CZ36888U1

CZ36888U1 - Thermal steam engine

Info

Publication number: CZ36888U1
Application number: CZ2022-40453U
Authority: CZ
Inventors: Petr Capoušek; Pavel ÄŚinÄŤura; Pavel Činčura; Zdeněk Lochmann; Zbyněk Špaček
Original assignee: Petr Capoušek; Pavel Činčura; Zdeněk Lochmann; Zbyněk Špaček
Priority date: 2022-10-07
Filing date: 2022-10-07
Publication date: 2023-03-14

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.In the registration procedure, the Industrial Property Office does not determine whether the subject of the utility model meets the conditions of eligibility for protection according to § 1 of Act. E. 478/1992 Coll.

Tepelný parní motorThermal steam engine

Oblast technikyField of technology

Technické řešení se týká tepelného parního motoru s vnější dodávkou tepla Q, jehož pracovní látkou je kapalina a její pára a pracuje v dokonalém uzavřeném parním cyklu.The technical solution concerns a thermal steam engine with external heat supply Q, whose working substance is a liquid and its steam and works in a perfect closed steam cycle.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

V současnosti jsou známy různé parní stroje a motory kde je pracovní látkou vodní pára či páry jiných kapalných látek. Nevýhodou současných parních strojů a motorů je to, že pracují ve značně nedokonalém parním cyklu, a to je důvod toho, že jejich praktická účinnost je velmi nízká a nedosahuje ani poloviny teoreticky maximálně dosažitelné účinnosti mezi dvěma danými teplotami.Currently, various steam engines and engines are known where the working substance is water vapor or vapors of other liquid substances. The disadvantage of current steam engines and engines is that they work in a very imperfect steam cycle, and this is the reason that their practical efficiency is very low, not even half of the theoretical maximum efficiency that can be achieved between two given temperatures.

Úkolem předkládaného technického řešení je pomocí speciálního parního cyklu zvýšit výrazným způsobem praktickou účinnost pomocí přizpůsobené konstrukce parního motoru.The task of the presented technical solution is to use a special steam cycle to significantly increase the practical efficiency by means of an adapted design of the steam engine.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Tento úkol je řešen tepelným parním motorem, podle technického řešení, který pracuje v sestrojeném parním cyklu, který sestává z izochorického děje, kdy je dodáno pracovní látce v kotli teplo Q, čímž se zvýší její teplota na T1 a tlak p1, dále z izobarického děje, kde je pára z kotle přivedena do izobarického stroje, kde vykoná práci Wizobar, přičemž izobarický stroj má i funkci šoupátka, a odtud je souběžně přesunuta do izotermického stroje, kde se rozpíná izotermicky, tedy za stálé teploty, tak dlouho, až její tlak poklesne z tlaku p1 na tlak p. Přitom je do stroje dodáno další teplo Q, které vykoná izotermickou práci Wizoterm, na konci izotermického rozpínání poklesne její tlak, avšak teplota v ideálním případě zůstane přibližně stejná. Souběžně s konáním práce Wizoterm probíhá ve stroji i děj izobarický, kdy je pára izobaricky, tedy za stálého tlaku p, stlačována přes protiproudý tepelný výměník do chladiče, přitom předá většinu svého měrného tepla Cv protiproudící kapalné pracovní látce, včetně většiny tepla, ve které se přeměnila daná izobarická práce, přičemž zbylé teplo je odebráno izochoricky v chladiči. Přitom poklesne teplota pracovní látky na teplotu T, a souběžně je kapalná pracovní látka přiváděná z chladiče do čerpadla stlačena izobaricky, tedy za stálého tlaku p1, přes zpětný ventil a protiproudý tepelný výměník vracena zpět do kotle. Tím je celý termodynamický kontinuální cyklus, kde všechny děje jdou za sebou, tedy děj izochorický, děj izobarický dále děj izotermický, děj izobarický, děj izochorický a děj izobarický, ukončen.This task is solved by a thermal steam engine, according to the technical solution, which works in an engineered steam cycle, which consists of an isochoric process, when heat Q is supplied to the working substance in the boiler, thereby increasing its temperature to T1 and pressure p1, further from an isobaric process , where the steam from the boiler is fed to the isobaric machine, where the Wizobar will do the work, while the isobaric machine also has the function of a slide valve, and from there it is simultaneously moved to the isothermal machine, where it expands isothermally, i.e. at a constant temperature, until its pressure drops from pressure p1 to pressure p. At the same time, additional heat Q is supplied to the machine, which performs isothermal work Wizoterm, at the end of isothermal expansion its pressure drops, but the temperature ideally remains approximately the same. Simultaneously with the operation of the Wizoterm, an isobaric process takes place in the machine, when the steam is isobarically, i.e. at a constant pressure p, compressed through a countercurrent heat exchanger into the cooler, while transferring most of its specific heat Cv to the countercurrent liquid working substance, including most of the heat in which converted isobaric work given, with the remaining heat being removed isochorically in the cooler. At the same time, the temperature of the working substance drops to temperature T, and at the same time, the liquid working substance supplied from the cooler to the pump is isobarically compressed, i.e. at a constant pressure p1, through the non-return valve and the countercurrent heat exchanger, and is returned back to the boiler. This completes the entire thermodynamic continuous cycle, where all events follow one another, i.e., isochoric event, isobaric event, then isothermal event, isobaric event, isochoric event, and isobaric event.

Tepelný parní motor sestává z teplo odebírajícího úseku o vyšší teplotě T1 do kterého je dodáváno teplo Q a teplo odvádějícího úseku s nižší teplotou T, odkud je odváděno teplo Q1.The heat steam engine consists of a heat-receiving section with a higher temperature T1, to which heat Q is supplied, and a heat-dissipating section with a lower temperature T, from which heat Q1 is removed.

V teplo odebírajícím úseku je uložen kotel s kapalnou pracovní látkou, ve kterém je pracovní látka ohřívána na danou teplotu T1, a pára z kotle je přiváděna potrubím přes škrticí ventil, kterým se řídí otáčky motoru, do izobarického hydrostatického rotačního stroje, který je spojen hřídelí s izotermickým hydrostatickým rotačním strojem, přičemž pára proteče za stálého tlaku izobarickým hydrostatickým rotačním strojem, a přitom vykoná izobarickou práci Wizobar. Protože oba stroje pracují ve dvojčinném provedení, je souběžně celý objem páry o tlaku p1 přesunut do izotermického hydrostatického rotačního stroje. Pracovní objem izobarického hydrostatického rotačního stroje je nastaven tak, aby se dané množství páry přesunuté do izotermického stroje tam rozpínalo tak dlouho, až tlak páry poklesne z tlaku p1 na tlak p. Tedy izobarický stroj pracuje zároveň jako dvojčinné šoupátko, takže tepelný parní motor pracuje ve dvojčinném provedení a nepotřebuje být vybaven samostatným šoupátkem, ani příslušnými rozvody k jeho řízení.In the heat-removing section, a boiler with a liquid working substance is stored, in which the working substance is heated to a given temperature T1, and the steam from the boiler is fed through a pipe through a throttle valve, which controls the speed of the engine, to an isobaric hydrostatic rotary machine, which is connected by a shaft with an isothermal hydrostatic rotary machine, whereby the steam flows at constant pressure through an isobaric hydrostatic rotary machine, while doing the isobaric work of the Wizobar. Since both machines work in a double-acting design, the entire volume of steam with pressure p1 is simultaneously moved to the isothermal hydrostatic rotary machine. The working volume of the isobaric hydrostatic rotary engine is set so that the given amount of steam moved to the isothermal engine expands there until the steam pressure drops from the pressure p1 to the pressure p. Thus, the isobaric engine works at the same time as a double-acting valve, so that the thermal steam engine works in double-acting design and does not need to be equipped with a separate slide valve or the relevant distributions for its control.

- 1 CZ 36888 U1- 1 CZ 36888 U1

Pára je přesunuta do izotermického hydrostatického rotačního stroje a zde se rozpíná izotermicky a vykoná práci Wizoterm na úkor dodaného tepla Q, která je odebírána z hřídele motoru.The steam is moved to an isothermal hydrostatic rotary engine and here it expands isothermally and does Wizoterm work at the expense of the supplied heat Q, which is taken from the motor shaft.

Z izotermického hydrostatického rotačního stroje je pára vedena potrubím přes protiproudý tepelný výměník, kde předá většinu svého měrného tepla Cp protiproudící kapalné pracovní látce a je izobaricky stlačena do chladiče v teplo odebírajícím úseku, kde je jí odebráno i skupenské teplo varu lv a pára zkapalní.From the isothermal hydrostatic rotary machine, the steam is piped through a counter-flow heat exchanger, where it transfers most of its specific heat Cp to the counter-flowing liquid working substance and is isobarically compressed into a cooler in the heat-removing section, where the heat of boiling lv is also removed from it and the steam liquefies.

Současně je z chladiče kapalná pracovní látka přivedena potrubím do čerpadla, které je spojeno hřídelí přes termoizolační spojku s hřídelí izobarického hydrostatického rotačního stroje, a z čerpadla je vedena potrubím přes zpětný ventil a protiproudý tepelný výměník, kde odebere měrné teplo protiproudící páře Cp, a je vracena do kotle.At the same time, the liquid working substance is fed from the cooler through a pipeline to the pump, which is connected by a shaft through a thermo-insulating coupling to the shaft of the isobaric hydrostatic rotary machine, and from the pump it is led through a pipeline through a non-return valve and a counter-flow heat exchanger, where it takes the specific heat of the counter-flow steam Cp, and is returned into the boiler.

Výhodou dokonalého tepelného parního motoru je to, že jako pracovní látku lze použít vodu, ale i jiné pracovní látky jako kapalné plyny, kde potom může parní motor efektivně pracovat i s malými rozdíly teplot.The advantage of a perfect thermal steam engine is that water can be used as a working substance, but also other working substances such as liquid gases, where the steam engine can then work efficiently even with small temperature differences.

Další výhodou je to, že motor pracuje ve výrazně dokonalejším termodynamickém cyklu, než je tomu u současných parních strojů a motorů, a dosahuje tak výrazně lepší praktické účinnosti mezi dvěma danými teplotami.Another advantage is that the engine operates in a significantly more perfect thermodynamic cycle than current steam engines and engines, achieving significantly better practical efficiency between two given temperatures.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Technické řešení bude objasněno výkresem konkrétního příkladu tepelného parního motoru, kde obr. 1 znázorňuje schématické uspořádání celého motoru.The technical solution will be clarified by a drawing of a specific example of a thermal steam engine, where Fig. 1 shows the schematic arrangement of the entire engine.

Příklad uskutečnění technického řešeníAn example of the implementation of a technical solution

Tepelný parní motor dle zobrazeného příkladného provedení sestává z teplo odebírajícího úseku 10 o vyšší teplotě T1, do kterého je dodáváno teplo Q, a z teplo odvádějícího úseku 11 s nižší teplotou T, odkud je odváděno teplo Q1.The heat steam engine according to the exemplary embodiment shown consists of a heat-receiving section 10 with a higher temperature T1, to which heat Q is supplied, and a heat-dissipating section 11 with a lower temperature T, from which heat Q1 is removed.

V teplo odebírajícím úseku 10 je uložen kotel 1 s kapalnou pracovní látkou, ve kterém je pracovní látka ohřívána na danou teplotu T1, a pára z kotle 1 je přiváděna potrubím přes škrticí ventil 7, kterým se řídí otáčky parního motoru, do izobarického hydrostatického rotačního stroje 3, který je spojen hřídelí s izotermickým hydrostatickým rotačním strojem 4, pára proteče za stálého tlaku izobarickým hydrostatickým rotačním strojem 3 a přitom vykoná izobarickou práci Wizobar a odtud je potrubím přivedena do izotermického hydrostatického rotačního stroje 4 a zde se rozpíná izotermicky a vykoná práci Wizoterm na úkor dodaného tepla Q, která je odebírána z hřídele motoru. Z izotermického hydrostatického rotačního stroje 4 je pára vedena potrubím přes protiproudý tepelný výměník 9, kde předá většinu svého měrného tepla Cp protiproudící kapalné pracovní látce, a je izobaricky stlačena do chladiče 2 v teplo odvádějícím úseku 11, kde je jí odebráno i skupenské teplo varu lv, a pára zkapalní.In the heat-removing section 10, a boiler 1 with a liquid working substance is stored, in which the working substance is heated to a given temperature T1, and the steam from the boiler 1 is fed through a pipeline through a throttle valve 7, which controls the speed of the steam engine, into the isobaric hydrostatic rotary machine 3, which is connected by a shaft to the isothermal hydrostatic rotary machine 4, the steam flows under constant pressure through the isobaric hydrostatic rotary machine 3 and at the same time performs isobaric work Wizobar, and from there it is piped to the isothermal hydrostatic rotary machine 4 and here it expands isothermally and performs Wizoterm work on at the expense of the delivered heat Q, which is taken from the motor shaft. From the isothermal hydrostatic rotary machine 4, the steam is piped through the countercurrent heat exchanger 9, where it transfers most of its specific heat Cp to the countercurrent liquid working substance, and is isobarically compressed into the cooler 2 in the heat removal section 11, where the heat of boiling lv is also removed from it , and vapor liquefies.

Z chladiče 2 je kapalná pracovní látka přivedena potrubím do čerpadla 5, které je spojeno hřídelí přes termoizolační spojku 6 s hřídelí izobarického hydrostatického rotačního stroje 3, a z čerpadla 5 je vedena potrubím přes zpětný ventil 8 a protiproudý tepelný výměník 9, kde odebere měrné teplo Cp protiproudící páře, a je vracena do kotle 1.From the cooler 2, the liquid working substance is fed through a pipeline to the pump 5, which is connected by a shaft through a thermo-insulating coupling 6 to the shaft of the isobaric hydrostatic rotary machine 3, and from the pump 5 it is led through a pipeline through a non-return valve 8 and a countercurrent heat exchanger 9, where it takes the specific heat Cp counterflow steam, and is returned to boiler 1.

- 2 CZ 36888 U1- 2 CZ 36888 U1

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Tepelný parní motor bude mít širokou využitelnost, může být využit všude tam, kde nelze použít turbíny zejména tedy u malých a středních výkonů, dále k využití tepel s nízkým teplotním 5 rozdílem, získávání energie ze slunečního svitu a podobně.The thermal steam engine will have wide applicability, it can be used everywhere where turbines cannot be used, especially for small and medium outputs, also for using heat with a low temperature difference, obtaining energy from sunlight and the like.

Claims

1. A heat steam engine, consisting of a heat-removing section (10) with a higher temperature T1 and a pressure pl and a heat-removing section (11) with a lower temperature T and pressure p compared to the temperature T1 and pressurepl in the heat-removing section (10) , characterized in that the heat-removing section (10) is equipped with a boiler (1), a throttle valve (7), an isobaric hydrostatic rotary machine (3) and an isothermal hydrostatic rotary machine (4) and is connected by a pipeline to a counter-current heat exchanger (9 ) and a thermal insulation coupling (6) with a heat-dissipating section (11), which is equipped with a cooler (2), a pump (5) and a non-return valve (8), while the boiler (1) is connected by a pipe to a throttle valve (7), which is piped to the hydrostatic rotary machine (3), which is piped to the isothermal hydrostatic rotary machine (4), which is piped to the countercurrent heat exchanger (9), which is piped to the cooler (2), which is piped with the pump (5), which is connected by a pipe to the non-return valve (8), which is connected by a pipe to the counter-current heat exchanger (9), which is further connected to the boiler (1) by a pipe, and further, the pump (5) is connected by a shaft to thermal insulation coupling (3), isobaric hydrostatic rotary machine (3) and isothermal hydrostatic rotary machine (4).

2. Thermal steam engine according to claim 1, characterized in that the working substance is water or liquid substances such as liquid gases or their compounds.