования, дополнительно оснащают водосепарационным устройством, а также системой водоподачи, например впрыскиванияем воды в цилиндры, датчиком режима нагрузки и датчиком температуры рециркулирующего потока, функционально связанных с упомянутой системой автоматического регулирования, при этом количества впрыскиваемых в цилиндры ДВС топлива и воды и, например, количественное чередование впрысков регулируют в зависимости от нагрузки и температурного режима работы ДВС, а водосепарационное устройство используют в качестве дросселирующего (подпорного) элемента, при этом в частности днища поршней выполняют с развитой поверхностью парообразования.

Поставленная задача также решается в заявляемом устройстве для осуществления способа утилизации тепла отработанных газов тепловой, например теплогенерирующей, установки (или вентилируемого воздуха в здании), которое содержит камеру, разделенную, например, зигзагообразно, фильтрующей перегородкой с преимущественной проницаемостью для молекулярного потока по меньшей мере на две полости, первая (первые) из которых, условно «нагретая» («нагретые») сообщена (сообщены) с зоной тепловыделения, а вторая условно «холодная» сообщена с внешней средой через защитное жалюзийное устройство, тем, что упомянутое устройство дополнительно содержит обеспеченный по меньшей мере одним нагнетательно-всасывающим устройством, рециркуляционный канализирующий контур отработанных нагретых газов, соединяющий выход (зоны тепловыделения) тепловой установки с входом (входами) первой (первых) условно «нагретой» («нагретых») полости (полостей) камеры, выход первой (первых) условно «нагретой» («нагретых») полости (полостей) камеры - с входом (зоны тепловыделения) тепловой установки, при этом перегородка выполнена по меньшей мере теплоизоляционной.

Поставленная задача также решается тем, что устройство дополнительно содержит обеспеченный по меньшей мере одним нагнетательно-всасывающим (элементом) устройством (открытый) канализирующий контур внешнего воздуха, воздухозаборная часть которого сообщена с входом второй условно «холодной» полости камеры, его выпускная часть, обеспеченная выпускным устройством, сообщена с ее выходом, при этом защитное жалюзийное устройство установлено на воздухозаборную часть.

Поставленная задача также решается тем, что устройство дополнительно содержит расположенный на выходе второй условно «холодной» полости камеры дросселирующий (подпорный) элемент, например водосепарационное устройство.

Поставленная задача также решается тем, что устройство дополнительно содержит расположенный (расположенные) между соответствующим(и) каналом (каналами) и входом (входами) камеры фильтр(ы) очистки, например электрофильтр(ы).

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков группы заявленных изобретений и достигнутым техническим результатом заключается в повышении эффективности использования тепла и экологической безопасности, в расширении функциональных возможностей. Взаимодействие рециркулирующего потока нагретых, отработанных газов с потоком внешнего воздуха осуществляют в камере через разделяющую ее на полости фильтрующую по меньшей мере теплоизоляционную перегородку с преимущественной проницаемостью для молекулярного потока, при этом зону их взаимодействия защищают от атмосферных явлений, например ветра и осадков, в частности с помощью защитного жалюзийного устройства.

Кроме того, поток внешнего воздуха канализируют с помощью обеспеченного по меньшей мере одним нагнетательно-всасывающим (элементом) устройством открытого канализирующего контура внешнего воздуха, соединенного своими воздухозаборным и выпускным устройствами с внешней средой.

Кроме вышеизложенного, давление в рециркуляционном контуре, отличное от внешнего давления, обеспечивают путем соответствующего расположения в контуре внешнего воздуха дросселирующего и нагнетательно-всасывающего (элементов) устройств по обе стороны зоны взаимодействия упомянутых потоков.

Кроме этого, для осуществления более полной утилизации тепла отработанных газов тепловой установки, например двигателя внутреннего сгорания (ДВС), обеспеченного системами топливоподачи и автоматического регулирования, последний дополнительно оснащают водосепарационным устройством, а также системой водоподачи, например впрыскиванием воды в цилиндры, датчиком режима нагрузки и датчиком температуры рециркулирующего потока, функционально связанных с упомянутой системой автоматического регулирования, при этом количество впрыскиваемых топлива и воды в цилиндры ДВС и, например, количественное чередование впрысков регулируют в зависимости от нагрузки и температурного режима работы ДВС, а водосепарационное устройство используют в качестве дросселирующего (подпорного) элемента, при этом, например, днища поршней, выполняют с развитой поверхностью парообразования.

Упомянутая причинно-следственная связь обеспечивается также тем, что устройство дополнительно содержит обеспеченный по меньшей мере одним нагнетательно-всасывающим устройством рециркуляционный канализирующий контур отработанных нагретых газов, соединяющий выход (зоны тепловыделения) тепловой, например теплогенерирующей, установки с входом (входами) первой (первых) условно «нагретой» («нагретых») полости (полостей) камеры, выход первой (первых) условно «нагретой» («нагретых») полости (полостей) камеры - с входом (зоны тепловыделения) тепловой установки, при этом перегородка выполнена по меньшей мере теплоизоляционной.

Упомянутая причинно-следственная связь обеспечивается также тем, что устройство дополнительно содержит обеспеченный по меньшей мере одним нагнетательно-всасывающим (элементом) устройством канализирующий контур внешнего воздуха, воздухозаборная часть которого соединена с входом второй условно «холодной» полости камеры, его выпускная часть, обеспеченная выпускным устройством, соединена с ее выходом, при этом защитное жалюзийное устройство установлено на воздухозаборную часть.

Причинно-следственная связь существенных признаков с техническим результатом обеспечивается также тем, что устройство дополнительно содержит расположенный на выходе второй условно «холодной» полости камеры дросселирующий (подпорный) элемент, например водосепарационное устройство.

Причинно-следственная связь существенных признаков с техническим результатом обеспечивается также тем, что устройство дополнительно содержит расположенный (расположенные) между соответствующим каналом (каналами) и входом (входами) камеры фильтр(ы) очистки, например электрофильтр(ы).

На фиг. 1 упрощенно изображено устройство для осуществления способа, содержащее тепловое (топочно-котельное) устройство (или обитаемое здание) 1, каналы 2 и 3 с нагнетательно-всасывающим устройство (устройствами) 4 рециркуляционного газового контура, камеру 5, зигзагообразно разделенную фильтрующей, теплоизоляционной перегородкой 6 с преимущественной проницаемостью для молекулярного потока (потока Кнудсена) на первую условно «нагретую» полость 7 и вторую условно «холодную» полость 8 с установленным защитным жалюзийным устройством 9. Кроме того, в необходимых случаях (для защиты перегородки 6 от загрязнения) предусматривается установка очистного фильтра 10, установленного на входе полости 7 камеры 5, например, электрофильтра.

На фиг. 2 упрощенно изображено вышеописанное устройство, дополнительно содержащее воздушные каналы 11, 12 с воздухозаборным 13 и выпускным 14 устройствами, причем канал 11 обеспечен нагнетательно-всасывающим (элементом) устройством 15. Кроме того, в необходимых случаях (для защиты перегородки 6 от загрязнения) также предусматривается установка очистительного фильтра (фильтров) 10, установленного (установленных) на входе (входах) полости (полостей) камеры 5, например, электрофильтра(ов). А в канале 12, при необходимости увеличения давления в рециркуляционном контуре (в каналах 2 и 3) может быть установлено дросселирующее (подпорное) устройство 16 (например, в виде вставки для абсорбционного очищения выходящих наружу газов или(и) водосепарационного устройства).

При этом в качестве тепловой установки 1 вместо топочно-котельного устройства показан газодинамический углекислотный лазер 1 с термической накачкой, содержащий камеру сгорания и зеркально-оптическую систему.

На фиг. 3 упрощенно показано устройство для осуществления способа утилизации тепла отработавших газов тепловой установки 1, в качестве которой рассматривается ДВС с двойным (например, пародизельным) циклом, содержащее систему впрыска топлива 18, систему автоматического регулирования 19, водосепарационное устройство (как дросселирующий элемент 16), а также систему впрыска воды 21, датчики режима нагрузки 22 и температуры рециркулирующих газов 23, функционально связанные с системой автоматического регулирования 19, управляющей системами впрыска топлива 18 и впрыска воды 21. Кроме того, устройство для осуществления способа утилизации тепла содержит каналы 2 и 3 рециркуляционного газового контура, например, с нагнетательно-всасывающим устройством (устройствами) 4, камеру 5 с электрофильтрами 10, разделенную фильтрующей теплоизоляционной перегородкой 6 с преимущественной проницаемостью для молекулярного потока на первую (первые) условно «горячую» («горячие») полость (полости) 7 и на вторую, условно «холодную» полость 8. Устройство содержит канал внешнего воздуха 11 с нагнетательно-всасывающим устройством 15, воздухозаборным устройством 13 с установленным на нем защитным жалюзийным устройством 9, и сообщенный с выпускным устройством 14 канал воздуха 12, в который вмонтировано водосепарационное устройство (как дросселирующий элемент 16).

При этом нагнетательно-всасывающие устройства 4 и 15 могут быть механически связаны между собой, а в отдельном случае (с целью обеспечения самоприводности) может быть использован блок турбонаддува.

Теперь - необходимые объяснения относительно понятия «молекулярный поток», присутствующего в патенте - прототипе Украины № 15901 от 30.06.1997. Согласно существующей классификации потоков молекул, достаточно полно изложенных, например, в книге Рейтлингера С.А. «Проницаемость полимерных пленок (Химия. М., 1974, с.7), молекулярный поток (т.н. поток Кнудсена) - это поток молекул (независимо от их вида) через каналы (поры) фильтрующего элемента (перегородки), поперечные размеры просветов которых относительно длин небольшие и соизмеримы со средней длиной свободного пробега молекул (порядка 10-5 см). Обычно идеальных материалов не бывает и вместе с упомянутыми размерами просветов каналов будут и другие, но нас интересует именно такая проницаемость, как преимущественное свойство перегородки. Использованное в заявленном изобретении, как и в прототипе, патенте Украины № 15901 от 30.06.1997 (МПК 8 Е06В 7/02) выражение «преимущественная проницаемость для молекулярного потока (Кнудсена)» означает не молекулярную селекцию по видам молекул, а преимущественное свойство перегородки.

Физическая специфика проницаемости такого типа состоит в том, что согласно молекулярно кинетической теории газов через такой фильтрующий элемент практически невозможна свободная передача тепла через броуновские столкновения более нагретых молекул с менее нагретыми молекулами, находящимися по разные стороны такой, к тому же теплоизоляционной, перегородки. И поток молекул через упомянутую перегородку пойдет лишь при появлении принудительного фактора, например разницы давления по обе стороны от упомянутой перегородки. Это справедливо и при рассмотрении парциального давления, если имеем дело с газовыми смесями, например воздухом или выпускными газами тепловой установки. Современная технология позволяет сделать материалы с любыми фильтрующими свойствами. Это может быть бумага, картон и плотная ткань, изготовленные из азбеста, фетр, войлок, некоторые ворсовые ткани. Для утилизации тепла при вентиляции судовых помещений, зданий, животноводческих ферм можно использовать углеродоволокнистый материал по заявке РФ № 94024925, материал по заявке РФ № 93021342, материал по патентам РФ № 2075329 или № 2394627 и т.п. Материал по патенту РФ № 2155629 мы считаем особенно перспективным для контакта с дымогарными газами и для целей теплоизоляции (и звукоизоляции). В некоторых случаях это может быть даже пористый керамический материал, подобный описанному в авторском свидетельстве СССР № 1607167.

Уместное примечание для понимания аналогии: издревле известно, что в валенках никакой мороз не страшен, при этом кожа ног свободно дышит и никогда не увлажняется, поскольку выделяющиеся водяные пары не конденсируются, как в резиновой обуви, а беспрепятственно выходят наружу, благодаря вышеупомянутой проницаемости войлочного материала.

Реализация заявленного способа с помощью заявляемого устройства, изображенного на фиг. 1, осуществляется (например, в метро) при приточно-вытяжной вентиляции таким образом. В устоявшемся режиме воздух, выходящий из объекта тепловыделения 1, например из метро, как и внешний воздух, состоит примерно на 80% из азота, который не расходуется. Его парциальное давление осталось равным парциальному давлению азота во внешнем воздухе. Это означает, что при взаимодействии потока нагретого воздуха, поступающего из объекта тепловыделения 1 по каналу 2 в полость 7 камеры 5, с внешним воздухом в полости 8 камеры 5 через фильтрующую, теплоизоляционную перегородку 6 с преимущественной проницаемостью для молекулярного потока, азот практически не будет участвовать в молекулярном переносе. Он рециркуляционно возвратится в объект тепловыделения 1 и возвратит туда все свое тепло. Что касается нагретого углекислого газа, присутствующего в загрязненном воздухе, то он (как и пары воды) беспрепятственно пройдет через перегородку 6 из полости 7 в полость 8 камеры 5 (то есть наружу) под определенным парциальным давлением, ибо во внешнем воздухе парциальное давление углекислого газа всего 0,0003 атм, то есть около нуля. Кислорода же, наоборот, уменьшилось в этом условно загрязненном воздухе, его парциальное давление уменьшилось относительно парциального давления кислорода во внешнем воздухе и поэтому холодный кислород под определенным парциальным давлением войдет из полости 8 (т.е. извне) в полость 7 через перегородку 6. При взаимовстречном движении молекул через перегородку 6 поступающий в полость 7 из полости 8 холодный кислород будет нагреваться горячим углекислым газом, идущим через перегородку 6 из полости 7 в полость 8, поскольку здесь броуновские столкновения этих газов в направленных взаимовстречных движениях неминуемы. Таким образом очищенный от углекислого (и других газов, паров) и обогащенный нагретым кислородом воздух по каналу 3 возвращается к объекту тепловыделения 1, например в метро. (Нечто подобное имеет место в легких живых существ, только там рециркулирует кровь). В результате практически отпадает (или значительно уменьшается) необходимость нагрева зимой (или охлаждения - летом) 600 кубометров воздуха в сутки на одного человека (по нормам СНиП), ибо человеку нужно в сутки всего 0,3-0,4 кубометра кислорода.

Аналогичное происходит, когда объект тепловыделения 1 - топочно-котельное устройство. Только в этом случае газовая смесь, поступающая по каналу 2 в полость 7, кислорода не имеет вовсе (его парциальное давление нулевое), а углекислый газ (и пары воды) имеет парциальное давление около 0,2 атм. Нагретый азот, как и раньше, практически при горении не расходуется или почти не расходуется, его парциальное давление в полости 7 при устоявшемся режиме практически одинаковое с парциальным давлением азота в полости 8. Он возвратится в топочно-котельное устройство 1 по каналу 3 и возвратит туда все свое тепло. Через перегородку 6 наружу из полости 7 в полость 8 под парциальным давлением около 0,2 атм пойдет нагретый углекислый газ (например, пары воды). Навстречу ему из полости 8 в полость 7 (извне) через перегородку 6 под парциальным давлением около 0,2 атм пойдет холодный кислород воздуха, который при этом, как было сказано выше, будет нагрет молекулами углекислого газа (и парами воды). Таким образом, обогащенная кислородом горячая газовая смесь по каналу 3 войдет в зону горения.

Таким образом, около 90% тепла отработанных газов, которое раньше выбрасывалось в атмосферу, возвращается в зону горения для полезного преобразования, что особенно ценно в летний период, когда возможности классической утилизации ограничены. Благодаря этому процесс горения будет высокотемпературным, полным, качественным. Это особенно важно и при мусоросжигании для обезвреживания диоксина, фурана, угарного газа и др. токсичных продуктов сгорания. Защитное жалюзийное устройство 9 защищает условно газостатическое состояние взаимодействующих газовых масс от атмосферных явлений, в частности от ветра.

При этом отпадает необходимость в специальных камерах дожигания, в дополнительном расходе топлива, в катализаторах. Кроме того, саже-дымовые частицы не смогут вырваться в окружающую среду. В необходимых случаях для защиты перегородки 6 от интенсивного загрязнения предусматривается фильтрация газовой среды с помощью по меньшей мере одного фильтра, например электрического, 10, установленного на входе полости 7 камеры 5.

В некоторых случаях требуется обеспечивать давление в зоне горения в рециркуляционном контуре, отличное от внешнего давления. Это достигается путем соответствующего размещения в контуре внешнего воздуха дросселирующего (например, водосепарационного или фильтрующего) и нагнетательно-всасывающего устройств (элементов) по обе стороны от зоны взаимодействия вышеупомянутых потоков. Например, пониженное давление чаще всего важно при сжигании токсических отходов (тогда дросселирующее устройство, например в виде фильтра, устанавливается сразу после воздухозаборного устройства).

Аналогичный процесс происходит в устройстве на фиг. 2, где в качестве теплового устройства 1 (вместо топочно-котельного устройства) предусмотрен газодинамический (углекислотный) лазер с термической накачкой, с камерой сгорания и зеркально-оптической системой. Коэффициент полезного действия (КПД) такого лазера значительно повысится, поскольку тепло, что обычно терялось, почти полностью возвращается в активную зону лазера. В добавление к вышеописанному, в данном случае более интенсивное взаимодействие потоков в камере 5 обеспечивается за счет наличия принудительного открытого канализационного контура, когда внешний воздух, поступающий через защитное жалюзийное устройство 9 в воздухозаборное устройство 13, подается нагнетательно-всасывающим устройством 15 по каналу 11 через фильтр 10 в полость 8 камеры 5, откуда после взаимодействия с отработанными газами следует по каналу 12 в выпускное устройство (например, трубу) 14. При этом устройство также не нуждается в специальном глушителе шума, поскольку звуковые волны не имеют акустического выхода наружу. А в канале 12, например, при необходимости увеличения давления в рециркуляционном (каналах 2 и 3), может быть установлено дросселирующее (подпорное) устройство 16 (например, в виде вставки для абсорбционного очищения выходящих наружу газов).

Заявляемый способ утилизации может быть использован в теплогенераторах двигателей Стерлинга, МГД-генераторе (в углеводно- и водородно-воздушных топливных элементах), а также для энергосберегающей вентиляции на судах, где в зимнее время также приходится в калориферах нагревать (а в летнее время охлаждать) по 600 кубометров воздуха в сутки на одного человека.

Подобный вышеприведенный процесс происходит и при реализации заявляемого способа в устройстве на фиг. 3, где в качестве теплового устройства 1 используется ДВС, обеспеченный, например, форсунками для впрыскивания воды в цилиндры по авт. св. СССР № 247715 от 22.04.1969), работающий, например, по двойному (пародизельному) циклу, где возвращенное тепло отработанных газов выполняет дополнительную работу с использованием впрыскиваемой воды, как второго рабочего тела. Кроме того, известно, что реальный КПД высокооборотных ДВС значительно зависит от относительной длительности фазы горения, из-за чего в поисках оптимума приходится угол опережения зажигания доводить до 40 угловых градусов, что не целесообразно с точки зрения термодинамики. Поэтому нагрев входного воздуха во многих случаях повышает реальный КПД таких ДВС, особенно в условиях холодного климата. (Заявляемый способ целесообразен и при использовании т.н. водоэмульсионного топлива). В данном устройстве, кроме этого, предусматривается и следующее.

В связи с повышенной температурой сжатых газов повышенно нагреваются, в частности, теплоемкие поршневые днища, например, с развитой поверхностью парообразования (или специальные теплоизолированные от поршневых тел днищевые накладки). Попадание впрыскиваемой воды на днище поршня (и на внутреннюю поверхность головок, например, с развитой поверхностью парообразования и цилиндров) обеспечивает полноценный рабочий ход по паровому циклу с одновременным их полезным охлаждением. Система автоматического регулирования 19. В зависимости от сигналов датчика нагрузки 22, например, в «холостом» режиме обеспечивает на каждый рабочий ход по обычному циклу (т.е. со впрыском топлива) 1-2 рабочих хода по паровому циклу (т.е. со впрыском воды). При необходимости водосбережения водосепарационное устройство 16 помещается на выходе камеры 5 в канале 12. В зависимости от сигналов датчика температуры 23, расположенного на канале 2, например, при повышении температуры выше оптимальной количество впрыскиваемого топлива снижается, количество впрыскиваемой воды увеличивается, и наоборот. Дополнительный эффект, кроме упомянутого, достигается тем, что отпадает необходимость в специальном шумоглушителе, на котором, как известно, теряется, изрядная часть мощности ДВС, так как звуковые волны из-за звукоизоляции перегородки 6 не имеют прямого акустического выхода.

Аналогичный процесс утилизации может происходить и в таком тепловом устройстве, как парогазовая турбинная установка (ПГТУ), обеспеченная, например, жаровой трубой и в других тепловых устройствах.

1. Способ утилизации тепла отработанных газов тепловой, например теплогенерирующей, установки, состоящий в том, что тепло отработанных газов возвращают в установку путем частичной рециркуляции потока отработанных газов по обеспеченному по меньшей мере одним нагнетательно-всасывающим устройством рециркуляционному контуру и взаимодействия его с потоком внешнего воздуха, отличающийся тем, что взаимодействие рециркулирующего потока нагретых отработанных газов с потоком внешнего воздуха осуществляют в камере через разделяющую ее на полости фильтрующую, по меньшей мере теплоизоляционную, перегородку, с преимущественной (выраженной) проницаемостью для молекулярного потока, при этом зону их взаимодействия защищают от атмосферных явлений, например, ветра и осадков, в частности при помощи защитного жалюзийного устройства.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поток внешнего воздуха при этом канализируют с помощью обеспеченного по меньшей мере одним нагнетательно-всасывающим устройством открытого канализирующего контура, сообщенного своими воздухозаборным и выпускным устройствами с внешней средой.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что давление в рециркуляционном контуре, отличное от внешнего давления, обеспечивают путем соответствующего расположения в контуре внешнего воздуха дросселирующего и нагнетательно-всасывающего устройств по обе стороны от зоны взаимодействия упомянутых потоков.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что при осуществлении более полной утилизации тепла отработанных газов тепловой установки, например двигателя внутреннего сгорания (ДВС), обеспеченного системами топливоподачи и автоматического регулирования, последний дополнительно оснащают водосепарационным устройством, а также системой водоподачи, например впрыскиванием воды в цилиндры, датчиком режима нагрузки и датчиком температуры рециркулирующего потока, функционально связанных с упомянутой системой автоматического регулирования, при этом количество впрыскиваемых топлива и воды в цилиндры ДВС и, например, количественное чередование впрысков регулируют в зависимости от нагрузки и температурного режима работы ДВС, а водосепарационное устройство используют как дросселирующий (подпорный) элемент, при этом днища поршней выполняют с развитой поверхностью парообразования.

5. Устройство для осуществления способа утилизации тепла отработанных газов тепловой, например теплогенерирующей, установки, содержащее камеру, разделенную, например, зигзагообразно, фильтрующей перегородкой с преимущественной проницаемостью для молекулярного потока по меньшей мере на две полости, первая (первые) из которых сообщена (сообщены) с нагретой средой, а вторая - с внешней средой через защитное жалюзийное устройство, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит обеспеченный по меньшей мере одним нагнетательно-всасывающим устройством рециркуляционный канализирующий контур отработанных нагретых газов, соединяющий выход (зоны тепловыделения) тепловой установки со входом (входами) первой (первых) полости (полостей) камеры, выход первой (первых) полости (полостей) камеры - с входом (зоны тепловыделения) тепловой установки, при этом перегородка выполнена по меньшей мере теплоизоляционной.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит обеспеченный по меньшей мере одним нагнетательно-всасывающим устройством канализирующий открытый контур внешнего воздуха, воздухозаборная часть которого сообщена с входом второй полости камеры, его выпускная часть, обеспеченная выпускным устройством, сообщена с ее выходом, при этом защитное жалюзийное устройство установлено на воздухозаборную часть.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит расположенный на выходе второй полости камеры дросселирующий (подпорный) элемент, например водосепарационное устройство.

8. Устройство по пп. 5-7, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит расположенный (расположенные) между соответствующим каналом (каналами) и входом (входами) камеры фильтр(ы) очистки, например электрофильтр(ы).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в энергетических установках для улучшения теплопередачи между водой и топочным газом. Предлагается объединенная схема воздухонагревателя с водяным теплообменником и экономайзера для корректировки средней логарифмической разности температур бойлера и способ корректировки средней логарифмической разности температур экономайзера и бойлера.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться при нагревании воздуха, подаваемого на горение теплом дымовых газов котельных агрегатов и промышленных печей.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для сжигания газообразного топлива в системах отопления сушильных, подогревательных, термических, плавильных печей, паровых и водогрейных котлов и других тепловых агрегатов.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в котельных установках тепловых электростанций. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при создании установок, работающих на тепловых отходах. .

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к использованию тепла дымовых газов котельных агрегатов и промышленных печей при нагреве воздуха, подаваемого на горение.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для утилизации теплоты уходящих дымовых газов топливосжигающих установок. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано при проектировании и реконструкции котлоагрегатов. .

Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к области энергетического машиностроения, и позволяет обеспечить эффективность и экологичность сжигания жидкого и газообразного топлива.

Изобретение может быть использовано при получении кокса из угля. Установка для коксования по способам без регенерации или с регенерацией тепла содержит печи (1, 2), имеющие ограниченную дверцами и боковыми стенками печную камеру для загрузки угля или уплотненного угольного пирога и находящееся над ним свободное пространство.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на котлах, сжигающих природный газ и угольную пыль. Способ работы вертикальной призматической топки путем тангенциального ввода струй реагентной газовоздушной смеси вдоль вертикальной оси топки и воздуха вдоль стен, подачи струй пара, потоков смеси воздуха, газообразных продуктов сгорания и угольных частиц размером 2-4 мм, нагрева этих частиц газовым факелом, образующимся в топке при окислении газа кислородом воздуха, с выводом влаги и летучих веществ и образованием коксового остатка, гравитационного сепарирования частиц с коксовым остатком к центру пода со сбором в слой, последующего их охлаждения и вывода коксового остатка потребителю в подтопочных установках, потоки смеси воздуха и газообразных продуктов сгорания и угольных частиц вводят в воздушные потоки радиально относительно вертикальной оси топки со скоростью 0,10-0,24 скорости ввода воздушных струй, а струи пара подают в образующийся в центре пода слой частиц коксового остатка.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на промышленных котельных при комбинированной выработке пара, стройматериалов и активированного угля.

Изобретение относится к топочным устройствам, к технологии низкотемпературного сжигания низкосортных топлив, а именно к установкам для полного сжигания мелкодисперсного органического сырья для производства тепловой энергии.

Изобретение относится к нефтехимическому машиностроению и может быть использовано для крекинга мазута, а также для нагрева технологических сред (например, нефти, нефтяной эмульсии, газа, их смесей) и для других технологических процессов, требующих интенсивного подвода тепла.

Изобретение относится к устройству радиационного нагрева промышленной печи с использованием излучаемого тепла. .

Изобретение относится к способам глубокой утилизации теплоты уходящих продуктов сгорания и может быть использовано в автономных теплогенераторах и в системах утилизации дымовых газов для эффективного нагрева основного теплоносителя при помощи промежуточного теплоносителя, которым является парогазовая смесь.

Изобретение относится к области энергетики. Топка для сжигания твердого топлива содержит корпус с загрузочным бункером для твердого топлива, камеру сгорания с колосниковой решеткой, устройство подачи воздуха, камеру дожигания с окном в нее, камера сгорания имеет подвижную, перемещаемую по высоте горизонтальную колосниковую решетку, подвижно-поворотную наклонную заднюю колосниковую решетку и подвижно-поворотную наклонную направляющую плиту.
Наверх