CZ299675B6 - Kaskádový tepelný motor - Google Patents

Kaskádový tepelný motor Download PDF

Info

Publication number
CZ299675B6
CZ299675B6 CZ20032570A CZ20032570A CZ299675B6 CZ 299675 B6 CZ299675 B6 CZ 299675B6 CZ 20032570 A CZ20032570 A CZ 20032570A CZ 20032570 A CZ20032570 A CZ 20032570A CZ 299675 B6 CZ299675 B6 CZ 299675B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
main
multistage
units
unit
heating
Prior art date
Application number
CZ20032570A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ20032570A3 (cs
Inventor
Frolík@Jirí
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed filed Critical
Priority to CZ20032570A priority Critical patent/CZ299675B6/cs
Publication of CZ20032570A3 publication Critical patent/CZ20032570A3/cs
Publication of CZ299675B6 publication Critical patent/CZ299675B6/cs

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Rešení se týká kaskádového tepelného motoru, sestávajícího ze vzájemne propojených kompaudních tepelných pohonných jednotek s rotacními stroji s obežnými krídly tvorících jednotlivé pohonné moduly (A, B, C), pricemž vícestupnové kompresorové jednotky (1, 2, 3) jednotlivých pohonných modulu (A, B, C) a vícestupnové expanzní jednotky (1.1, 1.2, 1.3)jednotlivých pohonných modulu (A, B, C) jsou vzájemne prevodove spraženy. Podstata rešení spocívá vtom, že hlavní výstupy (1.2.1, 2.2.1, 3.2.1) vícestupnových kompresorových jednotek (1, 2, 3) a hlavní vstupy (1.3.1, 2.3.1, 3.3.1) vícestupnových expanzních jednotek (1.1, 2.1, 3.1) jsou vzájemne propojeny hlavními spojovacími ohrívacími kanály (4,4.1, 4.2) procházejícími ohrívacími zónami (5, 5.1, 5.2), pricemž na pocátku umístená ohrívací zóna(5) príslušející hlavnímu výstupu (1.2.1) vícestupnové na pocátku umístené kompresorové jednotky (1) a hlavnímu vstupu (1.3.1) na pocátku umístené vícestupnové expanzní jednotky (1.1) je opatrena externím zdrojem (7) tepla a hlavní výstupní cást (10) na konci umístené vícestupnové expanzní jednotky(3.1) a hlavní vstupní cást (9) na konci umístenévícestupnové kompresorové jednotky (3) je opatrena chladicí komorou (8). Rešení lze využít pro pohonné jednotky s využitím podstatné cásti tepelného gradientu ke konverzi tepelné energie na energii mechanickou jak u stacionárních, tak i mobilních stroju a zarízení.

Description

Oblast techniky
Vynález se týká kaskádového tepelného motoru, sestávajícího z několika navzájem propojených kotnpoundních tepelných pohonných jednotek s rotačními stroji s oběžnými křídly tvořících jednotlivé pohonné moduly, ve kterých je kaskádovitě zpracováván úplný tepelný gradient z určitého tepelného zdroje, od maximální teploty až do teploty okolí a nebo do blízkosti teto teplo loty. při současné konverzi této tepelné energie na energii mechanickou, respektive elektrickou.
Dosavadní stav techniky
Doposud známé tepelné stroje sloužící ke konverzi tepelné energie na energii mechanickou respektive elektrickou vykazují omezenou účinnost této konverze v důsledku omezené možnosti expanze energetického média, což znemožňuje praktický využití celkového tepelného gradientu z určitého tepelného zdroje. Technické řešení výše uvedeného problému představuje návrh známého projektu pod názvem „Energy CascadingA navrženého Internacionální Energetickou Agen2o turou (IEA). který má umožnit stupňovité využití tepelného gradientu v rozsahu od 900 až do 30 °C za pomoci trojnásobného procesu s oběhem draslíku, diphenylu a vody, přičemž první stupeň využívá jako oběhového pracovního média v turbině s uzavřeným oběhem draslíku s mezními tepelnými a tlakovými parametry1 830 °C/3xl0 Pa, kdy dochází k vypařování tekutého draslíku. Po expanzi v turbině s uzavřeným oběhem kondenzuje draslík při teplotě 477 °C/25 0.027x10 Pa. Kondenzační teplo draslíku způsobuje ve druhém uzavřeném turbinovém oběhu vypařování diphenylu při teplotě 445 °C/21xlO Pa s následnou kondenzací diphenylu při teplotě 287 °C72xlO Pa. Potom teprve nastupuje pracovní oběh svodní parou ve třetí turbině s uzavřeným oběhem s mezními parametry7 270°C755xl() Pa a 33 °C/0.051xl0 Pa. Bližší údaje o tomto projektu lze nalézt např. v publikaci „Physikalische Grudlagen der Energietechnik“, Norbert
3(i Puckert. nakladatelství Springer - Vcrlag, Wicn, New York, 1986. Nevýhody výše popsaného projektu „Energy Cascading” spočívají především ve vysokých pořizovacích nákladech a konstrukční i technologické náročnosti na zařízení z důvodů nutnosti použití tří turbín s uzavřeným oběhem různých pracovních médií a hlavně nevyhnutelnost fázové přeměny pracovních médií, což vede ke značnému zpomalení oběhové rychlosti média. Je však nutno podotknout, že se tento projekt nachází teprve ve studijní fázi.
Dále je známé ze zveřejnění přihlášky vynálezu CZ-PV 2001-1121 provedení kompaundní pohonné jednotky, sestávající z vertikálně a/nebo horizontálně uspořádaných expanzních a kompresorových částí, které jsou tvořeny alespoň jedním objemově pracujícím rotačním strojeni s oběžnými křídly popsaném v českém patentu CZ-PS 290 702 a kterou lze využít jako pohonné jednotky s možností využití celkového tepelného gradientu ke konverzi tepelné energie na energii mechanickou s vysokou tepelnou účinností i pro malé tepelné jednotky, což s pomocí soustavy kompaundních pohonných jednotek pracujících s uzavřeným oběhem plynu shora uvedenou problematiku umožňuje technicky realizovat a stává se účelem technického řešení.
Podstata vynálezu
Shora uvedené nevýhody z velké části odstraňuje a využití celkového tepelného gradientu ke
51) konverzi tepelné energie na energii mechanickou umožňuje kaskádový tepelný motor, sestávající ze vzájemně propojených kompaundních tepelných pohonných jednotek s rotačními stroji s oběžnými křídly tvořících jednotlivé pohonné moduly, přičemž vícestupňové kompresorové jednotky jednotlivých pohonných modulu a vícestupňové expanzní jednotky jednotlivých pohonných modulů jsou vzájemně převodově spřaženy. podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že hlavní výstupy vícestupňových kompresorových jednotek a hlavní vstupy vícestupňových expanzních jednotek jsou vzájemně propojeny hlavními spojovacími ohřívacími kanály procházejícími ohřívacími zónami, přičemž uvnitř umístěná ohřívací zóna příslušející hlavnímu výstupu uvnitř umístěné vícestupňové kompresorové jednotky a hlavnímu vstupu uvnitř umístěné vícestupňové expanzní jednotky a ohřívací zóna příslušející hlavnímu výstupu na konci umístěné kompresorové jednotky a hlavnímu vstupu na konci umístěné vícestupňové expanzní jednotky jsou opatřeny dělicími přepážkami ohřátého média a 11a konci umístěná chladicí komora s chladicí zónou příslušející hlavní vstupní části na konci umístěné vícestupňové kompresorové jednotky a hlavní výstupní části na konci umístěné vícestupňové expanzní jednotky je opatřena dělicí přepážkou ochlazeného média a přičemž na počátku umístěná ohřívací zóna příslušející hlavnímu výstupu na počátku umístěné vícestupňové kompresorové jednotky a hlavnímu vstupu na počátku umístěné vícestupňové expanzní jednotky je opatřena externím zdrojem tepla. Ohřívací zóny jsou opatřeny soustavou tepelných trubic a vstupní ohřívací zóna je alternativně opatřena fokusačním polem elektromagnetického záření.
Výhody provedení kaskádového tepelného motoru podle vynálezu spočívá především v lom. Že zařízení umožňuje využití podstatné části tepelného gradientu ke konverzi tepelné energie na energii mechanickou. Koncepce kaskádového tepelného motoru vykazuje nepřítomnost fázové přeměny pracovního oběžného média tepelným motorem v rozsahu zpracovávaného tepelného gradientu a tím i rychlý průtok pracovního média tepelným motorem - Braytonuv cyklus, vyso20 kou flexibilitu nastavení celého motorového bloku na různě požadované počáteční teploty podle parametrů zvoleného zdroje tepla volbou vhodného pracovního média a jeho tlakových parametrů. k čemuž podstatně přispívá možnost vhodného nastavení převodového poměru mezi jednotlivými pohonnými moduly i mezi kompresorovými a expanzními částmi pohonných modulů. V obráceném režimu může pracovat tato jednotka ve funkci vysokoteplotního tepelného čerpadla.
V alternativním provedení motoru zůstává další podstatnou výhodou možnost dálkového přenosu elektromagnetického záření do motoru, kdy zdroj elektromagnetického záření může být umístěn ve značné vzdálenosti od vlastního pohonného stroje, eož lze uplatnit například v letecké a kosmické technice, nebo lze takto uspořádané zařízení využít v obtížně dostupných místech s využitím dálkového přenosu pohonné energie.
Přeh led obrázků na výkresech
Obr. 1 představuje ve vertikálním řezu příkladné provedení kaskádového tepelného motoru sestáb vajícího ze tří za sebou řazených kompoundníeh tepelných pohonných jednotek v horizontálním provedení tvořících tak tři nad sebou uspořádané pohonné moduly a 11a obr. 2 je znázorněno příkladné provedení vstupní ohřívací zóny s fokusačním polem elektromagnetického záření.
Příklady provedení vynálezu
Na obr. 1 jsou znázorněny jednotlivé pohonné moduly Λ. B. C, které jsou tvořeny konipaundními tepelnými pohonnými jednotkami uspořádanými v horizontální poloze obsahujícími rotační stroje s oběžnými křídly. Jednotlivé rotační stroje s oběžnými křídly jsou vzájemně převodově spřaženy b jak u vícestupňových kompresorových jednotek K 2, 3, tak t u vícestupňových expanzních jednotek 1.1, 1.2. L3 a přičemž vícestupňové kompresorové jednotky K 2. 3 a vícestupňové expanzní jednotky 1.1, 1,2, l_.3 příslušející pohonným modulům A, B, C jsou převodově spřaženy navzájem - ne za křes léno. Hlavní výstupy 1.2.1, 2.2.1, 3.2,1 vícestupňových kompresorových jednotek K 2, 3 a hlavní vstupy 1.3.1, 2.3.1, 3.3.1 vícestupňových expanzních jednotek 1.1, 2.1,
3.1 jsou vzájemně propojeny hlavními spojovacími ohřívacími kanály 4. 4,1,4.2, které prochází ohřívacími zónami 5, 5.1. 5.2. V ohřívacích zónách 5.1. 5.2 příslušejících hlavním výstupům
2,2,1, 3,2,1 vícestupňových kompresorových jednotek 2, 3 a hlavním výstupům 2.2.1, 3.2.1 vícestupňových expanzních jednotek 2.1, 3.1 jsou umístěny dělicí přepážky 6, 6.1 ohřátého média. Do ohřívací zóny 5 příslušející hlavnímu výstupu 1.2.1 vícestupňové kompresorové jednotky i a hlavnímu vstupu l .3.1 vícestupňové expanzní jednotky 1.1 je vyústěn přívod a odvod externího
CZ 299675 Bó zdroje 7 tepla. Hlavní výstupní část J_0 vícestupňové expanzní jednotky 3.1 a hlavní vstupní část 9 vícestupňové kompresorové jednotky 3 je opatřena chladicí komorou 8 s chladicí zónou 5.3. v níž jsou umístěny dělicí přepážky 6.2 ochlazeného média. Ohřívací zóny 5, 5.1, 5-2 jsou alternativně opatřeny soustavami J_[, 11.1, 11.2 tepelných trubic propojených s hlavními spojovacími ohřívacími kanály 4. 4_J_. 4.2.
Na obr. 2 je znázorněno alternativní řešení, kde ohřívací zóna 5 je opatřena fokusaěním polem |2 elektromagnetického záření, ke kterému přísluší dálkový zdroj J_3 elektromagnetického záření.
Kaskádový tepelný motor podle obr. 1 pracuje s uzavřeným oběhem plynu, kde vhodné plynné pracovní médium je voleno podle provozních parametrů motoru. Pro vysoké teploty okolo 1000 °C je vhodné použití například helia, pro střední teploty mezi 300 °C až 500 °C je vhodné použití například kysličníku uhličitého a pro teploty nižší mezi 300 °C’ až 30 °C je vhodné použití například vzduchu a pro ještě nižší teplotní rozsah je možno použít například čpavek nebo butan. Aplikací Iři, do kompaktních pohonných modulů A. B. C přes hnací ústrojí spřažených jednotlivých vícestupňových kompresorových jednotek 1. 2, 3 a vícestupňových expanzních jednotek
1.1. 2.1.3.1 v horizontálním provedení dochází k postupnému zpracovávání celkového tepelného gradientu do motoru přivedené tepelné energie na energii mechanickou, kde dochází ke vzájemnému přestupu tepla mezi jednotlivými pohonnými moduly A, B, C prostřednictvím soustavy 11,
11.1, 11.2 tepelných trubic uspořádaných v jednotlivých ohřívacích zónách 5, 5.1, 5.2. První pohonný modul A získává tepelnou energii z externího zdroje 7 tepla, kde je teplo transferováno pomocí první soustavy 11 tepelných trubic do prvního pracovního oběhu tvořeného hlavním spojovacím ohřívacím kanálem 4 prvního pohonného modulu A a jeho kompresorovou a expanzní částí a po expanzi takto ohřátého pracovního média je zbytkové teplo z tohoto prvního pohonného modulu A v pořadí transferováno pomocí druhé soustavy 11.1 tepelných trubic do pracovního oběhu druhého pohonného modulu B tvořeného druhým hlavním spojovacím ohřívacím kanálem 41_ druhého pohonného modulu B a jeho kompresorovou a expanzní částí motoru v a po expanzi pracovního média v pohonném modulu B jc zbytkové teplo transferováno třetí soustavou 11.2 tepelných trubic do uzavřeného třetího pracovního oběhu tvořeného hlavním spojovacím ohřívacím kanálem 4,2 třetího pohonného modulu C a jeho kompresorovou a expanzní částí a po expanzi pracovního média v pohonném modulu C do chladicí komory 8. Podle obr. 2 kaskádový tepelný motor pracuje s tím rozdílem, že teplo je do první ohřívací zóny 5 prvního pohonného modulu A přiváděno ve formě elektromagnetického záření / dálkového zdroje 13 elektromagnetického záření přes fokusační pole 1_2 elektromagnetického záření a jeho fokusaeí na teplosměnných plochách prvního spojovacího ohřívacího kanálu 4 dochází ke zvýšení teploty pracovního média a tím i k vytvoření požadovaného tepelného gradientu potřebného ke konverzi tepelné energie na mechanickou a zařízení dále pracuje tak, jako v případě podle obr. 1. Energii ve formě elektromagnetického záření přijímanou fokusaěním polem L2 lze takto dopravovat z velké vzdálenosti od zdroje j_3 elektromagnetického záření a dále ji zpracovávat na potřebné teplo pro provoz motoru.

Claims (3)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Kaskádový tepelný motor, sestávající ze vzájemné propojených kompaundních tepelných pohonných jednotek s rotačními stroji s oběžnými křídly tvořících jednotlivé pohonné moduly {A. B. C), přičemž vícestupňové kompresorové jednotky (1,2. 3) jednotlivých pohonných modulů (A. B, C) a vícestupňové expanzní jednotky (1.1. 1.2, 1.3) jednotlivých pohonných modulů (A, o B, C) jsou vzájemně převodově spřaženy, vyznačující se t í ni, že hlavní výstupy (1.2.1,
  2. 2.2.1. 3.2.1) vícestupňových kompresorových jednotek (1, 2, 3) a hlavní vstupy (1.3.1, 2.3.1, 3.3.1) vícestupňových expanzních jednotek (1.1, 2.1. 3.1) jsou vzájemně propojeny hlavními spojovacími ohřívacími kanály (4, 4.1, 4.2) procházejícími ohřívacími zónami (5, 5.1, 5.2), přičemž uvnitř umístěná ohřívací zóna (5.1) příslušející hlavnímu výstupu (2.2.1) uvnitř umístěné ? vícestupňové kompresorové jednotky (2) a hlavnímu vstupu (2.3.1) uvnitř umístěné vícestupňové expanzní jednotky (2.1) a ohřívací zóna (5.2) příslušející hlavnímu výstupu (3.2.1) na konci umístěné vícestupňové kompresorové jednotky (3) a hlavnímu vstupu (3.3.1) na konci umístěné vícestupňové expanzní jednotky (3.1) jsou opatřeny dělicími přepážkami (6. 6.1) ohřátého média a na konci umístěná chladicí komora (8) s chladicí zónou (5.3) příslušející hlavní vstupní části (9) a na konci umístěné vícestupňové kompresorové jednotky (3) a hlavní výstupní části (10) na konci umístěné vícestupňové expanzní jednotky (3.1) je opatřena dělicí přepážkou (6.2) ochlazeného média a přičemž na počátku umístěná ohřívací zóna (5) příslušející hlavnímu výstupu (1.2.1) na počátku umístěné vícestupňové kompresorové jednotky (1) a hlavnímu vstupu (1.3.1) na počátku umístěné vícestupňové expanzní jednotky (1.1) je opatřena externím zdrojem (7) tepla, s
    2. Kaskádový tepelný motor podle nároku I, v y z n á č u j i c í se t í m , že ohřívací zóny (5,
    5.1. 5.2) jsou opatřeny soustavou (11, 11.1, 11.2) tepelných trubic.
  3. 3. Kaskádový tepelný motor podle nároků 1 a 2, v y z n a č u j í c í se t í m , že ohřívací o zóna (5) je opatřena fokusaěním polem (12) elektromagnetického záření.
CZ20032570A 2003-09-23 2003-09-23 Kaskádový tepelný motor CZ299675B6 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20032570A CZ299675B6 (cs) 2003-09-23 2003-09-23 Kaskádový tepelný motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20032570A CZ299675B6 (cs) 2003-09-23 2003-09-23 Kaskádový tepelný motor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ20032570A3 CZ20032570A3 (cs) 2005-05-18
CZ299675B6 true CZ299675B6 (cs) 2008-10-15

Family

ID=34529432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20032570A CZ299675B6 (cs) 2003-09-23 2003-09-23 Kaskádový tepelný motor

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ299675B6 (cs)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ9902842A3 (cs) * 1999-08-10 2001-03-14 Jiří Ing. Frolík Vícestupňový rotační kompresor s oběžnými křídly
CZ290720B6 (cs) * 1995-06-07 2002-10-16 Tractech Inc. Závěrný diferenciál s hydraulicky ovládaným uzavíracím členem
CZ20011004A3 (cs) * 2001-03-20 2002-11-13 Jiří Ing. Frolík Vícestupňová rotační expansní pohonná jednotka
CZ20011121A3 (cs) * 2001-03-27 2002-11-13 Jiří Ing. Frolík Kompaundní pohonná jednotka

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ290720B6 (cs) * 1995-06-07 2002-10-16 Tractech Inc. Závěrný diferenciál s hydraulicky ovládaným uzavíracím členem
CZ9902842A3 (cs) * 1999-08-10 2001-03-14 Jiří Ing. Frolík Vícestupňový rotační kompresor s oběžnými křídly
CZ20011004A3 (cs) * 2001-03-20 2002-11-13 Jiří Ing. Frolík Vícestupňová rotační expansní pohonná jednotka
CZ20011121A3 (cs) * 2001-03-27 2002-11-13 Jiří Ing. Frolík Kompaundní pohonná jednotka

Also Published As

Publication number Publication date
CZ20032570A3 (cs) 2005-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2308103C2 (ru) Способ и устройство для производства электроэнергии на основе тепла, выделяемого в активной зоне, по меньшей мере, одного высокотемпературного ядерного реактора
JP6702636B2 (ja) 動力発生システムおよび動力を発生させるための方法
RU2719413C2 (ru) Системы с замкнутым регенеративным термодинамическим циклом выработки электроэнергии и способы их работы
US8887503B2 (en) Recuperative supercritical carbon dioxide cycle
EP3746648B1 (en) Energy storage device and system
US3982378A (en) Energy conversion device
KR20100099129A (ko) 극저온 냉각 방법 및 장치
US10526925B2 (en) Supercritical CO2 generation system for series recuperative type
US10400636B2 (en) Supercritical CO2 generation system applying plural heat sources
US4052260A (en) Method of operating a nuclear-power-generating installation with closed gas cycle and plant operated by this method
US3877515A (en) Temperature-control system with rotary heat exchangers
CN102918250B (zh) 一种使用斯特林循环的能量转换器
Weatherston et al. The energy exchanger, a new concept for high-efficiency gas turbine cycles
US4036020A (en) Method and apparatus for producing a directed, high-velocity stream of compressible fluid
EP3008298B1 (en) Arrangement and method for the utilization of waste heat
WO2019129742A1 (en) Energy conversion device
KR101999811B1 (ko) 초임계 랭킨 사이클 기반의 열기관 및 이 열기관의 동작방법
CZ299675B6 (cs) Kaskádový tepelný motor
CN212130569U (zh) 基于集成冷却系统的超临界二氧化碳膨胀机
JP6712672B1 (ja) 超臨界co2ガスを用いた発電装置及び発電システム
CZ13795U1 (cs) Kaskádový tepelný motor
CN111226042B (zh) 离心压缩装置和方法、制冷机
RU97121547A (ru) Способ эксплуатации энергетической установки и установки для его осуществления
Gampe et al. Concept and preliminary design of a 600 C+ sCO2 test facility
RU2027124C1 (ru) Установка для утилизации энергии газа на подземном хранилище газа

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20030923