LT6635B - The atmospheric cold steam engine and operating method thereof - Google Patents
The atmospheric cold steam engine and operating method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- LT6635B LT6635B LT2017522A LT2017522A LT6635B LT 6635 B LT6635 B LT 6635B LT 2017522 A LT2017522 A LT 2017522A LT 2017522 A LT2017522 A LT 2017522A LT 6635 B LT6635 B LT 6635B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- energy
- refrigerant
- heat
- circuit
- mechanical
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
- F01K25/08—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for using special vapours
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K11/00—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/02—Heat pumps of the compression type
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2339/00—Details of evaporators; Details of condensers
- F25B2339/04—Details of condensers
- F25B2339/047—Water-cooled condensers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
- F25B5/04—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in series
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
TECHNIKOS SRITISTECHNICAL FIELD
Išradimas priskirtinas energijos transformavimo mašinų kategorijai. Šiluminė energija paverčiama mechanine energija.The invention belongs to the category of energy transformation machines. Thermal energy is converted into mechanical energy.
TECHNIKOS LYGISBACKGROUND OF THE INVENTION
Šiuo metu pramonėje vyraujantys šiluminiai varikliai ir generatoriai transformuoja tik santykinai aukštų temperatūrų šiluminę energiją į mechaninę ar kitokią vartotojui priimtiną energiją. Žemų temperatūrų nuo (0°C iki 90°C) šiluminė energija dažniausiai išmetama į aplinką kaip atlieka. Beveik visi šiuolaikiniai šiluminiai varikliai dirba pagal Karno ciklą, t.y. dirba tam tikrame temperatūrų diapazone, kuris yra labai tolimas nuo naudojamos medžiagos - energijos nešėjos - fazinių virsmų temperatūrų. Aukštesnių temperatūrų šiluminė energija, kurią lengva transformuoti į kitas energijos rūšis, gaunama iš deginamo kuro cheminės energijos, o tai susiję su intensyviu aplinkos teršimu. Aplinka teršiama degimo procesų atliekomis ir šildoma išsiskiriančia pertekline šiluma. Šios ekologinės problemos yra žinomos ir įvairiais būdais sprendžiamos, tačiau nepakankamai efektyviai.The prevailing heat motors and generators in the industry currently transform only relatively high temperature heat energy into mechanical or other consumer-acceptable energy. At low temperatures (0 ° C to 90 ° C), thermal energy is usually released into the environment as waste. Almost all modern thermal motors operate according to the Carnot cycle, i. operates in a certain temperature range, which is very far from the phase transition temperatures of the material used - energy carrier. Higher-temperature thermal energy, which is easily transformed into other forms of energy, is derived from the chemical energy of the fuel being burned, which is associated with intense environmental pollution. The environment is polluted by waste from combustion processes and heated by excess heat released. These ecological problems are known and solved in various ways, but not effectively enough.
Kitaip veikia šilumos siurbliai. Labiausiai paplitę yra kompresoriniai šilumos siurbliai. Šilumos siurblys surenka žemos temperatūros šiluminę energiją ir sukoncentruoja ją, paversdamas aukštesnės temperatūros šilumine energija. Šiam darbui atlikti naudoja mechaninę energiją, kuri savo ruožtu transformuojama iš elektros energijos. Šilumos siurbliai kaip mechanizmai unikalūs tuo, kad sunaudoja keletą kartų mažiau energijos, nei jos surenka iš aplinkos ir sukoncentruoja. Tai tampa įmanoma, nes šilumos siurbliuose išnaudojama medžiagos fazinių virsmų šiluma - medžiaga cikliškai keičiama iš skystosios fazės j dujinę ir atgal. Tačiau ir šilumos siurbliai turi vieną, bet pagrindinį trūkumą: kaip produktą vartojimui pateikia šiluminę energiją, kuri, vis dėlto, yra nepakankamos kokybės, t.y. nepakankamai aukštos temperatūros, kad ją būtų galima efektyviai transformuoti j kitas energijos rūšis, kurios yra daug paklausesnės, pvz. mechaninę ar elektros. Yra žinomi kelių pakopų šilumos siurbliai, kurių galutinis produktas yra santykinai aukštos temperatūros šiluminė energija, tačiau tokie šilumos siurbliai praranda prasmę, nes netenka pagrindinio savo pranašumo: absorbuoti aplinkoje ir pateikti vartotojui ženkliai daugiau energijos, nei sunaudoja savo darbo proceso palaikymui.Heat pumps work differently. The most common are compressor heat pumps. The heat pump collects low-temperature heat energy and concentrates it, converting it to higher-temperature heat energy. It uses mechanical energy to do this work, which in turn is transformed from electricity. Heat pumps are unique as mechanisms in that they consume several times less energy than they collect and concentrate from the environment. This becomes possible because heat pumps use the heat of the phase transformations of the material - the material is cyclically changed from the liquid phase to the gas and back. However, heat pumps also have one but the main drawback: as a product they supply heat energy for consumption, which, however, is of insufficient quality, i. temperature is not high enough to be efficiently transformed into other forms of energy that are much more in demand, e.g. mechanical or electrical. There are known multi-stage heat pumps whose final product is relatively high temperature heat energy, but such heat pumps lose their meaning because they lose their main advantage: to absorb in the environment and provide the consumer with significantly more energy than they use to support their work process.
Patentuojamas sprendimas, kaip, išnaudojant šilumos siurblio unikalias savybes, jo sukoncentruotą šiluminę energiją panaudoti medžiagos - šaltnešio skysčio, tinkamai parinkto pagal fazinių virsmų temperatūras bei savitąją ir savitąją garavimo šilumas - agregatinių būsenų pakeitimui, inspiruojant tūrių ir slėgių pokyčius, o pastaruosius panaudoti mechaninės energijos generavimui. Kitaip tariant, - žematemperatūrę aplinkos ar atliekinę šiluminę energiją paversti naudinga mechanine energija.Patented solution for using the heat pump's unique properties to use its concentrated heat energy to change the physical state of the material - refrigerant, properly selected according to the phase transition temperatures and specific and specific evaporative heat, to inspire changes in volumes and pressures . In other words, to convert low-temperature ambient or waste heat into useful mechanical energy.
Yra žinomas ne vienas bandymas sukurti panašius prietaisus, tačiau daugelis prietaisų turi nemažai trūkumų, kelia abejonių deklaruojami parametrai ar net kvestionuotinas pats veikimo principas: pavyzdžiui, patento paraiškoje CN 1180790 aprašytas prietaisas iš esmės negali veikti nuolatiniu nenutrūkstamu režimu. Šaltnešis skystis negali toje pat temperatūroje ir tame pat slėgyje cikliškai keisti agregatinę būseną, t.y. keisti, nesant sąlygų pokyčių, pvz. šilumos nutekėjimo ar pritekėjimo. Prietaisas veiks t.y. gamins mechaninę energiją tik tol, kol visos suskystintos dujos, naudodamos aplinkos šilumą, iš rezervuaro išgaruos ir slėgiai bei temperatūros susivienodins. Panašus prietaisas aprašytas patento paraiškoje CN1181461: tai taip pat trumpalaikio veikimo prietaisas. Šilumos siurbliu pašildytas skystis nukreipiamas dar „paimti“ šilumos iš aplinkos, bet po kurio laiko prietaiso šiltojo šilumos siurblio kontūro temperatūra taps aukštesnė už aplinkos temperatūrą ir energijos mainai nebevyks. Galbūt padėtį šiame prietaise gelbėtų dalinis šiltojo kontūro šilumos atidavimas atgal į aplinką, bet autoriai to nenaudoja, todėl prietaiso veikimas trumpalaikis, ciklai nesikartos.Many attempts to develop similar devices are known, but many devices have a number of shortcomings, the declared parameters are questionable or even the principle of operation itself is questionable: for example, the device described in CN 1180790 cannot in principle operate in continuous continuous mode. The refrigerant fluid cannot cyclically change the physical state at the same temperature and pressure, i. change in the absence of changes in conditions, e.g. heat leakage or inflow. The device will work i.e. will produce mechanical energy only until all the liquefied gases have evaporated from the tank using ambient heat and the pressures and temperatures have leveled off. A similar device is described in patent application CN1181461: it is also a short-acting device. The liquid heated by the heat pump is directed to "take" heat from the environment, but after a while the temperature of the device's warm heat pump circuit will become higher than the ambient temperature and energy exchange will no longer take place. Perhaps the situation in this device would be saved by the partial transfer of warm circuit heat back to the environment, but the authors do not use it, so the operation of the device is short-lived, cycles will not be repeated.
Prietaisas patento paraiškoje CH647590 veikia pagal tiesioginį Karno ciklą: šiam aparatui reikia dviejų terpių, šiltos ir šaltos, veikia tradiciškai: kaitaliojant terpes sukeliamas slėgių skirtumas, realizuojamas tiesioginis Karno ciklas, tokiu būdu gaunama mechaninė energija, tačiau, esant santykinai mažiems temperatūrų pokyčiams, mechaninės energijos gaunama santykinai labai mažai. Patento paraiškoje DE3001315 pateiktas principas ir viena iš galimų realizuoti konstrukcijų: prietaisas naudoja aplinkos energiją ir dalį jos gali keisti į mechaninę energiją. Skiriasi nuo teikiamo tuo, kad čia naudojamas tik vienas šaltnešis skystis, kuris cirkuliuoja per kompresorių ir turbiną, o tai visai kitoks mechaninės energijos gavimo būdas nei membrana ir atmosferinis slėgis, be to, nėra išnaudojama dujų kondensacija j skystį, todėl tik labai nedidelė šiluminės energijos dalis virs mechanine, kitaip tariant, neįmanomas reikšmingesnis mechaninės energijos kompensavimas šilumine energija.The device in patent application CH647590 operates according to a direct Carnot cycle: this device requires two media, warm and cold, operates traditionally: changing the pressure causes a pressure difference, realizes a direct Carno cycle, thus obtaining mechanical energy, but with relatively small temperature changes, mechanical energy relatively little is obtained. Patent application DE3001315 contains a principle and one of the possible constructions: the device uses environmental energy and can convert part of it into mechanical energy. It differs from the present one in that only one refrigerant liquid is used, which circulates through the compressor and the turbine, which is a completely different way of obtaining mechanical energy than the membrane and atmospheric pressure, and does not use gas condensation in the liquid, so only very little thermal energy. part will become mechanical, in other words, more significant compensation of mechanical energy with thermal energy is not possible.
Patento paraiškoje DE102010049337 aprašytas įrenginys dirba ne atvirkštiniu, bet tiesioginiu Karno ciklu, naudoja ženkliai aukštesnės temperatūros šilumą, kurią kaip perteklinę išmeta, pavyzdžiui, vidaus degimo variklis. Pagrindinis skirtumas, kad prietaise atmosferinė aplinka naudojama ne kaip šilumos šaltinis, bet kaip aušintuvas.The device described in patent application DE102010049337 operates in a direct Carnot cycle instead of in reverse, using significantly higher temperature heat, which is emitted as excess, for example by an internal combustion engine. The main difference is that the device uses the atmospheric environment not as a heat source, but as a cooler.
Patento paraiškoje FR2547399 aprašytas prietaisas, panašus į patentuojamą, t.y. dirba atvirkštiniu Karno ciklu, konvertuoja dalį aplinkos energijos j mechaninę, tačiau skiriasi tuo, kad čia vienas kontūras, juo cirkuliuoja dujos, kurios išlieka dujinėje fazėje, t.y. nėra fazinių virsmų, o tuo pačiu neišnaudojama ir fazinių virsmų šiluma ir tūrių bei slėgių pokyčiai. Be to, kelia abejonių pritaikomumas, nes net idealiu atveju neskaitant nuostolių, kiek energijos atiduodama aplinkai, tiek iš jos paimama, balansas nulinis.Patent application FR2547399 describes a device similar to the patented one, i. works in the reverse Carn cycle, converts part of the ambient energy to mechanical, but differs in that here one circuit circulates with it the gas that remains in the gas phase, i. there are no phase transformations, and at the same time the heat of phase transformations and changes in volumes and pressures are not utilized. In addition, the applicability is questionable, because even ideally, apart from the losses, how much energy is given to and taken from the environment, the balance is zero.
Kitoje patento paraiškoje RU2132470 aprašyto įrenginio veikimo principas taip pat iš esmės labai panašus į teikiamo prietaiso: išgaruojant šaltnešiui skysčiui, paimama šiluminė energija iš aplinkos, sugėrus pakankamai energijos pakyla slėgis, kuris ir atlieka mechaninį darbą. Problema tame, kad neaprašytas atgalinio dujų (patento paraiškoje kaip pavyzdys pateiktas helis, azotas ir pan.) sugrąžinimas į skystą būvį. Neįtikinamai atrodo patento paraiškos autorių teiginys, kad dujos j skystį kondensuosis savaime, atlikusios išsiplėtimo darbą, nes reikia nepamiršti, kad azoto suskystėjimo temperatūra žemesnė negu -195°C (helio apskritai artima absoliučiam nuliui pagal Kelviną), todėl suskystinimas aplinkos temperatūroje negalės realizuotis, procesas nebus tolydus, kaip kad teigia autoriai (schemoje neparodytas įdedamas darbas suskystinimui ir šilumos nuvedimas iš šio proceso etapo). Aprašoma schema nedetalizuota, nepateiktas nei vienas išpildymo variantas, todėl sunku spręsti apie veikimo niuansus. Galimai, kaip ir patento paraiškoje CN1180790, prietaisas veiks tik tol, kol visos suskystintos dujos, imdamos energiją iš aplinkos, pakeis agregatinę būseną iš skystos į dujinę.The principle of operation of the device described in another patent application RU2132470 is also essentially very similar to the device provided: when the refrigerant liquid evaporates, thermal energy is taken from the environment, and when sufficient energy is absorbed, the pressure rises, which performs mechanical work. The problem is that the return of gas (liquid, helium, nitrogen, etc., as an example in the patent application) to the liquid state is not described. The claim of the patent applicants that the gas will condense into the liquid automatically after the expansion work seems unconvincing, as it should be borne in mind that the nitrogen liquefaction temperature is below -195 ° C (helium is generally close to absolute Kelvin), so liquefaction at ambient temperature will not be possible. will not be continuous, as the authors claim (the diagram does not show the work to be liquefied and heat dissipation from this stage of the process). The described scheme is not detailed, no implementation options are provided, so it is difficult to judge the nuances of operation. Possibly, as in patent application CN1180790, the device will only operate until all the liquefied gas, taking energy from the environment, changes state from a liquid to a gaseous state.
Apibendrinant šiuos bandymus sukurti įrenginius, konvertuojančius žematemperatūrę šiluminę energiją į mechaninę energiją, galima suskirstyti juos į tris grupes:Summarizing these attempts to develop devices that convert low-temperature thermal energy to mechanical energy, they can be divided into three groups:
1) įrenginiai, veikiantys pagal tiesioginį Karno ciklą ir iš nedidelių temperatūrų skirtumų išgaunantys slėgio skirtumus bei konvertuojantys juos j mechaninę energiją;1) equipment operating according to the direct Carnot cycle and extracting pressure differences from small temperature differences and converting them into mechanical energy;
2) įrenginiai, užpildomi suskystintomis dujomis ir generuojantys mechaninę energiją tik tol, kol visos dujos, naudodamos aplinkos šilumą, išgaruos;2) installations filled with liquefied gas and generating mechanical energy only until all the gas has evaporated using ambient heat;
3) įrenginiai, analogiškai šilumos siurbliams, koncentruojantys aplinkoje sukauptą šiluminę energiją ir ją vienaip ar kitaip konvertuojantys j mechaninę energiją. Todėl pagrindiniu teikiamo išradimo prototipu reikėtų laikyti patento paraišką DE3001315. Teikiamas nuo pastarojo skiriasi tuo, kad naudojami ne vienas, bet du šaltnešiai skysčiai, bei kitoks, energetiniu požiūriu žymiai ekonomiškesnis mechaninės energijos gavimo iš šilumos būdas.3) devices, analogous to heat pumps, which concentrate the heat energy stored in the environment and convert it in one way or another into mechanical energy. Therefore, the main prototype of the present invention should be considered patent application DE3001315. It differs from the latter in that not one but two refrigerants are used, as well as another, much more energy-efficient way of obtaining mechanical energy from heat.
IŠRADIMO ESMĖSUMMARY OF THE INVENTION
Šio išradimo atmosferinio slėgio šaltojo garo variklio veikimo principas pagrįstas medžiagų savybe, pereinant fazines būsenas, pvz. iš skystosios į dujinę ir atvirkščiai, absorbuoti arba išskirti šiluminę energiją. Taip pat pagrįstas medžiagų savybe, keičiant agregatinę būseną, ženkliai keisti užimamą tūrį. Veikimo principo esmę sudaro iš aplinkos absorbuotos ir koncentruotos šilumos pagalba per darbinės medžiagos išgarinimą nugalimas atmosferos slėgis, o sukondensavus šią medžiagą, atmosferinis slėgis transformuoja suteiktą medžiagai šiluminę energiją į mechaninę energiją. Energijos absorbavimo ir koncentravimo procesas tolydus, o transformavimo į mechaninę energiją - cikliškas.The operating principle of the atmospheric pressure cold steam engine of the present invention is based on the property of the materials in transition to phase states, e.g. from liquid to gaseous and vice versa, to absorb or emit thermal energy. Also based on the property of materials, by changing the physical state, significantly change the volume occupied. The essence of the operating principle consists in overcoming the atmospheric pressure by evaporating the working material with the help of heat absorbed and concentrated from the environment, and after condensing this material, the atmospheric pressure transforms the thermal energy given to the material into mechanical energy. The process of energy absorption and concentration is continuous, and the transformation into mechanical energy is cyclical.
Išradimo tikslas - praplėsti šilumos siurblio galimybes, jame iš aplinkos (oro, vandens, grunto, gamybos procesų šalutinių produktų ar kt.) surinktą ir sukoncentruotą šiluminę energiją paverčiant mechanine energija. Gautoji mechaninė energija gali būti panaudota to paties šilumos siurblio kompresoriaus darbui (tai ženkliai sumažintų energijos sąnaudas ir padidintų efektyvumą) arba transformuojama į kitą energijos rūšį (elektros energiją ar kt.) ir naudojama išorės vartotojų pagal poreikį.The aim of the invention is to expand the possibilities of a heat pump by converting the heat energy collected and concentrated in it from the environment (air, water, soil, by-products of production processes, etc.) into mechanical energy. The resulting mechanical energy can be used to run the same heat pump compressor (which would significantly reduce energy consumption and increase efficiency) or transformed into another type of energy (electricity, etc.) and used by external users as needed.
TRUMPAS BRĖŽINIŲ PAVEIKSLŲ APRAŠYMAS pav. pateikta atmosferinio slėgio šaltojo garo variklio konstrukciją ir veikimo principą iliustruojanti schema;BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. a diagram illustrating the construction and principle of operation of an atmospheric pressure cold steam engine is provided;
pav. pateikta energetinio balanso schema, iliustruojanti tris alternatyvius išradimo realizavimo variantus: 1) kai iš aplinkos absorbuota šiluma ir pridėta mechaninė energija sunaudojama tik mechaninės energijos generavimui ir tiekiama vartotojui, o perteklinė šiluminė energija sugrąžinama varikliui; 2) kai dalis mechaninės energijos sugrąžinama varikliui (tiek, kiek reikia variklio mazgų aprūpinimui mechanine energija), likusi tiekiama vartotojui, o perteklinė šiluminė energija sugrąžinama varikliui; 3) kai realizuojamas pirmas arba antras variantas, tačiau perteklinė šiluminė energija tiekiama vartotojui.fig. an energy balance diagram illustrating three alternative embodiments of the invention is provided: 1) when the heat absorbed from the environment and the added mechanical energy are used only for the generation of mechanical energy and supplied to the consumer, and the excess thermal energy is returned to the engine; 2) when part of the mechanical energy is returned to the engine (to the extent necessary to supply the engine units with mechanical energy), the rest is supplied to the consumer and the excess thermal energy is returned to the engine; 3) when the first or second variant is realized, but the excess thermal energy is supplied to the consumer.
IŠSAMUS IŠRADIMO APRAŠYMASDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Toliau išradimas bus aprašytas išsamiau su nuoroda į pridedamus paveikslus, kuriuose atitinkamų elementų atitinkamos nuorodos reiškia: 1 - pirmojo šaltnešio skysčio šaltasis kontūras šiluminės energijos absorbavimui iš aplinkos; 2 kompresorius; 3 - sukoncentruotos šiluminės energijos kontūras; 4 - išsiplėtimo vožtuvas; 5 - šilumokaitis tarp pirmojo ir antrojo šaltnešių skysčių; 6 - antrojo šaltnešio skysčio garintuvas; 7 - vožtuvas tarp antrojo šaltnešio skysčio rezervuaro ir garintuvo; 8 - antrojo šaltnešio skysčio rezervuaras; 9 - vožtuvas; 10 - antrojo šaltnešio skysčio išsiplėtimo-kondensavimosi ertmė; 11 - alkūninis velenas ir smagratis (mechaninės energijos išėjimo grandis); 12 - membrana; 13 - vienpusis vožtuvas; 14 - purkštukas emulgatorius; 15 - antrojo šaltnešio skysčio garų vožtuvas; 16-siurblys.In the following, the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which the respective references of the respective elements mean: 1 - a cold circuit of the first refrigerant liquid for absorbing thermal energy from the environment; 2 compressors; 3 - circuit of concentrated thermal energy; 4 - expansion valve; 5 - heat exchanger between the first and second refrigerant fluids; 6 - second refrigerant liquid evaporator; 7 - valve between the second refrigerant liquid tank and the evaporator; 8 - second refrigerant liquid tank; 9 - valve; 10 - expansion-condensation cavity of the second refrigerant liquid; 11 - crankshaft and flywheel (mechanical energy output circuit); 12 - membrane; 13 - one-way valve; 14 - nozzle emulsifier; 15 - second refrigerant liquid vapor valve; 16-pump.
Šio išradimo atmosferinio slėgio šaltojo garo variklio veikimo principo esmę sudaro iš aplinkos absorbuotos ir koncentruotos šilumos pagalba per darbinės medžiagos išgarinimą nugalimas atmosferos slėgis, o sukondensavus šią medžiagą, atmosferinis slėgis transformuoja suteiktą medžiagai šiluminę energiją j mechaninę energiją. Energijos absorbavimo ir koncentravimo procesas tolydus, o transformavimo į mechaninę energiją - cikliškas.The principle of operation of the atmospheric pressure cold steam engine of the present invention consists in overcoming the atmospheric pressure by evaporating the working material by means of heat absorbed and concentrated from the environment, and condensing this material, the atmospheric pressure transforms the thermal energy given to the material into mechanical energy. The process of energy absorption and concentration is continuous, and the transformation into mechanical energy is cyclical.
Variklio veikimą galima apibūdinti, išskiriant keturis pagrindinius proceso etapus ir kartu konstrukcinius mazgus bei du juose cirkuliuojančius šaltnešius skysčius. Pirmame etape, konstrukciniame mazge-kontūre 1, užpildytame pirmuoju šaltnešių skysčiu, kompresoriumi 2 palaikomas žemas slėgis, ir šis skystis, analogiškai šaltnešiui skysčiui šilumos siurbliuose, išgaruoja, garavimui naudoja savo ir aplinkinių konstrukcijų šiluminę energiją, o trūkumą absorbuoja iš aplinkos. Šiame etape sudaromos sąlygos skysčiui maksimaliai sąveikauti šiluminiais mainais per kontūrą 1 su aplinka. Pirmojo šaltnešio skysčio savybės labai artimos įprastiniuose šilumos siurbliuose naudojamų skysčių savybėms.Engine performance can be described by distinguishing the four main stages of the process and, together, the components and the two refrigerant fluids circulating in them. In the first stage, the compressor 2 is maintained at a low pressure in the structural unit 1 filled with the first refrigerant liquid, and this liquid, analogous to the refrigerant liquid in heat pumps, evaporates, uses its own and surrounding structures' thermal energy for evaporation and absorbs the deficiency from the environment. At this stage, the liquid is allowed to interact maximally with the environment in heat exchange via circuit 1. The properties of the first refrigerant fluid are very close to those of liquids used in conventional heat pumps.
Antrame etape - kontūre 3 - kompresoriaus 2 ir vožtuvo 4 pagalba palaikomas aukštas slėgis, pirmojo šaltnešio skysčio medžiaga, patekusi į šią zoną, kondensuojasi, sugrįžta j skysčio būseną ir išskiria surinktą aplinkoje energiją. Aukščiau aprašytas pirmojo ir antrojo etapų medžiagos fazinių virsmų ir šiluminės energijos pernešimo procesai savo esme beveik nesiskiria nuo įprastinio šilumos siurblio darbo, o proporcija tarp kompresoriaus sunaudotos ir gautos iš aplinkos energijos lygi apytikriai 1:4. Procesai antrajame etape vyksta izoliuotai nuo aplinkos.In the second stage - in the circuit 3 - high pressure is maintained by means of the compressor 2 and the valve 4, the material of the first refrigerant entering this zone condenses, returns to the state of the liquid and releases the energy collected in the environment. The above-mentioned first and second stage material phase transformation and heat energy transfer processes are essentially the same as conventional heat pump operation, and the ratio between compressor consumption and ambient energy is approximately 1: 4. The processes in the second stage take place in isolation from the environment.
Trečiame etape - šilumokaityje 6 - gautoji šiluminė energija naudojama antrojo šaltnešio skysčio išgarinimui. Šio skysčio medžiaga ir jos savybės - virimo temperatūra, specifinė šiluma, garavimo (kondensavimosi) specifinė šiluma, garavimo slėgis ir kt. parametrai - parinkti taip, kad sunaudojusi antrame etape gautą šiluminę energiją ir išgaravusi, dujinėje fazėje medžiaga pasiektų slėgį artimą ar aukštesnį už atmosferinį. Šiame etape, taip pat kaip ir antrajame, procesai vyksta izoliuotai nuo aplinkos.In the third stage - in the heat exchanger 6 - the obtained thermal energy is used for evaporation of the second refrigerant liquid. The material of this liquid and its properties - boiling point, specific heat, specific heat of evaporation (condensation), evaporating pressure, etc. parameters - selected so that after consuming the thermal energy obtained in the second stage and evaporating, the material in the gas phase reaches a pressure close to or higher than atmospheric. In this stage, as in the second, the processes take place in isolation from the environment.
Ketvirtame etape procesas vyksta cikliškai: per vožtuvą 15 antrojo šaltnešio garai patenka į ertmę 10, paslankia membrana 12 atskirtą nuo aplinkos. Membrana švaistikliu sujungta su smagračiu 11. Varikliui veikiant, smagračiui sugrąžinus membraną j kraštinę dešinę padėtį, ir tuo pačiu garui užpildžius visą tūrį 10, užsidarius vožtuvams 9 ir 15, inicijuojama garų kondensacija, įpurškiant atšaldyto šilumokaityje 5 antrojo šaltnešio skysčio per vožtuvą 13 ir purkštuką 14 siurblio 16 pagalba, absorbuojant jų šiluminę energiją ir sugrąžinant ją į ankstesnius etapus. Antrojo šaltnešio medžiagai, kuria buvo užpildytas tūris 10, perėjus iš dujinės būsenos į skystą būseną, ženkliai nukrenta slėgis ertmėje 10, jis tampa nepalyginamai mažesnis už atmosferinį. Membraną iš kitos pusės pradeda veikti atmosferinis slėgis, ji juda j kitą kraštinę - kairiąją - padėtį, savo ruožtu perduodama atmosferinio slėgio P jėgą ir energiją smagračiui 11. Šiam tikslui gali būti naudojama nebūtinai atmosferinio slėgio energija - suspausto oro, spyruoklės ar kt. potencinė energija, kurią prieš tai sukūrė išgaruodamas antrasis šaltnešis skystis, todėl ir sąvoka „atmosferinio slėgio“ variklio pavadinime yra sąlyginė. Atmosferinis slėgis, kaip potencinės energijos kaupiklis pasirinktas todėl, kad apytikriai atitinka reikalingą slėgio dydį, be to, konstrukcijoje nereikalingi papildomi mazgai. Dalis šiluminės energijos, kuri išsiskiria kondensuojantis garui ketvirtame etape, sugrąžinama per vožtuvą 9, rezervuarą 8 ir vožtuvą 7 kartu su dalimi skysčio į trečiąjį etapą. Kita dalis skysčio per šilumokaitį 5 sugrįžta į ketvirtą etapą, o šiluminė energija - į pirmąjį etapą (varikliui dirbant optimaliai apkrautu režimu, ertmėje 10 šiluminės energijos lieka nedaug, ji virsta mechanine energija, tačiau sukondensuoto skysčio temperatūra etapo pabaigoje vis viena šiek tiek aukštesnė už aplinkos). Taip tampa įmanoma ketvirto etapo „atliekinę“ šiluminę energija sunaudoti pakartotinai, iš esmės nepatenkant jai už mechanizmo ribų.In the fourth stage, the process takes place cyclically: through the valve 15, the vapor of the second refrigerant enters the cavity 10, the movable membrane 12 separated from the environment. The diaphragm is connected to the flywheel 11 by the crank. When the engine is running, when the flywheel returns the diaphragm to the extreme right position and at the same time fills the entire volume 10, the valves 9 and 15 close, steam condensation is initiated by injecting the refrigerant in the heat exchanger 5 and the second refrigerant 13. by means of a pump 16, absorbing their thermal energy and returning it to the previous stages. As the material of the second refrigerant filled with the volume 10 changes significantly from the gaseous state to the liquid state, the pressure in the cavity 10 drops significantly, becoming incomparably lower than atmospheric. The membrane, on the other hand, is subjected to atmospheric pressure, it moves to the other extreme left position, which in turn transmits the force and energy of atmospheric pressure P to the flywheel 11. Optional atmospheric energy - compressed air, springs, etc. - can be used for this purpose. the potential energy previously generated by the evaporation of the second refrigerant, and therefore the term 'atmospheric pressure' in the engine name is conditional. Atmospheric pressure was chosen as a potential energy store because it approximately corresponds to the required pressure level, and no additional assemblies are required in the design. Part of the thermal energy released by the condensation of steam in the fourth stage is returned through the valve 9, the tank 8 and the valve 7 together with a part of the liquid to the third stage. The rest of the liquid through the heat exchanger 5 returns to the fourth stage and the thermal energy to the first stage (with the engine running at optimal load, little thermal energy remains in the cavity 10, it is converted into mechanical energy, but the temperature of the condensed liquid is still slightly above ambient at the end of the stage). ). This makes it possible to reuse the "waste" thermal energy of the fourth stage without essentially going outside the mechanism.
Energijos papildymas vyksta pirmame etape. Energija, pirmame etape absorbuota kaip šiluminė, o ketvirtame sugeneruota kaip mechaninė, gali būti naudojama išorės vartotojų poreikiams arba dalis jos sugrąžinama mechanizmą aptarnaujantiems mazgams varyti.Energy replenishment takes place in the first stage. The energy absorbed as thermal in the first stage and generated as mechanical in the fourth stage can be used for the needs of external users or part of it is returned to drive the units serving the mechanism.
Aprašytasis išradimo realizavimo pavyzdys yra tik vienas iš galimų jo realizavimo variantų. Galimos kelios mechanizmo modifikacijos: kai konstrukcija ir darbo procesas optimizuotas mechaninės energijos generavimui, arba kai tik dalis iš aplinkos absorbuotos šilumos sunaudojama mechaninės energijos generavimui (tiek, kiek reikia variklio mazgų aprūpinimui mechanine energija), o likusi energija kaip ir įprastiniame šilumos siurblyje tiekiama vartotojui šilumos pavidalu, kaip tai schematiškai pavaizduota 2 pav. Šiame paveiksle 100% energijos yra laikoma energija, kuri cirkuliuoja variklyje šiluminės ir mechaninės energijos pavidalu, t.y. ne absoliuti energijos reikšmė, bet energijos pokyčiai ir mainai variklio viduje ir variklio su aplinka bei energijos transformacijos.The described embodiment of the invention is only one of its possible embodiments. Several modifications of the mechanism are possible: when the design and operation are optimized for mechanical energy generation, or when only part of the heat absorbed from the environment is used for mechanical energy generation (as needed to supply engine units with mechanical energy) and the remaining energy is supplied to the consumer. as shown schematically in Figure 2. In this figure, 100% of the energy is considered to be the energy circulating in the motor in the form of thermal and mechanical energy, i. not the absolute value of energy, but energy changes and exchanges within the engine and the engine with the environment and energy transformations.
Teoriškai variklis gali absorbuoti iš aplinkos apytikriai nuo 25% iki 50% darbui reikalingos šiluminės energijos, skaičiuojant nuo variklyje cirkuliuojančios energijos, dar apie 25% jis turi gauti mechaninės energijos pavidalu, o iki 50% šiluminės energijos gali susigrąžinti iš ketvirtojo darbo etapo į pirmąjį ir trečiąjį etapus (per šilumokaitį 5 ir garintuvą 6). Taip optimizuotas variklis idealiu atveju gali patiekti išėjimo grandyje iki 50% energijos, transformuotos j mechaninę energiją, t.y. variklis gali pagaminti daugiau mechaninės energijos, nei jos gauna, trūkumą kompensuojant šilumine aplinkos energija. Todėl galima iki 25% mechaninės energijos išeiga, net jei ir 25% jos sugrąžinama atgal mechaninėms grandims varyti. Dėl mechaninių ir hidraulinių nuostolių, savaime suprantama, variklis neduoda 25% išeigos mechaninės energijos pavidale, tačiau jo unikalus veikimo principas leidžia visus šiluminius nuostolius paversti naudingu darbu. Įvertinant tai, kad mechaniniai ir hidrauliniai nuostoliai didžiąja dalimi virsta šiluminiais, o šiluma tikslingai sunaudojama darbui, išeiga galima labai artima teorinei.Theoretically, the engine can absorb from the environment about 25% to 50% of the heat energy required for operation, based on the energy circulating in the engine, it must receive about 25% more mechanical energy, and up to 50% of heat energy can be recovered from the fourth to the first and the third stages (via heat exchanger 5 and evaporator 6). The motor thus optimized can ideally supply up to 50% of the energy converted to mechanical energy in the output circuit, i. the engine can produce more mechanical energy than it receives, compensating for the lack of thermal energy from the environment. As a result, up to 25% of mechanical energy can be obtained, even if 25% is returned to drive the mechanical circuits. Due to mechanical and hydraulic losses, of course, the engine does not give 25% output in the form of mechanical energy, but its unique operating principle allows all heat losses to be turned into useful work. Considering that the mechanical and hydraulic losses are largely converted into thermal, and the heat is purposefully used for the work, the yield can be very close to the theoretical.
Visas mechanizmas sukonstruotas taip, kad tie konstrukciniai elementai, kurie turi paimti energiją iš aplinkos, maksimaliai šilumos mainais sąveikautų su aplinka, o tie, kurių temperatūra turi išlikti nekintanti, yra izoliuoti.The whole mechanism is designed in such a way that those structural elements that have to take energy from the environment interact with the environment with maximum heat exchange, and those whose temperature must remain constant are insulated.
Varikliui veikiant, visuose keturiuose variklio darbo etapuose ir mechanizmo mazguose vyrauja artimos aplinkai arba ženkliai žemesnės už aplinką temperatūros. Mazgų, kurių vidutinė darbinė temperatūra aukštesnė už aplinkos, yra santykinai mažai, jų paviršiaus plotas mažas, jie yra termoizoliuoti, šiluma tikslingai konvertuojama į mechaninį darbą, nuvedama vartotojui arba grąžinama j paruošiamuosius variklio darbo etapus.With the engine running, temperatures close to or significantly below ambient are prevalent during all four stages of engine operation and at engine assemblies. Units with an average operating temperature higher than the ambient temperature are relatively small, have a small surface area, are thermally insulated, are purposefully converted to mechanical work, transferred to the user or returned to the preparatory stages of engine operation.
Šaltnešių skysčių savybės parenkamos priklausomai nuo aplinkos temperatūros, kad maksimaliai išnaudotų aplinkos šiluminę energiją ir/ar optimaliai ją priimtų-perduotų iš etapo į etapą. Todėl variklis, užpildytas konkrečiais šaltnešiais skysčiais (analogiškai šilumos siurbliams) efektyviai dirbti gali tik tam tikrame šilumos šaltinio temperatūrų diapazone. Tačiau kitaip nei šilumos siurbliai, kaip rezultatą pateikia ne tik šiluminę, bet ir mechaninę energiją.The properties of refrigerant fluids are selected depending on the ambient temperature in order to maximize the use of ambient thermal energy and / or to optimally receive it from stage to stage. Therefore, an engine filled with specific refrigerant fluids (analogous to heat pumps) can only operate efficiently within a certain heat source temperature range. However, unlike heat pumps, the result is not only thermal but also mechanical energy.
Kaip minėta anksčiau, galimos kelios variklio modifikacijos:As mentioned earlier, several engine modifications are possible:
1) kai konstrukcija ir darbo procesas optimizuotas mechaninės energijos generavimui;1) when the construction and work process are optimized for the generation of mechanical energy;
2) kai dalis iš aplinkos absorbuotos šilumos paverčiama mechanine energija, kuri sunaudojama variklio mazgų aprūpinimui energija, o likusi energija tiekiama vartotojui šilumos pavidale.2) when part of the heat absorbed from the environment is converted into mechanical energy, which is used to supply energy to the engine units, and the remaining energy is supplied to the consumer in the form of heat.
Pirmuoju atveju galimas mechaninės energijos transformavimas į universalesnę - elektros - energiją ir jos tiekimas vartotojams. Antruoju atveju tampa įmanoma tokį variklį naudoti kaip šilumos siurblį, kurio efektyvumas būtų nepalyginamai didesnis už šiuo metu naudojamų šilumos siurblių, nes žemos temperatūros šiluminė energija būtų ne tik paverčiama aukštesnės temperatūros šilumine energija, bet ir pats mechanizmas savo grandžių varymui naudotų žematemperatūrę šiluminę energiją.In the first case, it is possible to transform mechanical energy into more universal energy - electricity - and its supply to consumers. In the second case, it becomes possible to use such a motor as a heat pump with an incomparably higher efficiency than currently used heat pumps, as low-temperature heat would not only be converted to higher-temperature heat, but the mechanism itself would use low-temperature heat to drive its circuits.
Tokių įrenginių šiluminės energijos šaltiniu gali būti oras, vandens telkiniai, požeminiai vandenys, gruntas arba techninių ir buitinių procesų atliekinė šiluma: iš ventiliacijos ar nuotekų sistemų išmetama šiluma, gamybinių procesų atliekinė žematemperatūrė šiluma ir kt., t.y. tinka visi tie šilumos šaltiniai, kuriuos naudoja ir įprastiniai šilumos siurbliai ar rekuperatoriai.The source of thermal energy for such installations can be air, water bodies, groundwater, soil or waste heat from technical and domestic processes: heat emitted from ventilation or sewage systems, waste heat from production processes, low temperature heat, etc., i.e. all heat sources used by conventional heat pumps or recuperators are suitable.
Claims (7)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LT2017522A LT6635B (en) | 2017-09-06 | 2017-09-06 | The atmospheric cold steam engine and operating method thereof |
EP18174541.5A EP3457052B1 (en) | 2017-09-06 | 2018-05-28 | The atmospheric cold steam engine and operating method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
LT2017522A LT6635B (en) | 2017-09-06 | 2017-09-06 | The atmospheric cold steam engine and operating method thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
LT2017522A LT2017522A (en) | 2019-03-12 |
LT6635B true LT6635B (en) | 2019-06-25 |
Family
ID=62386241
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
LT2017522A LT6635B (en) | 2017-09-06 | 2017-09-06 | The atmospheric cold steam engine and operating method thereof |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3457052B1 (en) |
LT (1) | LT6635B (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BR112022001071A2 (en) | 2019-07-23 | 2022-03-15 | Kleener Power Solutions Oy | Purifying composition, methods for producing a purifying composition and for purifying a flue gas, and, use of a purifying composition |
CN113623034B (en) * | 2021-08-17 | 2022-10-28 | 西安交通大学 | Thermoelectric decoupling system with two-stage steam ejector and operation method |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1180790A (en) | 1997-10-27 | 1998-05-06 | 天然国际新科学技术研究院 | Negative temperature eifference thermal engine |
CN1181461A (en) | 1997-10-27 | 1998-05-13 | 易元明 | Negative temp. differential saturated steam engine |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4584842A (en) | 1976-08-02 | 1986-04-29 | Tchernev Dimiter I | Solar refrigeration |
DE3001315A1 (en) | 1980-01-16 | 1981-07-23 | Hellmuth 1000 Berlin Butenuth | Heat-pump or energy management system - uses energy recovered from environment to drive heat pump by turbine |
FR2547399A1 (en) | 1983-06-13 | 1984-12-14 | Ancet Victor | Heat pump with high performance coefficient |
RU2132470C1 (en) | 1996-10-24 | 1999-06-27 | Чекунков Александр Никандрович | Atmospheric-energy transforming engine |
WO2011130162A2 (en) * | 2010-04-12 | 2011-10-20 | Drexel University | Heat pump water heater |
DE102010049337A1 (en) | 2010-10-22 | 2012-04-26 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Device for utilizing waste heat of internal combustion engine, has two closed loops for circulating working medium, where former closed loop has heat exchanger for supplying heat to working medium |
-
2017
- 2017-09-06 LT LT2017522A patent/LT6635B/en not_active IP Right Cessation
-
2018
- 2018-05-28 EP EP18174541.5A patent/EP3457052B1/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1180790A (en) | 1997-10-27 | 1998-05-06 | 天然国际新科学技术研究院 | Negative temperature eifference thermal engine |
CN1181461A (en) | 1997-10-27 | 1998-05-13 | 易元明 | Negative temp. differential saturated steam engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3457052A1 (en) | 2019-03-20 |
EP3457052B1 (en) | 2020-01-08 |
LT2017522A (en) | 2019-03-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6606860B2 (en) | Energy conversion method and system with enhanced heat engine | |
US20150135714A1 (en) | Pressure power unit | |
US6827104B2 (en) | Seal and valve systems and methods for use in expanders and compressors of energy conversion systems | |
US20090120618A1 (en) | Cooling apparatus for a computer system | |
CN102536363A (en) | Rankine cycle integrated with organic rankine cycle and absorption chiller cycle | |
CN102459846A (en) | Thermoelectric energy storage system having two thermal baths and method for storing thermoelectric energy | |
US10676373B2 (en) | Thermal utilization system and methods | |
US9869495B2 (en) | Multi-cycle power generator | |
WO2012110987A1 (en) | Environmental energy conversion device | |
LT6635B (en) | The atmospheric cold steam engine and operating method thereof | |
US20090249779A1 (en) | Efficient vapor (steam) engine/pump in a closed system used at low temperatures as a better stirling heat engine/refrigerator | |
JP2005537433A (en) | Thermal-fluid force amplifier | |
JP2005537433A5 (en) | ||
US11199114B2 (en) | Devices, systems, and methods for generating power | |
US6003312A (en) | Engine | |
US20090044535A1 (en) | Efficient vapor (steam) engine/pump in a closed system used at low temperatures as a better stirling heat engine/refrigerator | |
US10712050B2 (en) | Multi-stage heat engine | |
KR101623418B1 (en) | stirling engine | |
CN107339822A (en) | Steam condensate afterheat utilizing system and residual-heat utilization method | |
CN105351111B (en) | Air energy engine | |
RU1089U1 (en) | Gas piston machine with external heat exchange | |
GB2535005A (en) | Energy generation systems | |
JP2005155587A (en) | Small temperature difference steam engine | |
KR100745820B1 (en) | Stirling engine | |
Platell et al. | Zero Energy Houses: Geoexchange, Solar CHP, and Low Energy Building Approach |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
BB1A | Patent application published |
Effective date: 20190312 |
|
FG9A | Patent granted |
Effective date: 20190610 |
|
MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20220906 |